FMECA分析方法在機車空調修程優化中的應用

郭畢明

摘要：本文提出了一種鐵路機車修程優化分析方法。該方法采用設備管理分析中廣泛使用的FMECA（故障模式、影響及危害度分析）方法，結合鐵路機車部件故障數據進行分析，并根據分析結果對鐵路機車部件檢修修程進行優化，在減少檢修作業強度的基礎上，提高了檢修效率。本文通過以鐵路機車空調系統為例，說明了該分析方法在鐵路機車部件修程優化當中的應用具體流程，結合每種故障產生后果的危害性等級，確立了研究部件的危害性風險矩陣，從而確定故障模式的可接受程度，結合實際檢修修程修制的設計，最終得到檢修工藝的優化方案。

關鍵詞：鐵路機車;修程優化;危害度矩陣

0 ?引言

當前我國鐵路機車的檢修方式仍然是以計劃預防修為主。雖然自2007年和諧機車的逐步引入以來，機車的修程等級從原先的輔修、小修、中修、大修四級變成了C1、C2、C3、C4、C5、C6六級，修程設置更趨合理。但是本質上仍然是以檢修計劃來開展修程作業，勢必會造成過度維修以及維修不足的情況出現，這與當前推行的數字化精準預防修仍有不小的差距。因此，通過采用一定的分析方法對機車部件的修程范圍進行優化，對于當前修程修制的改革具有十分重要的意義。本文通過引入故障模式、影響及危害度分析（FMECA）方法，通過對國鐵集團某機務段2018年度機車空調故障的統計，采用FMEA方法進行分析，并利用CA分析方法當中的危害度矩陣判定故障的危害程度，進而調整空調在整備及C3（小修）級以下修程的檢修項點及檢修檢查范圍，從而達到優化機車修程，提高修程的合理性及檢修效率的目的。

1 ?機車空調的故障模式、影響分析（FMEA）

FMEA的目的是為了研究技術裝備對其工作所產生的后果和影響，并將其可能的故障模式按嚴重程度分類，并采取必要的改進措施。基本的方法有硬件法和功能法。本文采用硬件法。

1.1 機車空調結構

機車空調結構主要包括：壓縮機、冷凝風機、蒸發風機、蒸發器、冷凝器、上蓋、前蓋、干燥過濾器、壓力開關、毛細管。

空調機組的控制部分由司機室操縱臺控制面板和空調控制器（內含PLC邏輯控制單元）組成，在此不再詳述。

1.2 機車空調FMEA分析

通過對某機務段收集的2018年度機車空調故障數據統計來看，全年共發生機車故障主要問題136件，故障現象主要表現為：運行途中高壓/低壓保護、空調制冷效果差/出風量小、空調PLC單元故障、空調控制面板故障、空調接地。通過對故障現象的原因進行進一步挖掘，以及分析故障對空調以及機車的影響，可做出機車空調系統的FMEA表格如表1。

2 ?機車空調故障（CA分析）危害度分析

CA分析的目的是按每一故障的嚴重程度以及該故障的發生概率所產生的綜合影響來對其分類，以便全面地評價各故障模式的影響。分析方法有定性分析和定量分析。本文采用定性分析法。

2.1 故障模式發生的概率等級劃分

定性分析法適用于不能完全掌握分析部件的技術數據和故障數據的分析。它主要根據故障模式發生的概率來評價FMEA中所確定的故障模式。將故障模式出現的概率按一定的規定分成不同的等級，填入相應的CA表格中。故障模式發生的概率等級一般按下述規則劃分：

A級：故障模式發生概率最高，單一故障模式發生的概率大于產品在該期間故障概率的20%。

B級：故障模式發生概率中等，單一故障模式發生的概率為產品在該期間故障概率的10～20%。

C級：故障模式發生是偶然的，單一故障模式發生的概率為產品在該期間故障概率的1～10%。

D級：故障模式不大可能發生，單一故障模式發生的概率為產品在該期間故障概率的0.1～1%。

E級：故障模式發生概率幾乎為零，單一故障概率小于產品在該期間故障概率的0.1%。

2.2 機車空調故障嚴重等級劃分

通過對空調故障模式最終影響情況看，按空調故障對機車和值乘人員的影響可劃分為以下四個等級：Ⅰ級：機車火災事故;Ⅱ級：機車故障救援或晚點;Ⅲ級：空調不工作，造成司乘人員身體極度不適;Ⅳ級：空調制冷效果差，司乘人員稍有不適。

2.3 機車空調故障CA分析

根據上述故障模式概率及影響的等級劃分，結合2018年度某機務段空調故障發生的具體情況，可制定CA表格（表2）。

3 ?危害度矩陣

危害度矩陣是為了把每一種故障模式的危害度與其他故障模式進行比較，從而確定每一故障模式的危害程度，通過危害程度的大小順序排列，以便合理制定改進措施。

表示方法：危害度矩陣表示時一般橫坐標用故障等級表示，做定性分析時，縱坐標表示故障模式概率等級;做定量分析時，縱坐標表示產品故障模式的危害度。

危害矩陣的作法：將產品故障模式代碼按其嚴重等級（橫坐標）和故障模式概率等級或產品危害度標在矩陣的相應位置上，從而得出故障模式分布點。從原點引出一點對角線，將故障模式分布點投影到對角線上，投影點距原點越遠，危害性越大，越需要采取措施。

根據圖1所得信息，代碼為2601、2602、2301、2302危害度較大，在修程優化當中需結合檢修實際，重點考慮。

4 ?機車空調的優化方案

機車空調修程修制優化方案如下：（以和諧型機車修程為例）

每年夏季到來前，開展一次全面清洗保養工作，重點對濾網及電線路狀態進行全面排查，開機試驗空調工作狀態。

①在日常整備中，檢查空調控制面板按鈕狀態，并開啟空調試驗工作狀態及按鈕良好性;②在C1修程中，增加對空調濾網進行清洗保養，清除空調排水孔及排水管堵塞物;③在C2修程中，測量空調主電路和控制電路對地絕緣阻值;④在C3修程中，增加對空調主機的開蓋檢查，開蓋清潔空調機組壓縮機、冷凝器、蒸發器、電加熱器及其風機，清洗劑用清水沖掉清洗劑殘留。測試空調各電機繞組靜態電阻值。

5 ?結語

鐵路機車修程修制改革正在全面展開，本文基于MECA分析方法，結合鐵路機車空調日常運用中的故障情況，對機車空調C3及以下修程進行優化，為檢修修程的調整提供了一定的依據。并且修程的實施后，在維持當前計劃預防修修制的基礎上，一定程度減少了檢修現場勞動總量，提高了檢修效率。但是該方法能否適用于鐵路機車各個部件、各個修程的檢修或者各個領域的修程修制改革，還需要大量的工程技術人員進一步實踐驗證。

參考文獻：

[1]董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[2]張曙光.HXD3型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[3]張成光，郭振通，黃挺.基于故障模式、影響及危害度分析（FMECA）的地鐵車輛檢修工藝優化方法[J].城市軌道交通研究，2017（10）：74-78.