動車組運用維修間隔優化方法的研究

楊強

摘要：近些年來，軌道交通裝備維修理論一直在不斷更新發展，這也促進了其維修體制的完善，這使得現代軌道交通裝備運維管理水平獲得了大幅度的提高。進入新世紀以來，我國軌道交通事業獲得了迅猛的發展，相關領域的研究也變得更多，為動車組修程修制的規劃和完善提供了科學的參考。因此探究動車組維修體制現狀具有十分重要的實踐意義。

關鍵詞：動車組；維修間隔；優化方法

1動車組運用維修周期優化背景

1.1動車組運用維修現狀

我國動車組目前實行的是“計劃預防修為主、事后維修補充”的維修體制，維修周期采用以走行公里周期為主、時間周期為輔的模式。我國動車組修程共分為五級，其中一、二級檢修為運用檢修，三、四、五級檢修為高級檢修。

1.2動車組現行維修體制存在的不足

（1）維修不足。簡單地按照固定周期進行維修已無法防止功能故障的發生。同時，由于設備的個體性差異實際存在，制定維修周期間隔時考慮的風險失效概率不可能覆蓋所有個體，所以計劃預防修體制必然存在維修不足的問題。

（2）過度維修。由于安全性在動車組運用維修中占據著十分重要的位置，故動車組設備維修間隔制定得偏于保守，以保證足夠低的失效概率。所以，對于大部分的動車組部件來說，在計劃預防修體制下，均存在一定程度的過度維修。過度維修會帶來一系列的問題，主要包括引發次生災害、造成資源浪費和運用效率低等問題，對安全性而言，增加了安全隱患，對經濟性而言，降低了企業的經濟效益。

2現階段維修間隔研究主要方法簡介

2.1應用數學模型確定維修間隔

應用數學模型確定預防維修的維修間隔存在諸多的應用場景，如目視檢查、維護保養、定期拆修（報廢）等均存在不同的數學模型，但在使用數學模型確定維修間隔時，需要在項目的故障規律和設計指標（如可靠性、經濟性、安全性、可用度等）已知的前提下進行，不同維修內容在不同設計指標下的數學模型較多，在此不一一列舉。

2.2應用CBR方法確定維修間隔

應用CBR方法確定維修間隔時，核心思想是在把相似的案例選擇出來之后（常用基于GNN的案例選擇方法），認為目標問題和案例之間的相似就是問題間隔值和案例間隔值之間的相似，因此解析屬性相似度公式就可以求出目標問題的間隔值，具體步驟如下。

（1）確定定量屬性的相似測量值s（αTi，αPi）

s（aTi，aPi）=1?aTi?aPiaTis（aiT，aiP）=1?aiT?aiPaiT（1）

式中，αTi，αPi分別表示目標問題T和案例P關于屬性i的屬性值。

（2）確定綜合相似度S（T，Pj）

S（T，Pj）=∑i=1nωis（aTi，aPi）S（T，Pj）=∑i=1nωis（aiT，aiP）（2）

式中，ω表示相似度閾值，用于調整選擇的案例數量。

（3）確定維修間隔I

I=1n∑j=1nIjIj=IPjS（T，Pj）{I=1n∑j=1nIjIj=IjPS（T，Pj）（3）

式中，Ij表示由第j個案例得出的間隔值；IPj表示第j個案例的間隔值。

在動車組運用維修領域，因相似案例的間隔值均是統一規定的且不同車型之間存在著巨大的差異，所以應用CBR方法確定動車組運用維修間隔時不能科學地反映維修任務真實的維修間隔。

2.3基于MIDOT確定維修間隔

目前波音公司在787飛機維修大綱制訂中采用MIDOT（maintenanceintervaldeterminationandoptimizationtool）系統，以實時服務的數據為基礎，輔助工作組完成維修大綱系統部分的維修間隔確定和優化。

MIDOT使用航空公司運營服務中可靠性數據庫（ISDP）收集的數據，在確定組件維修任務的時間間隔時，通過可靠性分析，得到該組件故障率曲線，進而得到有效的任務間隔。

波音公司的MIDOT方法在行業內比較先進，值得我們去學習和借鑒。但是，該方法關鍵參數是建立在波音原型機大量的運營數據基礎之上的，且波音公司未對外公開MIDOT方法的關鍵技術和具體方法，對于我國動車組的運用維修而言，缺少此類關鍵的參數數據。

3動車組運用維修間隔優化方法

3.1動車組運用維修的主要維修方式

目前動車組運用維修主要以計劃預防修和事后維修為主，隨著動車組車載信息感知網絡、車地通信技術以及先進的診斷與預測等技術手段的不斷發展和運用，未來逐步發展為“計劃預防修為主、視情維修輔助、事后維修補充”的維修方式。

3.2不同維修方式下的可靠度曲線

針對上述維修內容，維修活動對設備的可靠度會產生不同程度的影響，按不同的維修方式分，主要有如下4種。

（1）目視檢查、功能測試、性能檢測-不改變動車組部件狀態的維修方式。對于目視檢查、功能測試以及性能檢測等維修活動而言，部件的狀態不因維修活動的進行而改變。

（2）小故障處理-最小維修方式。在設備發生故障時，對其實施維修策略，令其恢復原有的功能，使設備在維修前后的可靠度保持一致即為最小維修，亦稱之為恢復如舊。最小維修方式是維修小故障的最佳方式。

（3）故障處理（部件更換）-完全維修方式。在設備發生故障時，通過實施維修來恢復設備的功能，維修后設備如同新出廠一樣，這種維修方式也稱為修復如新，對應動車組維修中的故障部件更換處理。

（4）維護保養-不完全維修方式。在設備性能下降或發生故障后對設備進行維修，經過維修后，設備性能介于完全維修與最小維修之間。這種維修方式稱為不完全維修。實施不完全維修策略，可以有效提高設備的性能和可靠性。不完全維修后設備的可靠性低于完全維修，高于最小維修。

3.3動車組運用維修維修間隔優化的策略

不同維修方式下的維修間隔優化，應采取不同的維修策略。

（1）目視檢查、功能測試、性能檢測等維修方式，或以最小維修方式進行的小故障處理，因其維修活動不改變動車組部件狀態或恢復如舊，部件可靠度曲線可以反映部件的一般失效規律，對于此類部件的維修周期，適合使用基于可靠性理論的數學模型來確定維修間隔。

（2）對于部件更換的完全維修方式，在故障數據處理上可通過采用類似壽命試驗的處理方法，同樣可以使用基于可靠性理論的數學模型來確定維修間隔。

（3）對于采用維護保養類不完全維修方式的部件，可靠度曲線的漂移存在一定的不確定性，很難評估維修活動對部件可靠度的影響，對于此類部件，確定其科學的維修間隔應當基于全壽命試驗（調查試驗）來確定。

同樣，在處理動車組某些故障模式的故障數據時發現（尤其對于部分關鍵部件），因部件較高的可靠性水平或由于保守的維修策略，實際運用過程中故障數據很少或者根本未發生過故障，對于此類部件，應當基于全壽命試驗（調查試驗）來確定。

（4）隨著動車組狀態信息感知網絡的完善、高速車地通信技術以及診斷和預測技術的發展，應當盡可能地對具備條件的部件，通過部件的狀態評估檢查潛在故障，以此采取措施預防功能故障，或者是避免功能性故障的后果，實現視情維修。

3.4確定動車組運用維修間隔優化流程

經過對現階段國內外航空、軌道交通領域主要的維修間隔理論的研究，以及對動車組運用維修的特點和維修間隔優化策略的分析，本文總結出了一套確定動車組運用維修間隔優化的流程。

結論

綜上所述，分析動車組的常見故障對于進一步提升動車組的安全運行，保證人們生命財產安全，促進我國交通軌道事業的進一步發展具有重要意義。其中側門故障作為動車組故障的高頻故障，應該提高重視，不斷總結經驗，為今后的故障分析診斷提供有價值的經驗數據。

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（作者單位：天津動車客車段）