關于軌道交通車輛維修策略制定方法的探討

王大奎，王海濤，藺 高，譚 洋

（中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島 266000）

0 引言

維修的目的是恢復設備性能，達到預期的可靠性水平，進而降低使用故障率[1]。預防性維修主要是指在設備沒有發生故障或尚未造成損壞的前提下即展開一系列維修的維修策略，通過定期對產品的系統性檢查、設備測試和更換以防止功能故障發生，使其保持在規定狀態所進行的全部活動[2-3]。糾正性維修指設備已經發生故障后，使其恢復到規定狀態所進行的非計劃性的一系列活動[4]。

隨著軌道交通行業的快速發展，越來越多的軌道車輛逐漸進入大修期。目前對于維修策略的制定缺乏統一的、充分的理論依據，普遍采取相對保守的“預防性維修策略”，存在較多“過度修”行為，維修經濟性較差，不符合用戶對維修成本的期望。

軌道交通車輛由牽引、制動、空調、車門、轉向架等一系列復雜系統構成，涉及的部件達上萬個，究竟該如何選擇每一個部件的維修策略是制約維修成本的關鍵因素。

國內外專家學者針對維修策略從不同角度進行了探討和分析。文獻[5]在考慮失效相關和經濟性相關的基礎上，采用聚合算法，建立了多部件系統折扣準則模型，得到了維修費率的最優方程；文獻[6]在測試性D 矩陣基礎上，提出了一種基于單故障化的多故障診斷與維修策略（Multiple Fault Diagnosis and Maintenance Strategy by Translating into Single fault，MFDMSTS）；文獻[7]提出了3 種根據產品使用時間進行定期預防更換的服役年齡更換策略；文獻[8]基于RCM（Reliability Centered Maintenance，以可靠性為中心的維修）理論對預防性維修的決策模型進行深入研究，建立了以費用、可用度和概率風險為目標的定期更換、功能檢查、故障處置決策模型。

1 維修策略制定方法

1.1 最小可維修單元劃分

為合理選擇軌道交通車輛維修策略，需將車輛劃分成牽引、制動、轉向架等若干個系統，再將每個系統分解為若干部件，最后精準定位至每一個最小可維修單元（Line Replaceable Unit，LRU）進行維修策略的分析。如空調系統可劃分為空調機組、空調控制柜、采暖設備等，空調機組由壓縮機、蒸發器、冷凝器、膨脹閥等零部件組成，維修策略分析時需選取至壓縮機層級進行。最終由每一個最小可維修單元的維修策略整合為整個設備、系統乃至車輛的維修策略。

1.2 失效模式及影響分析

基于FMECA（Failure Mode and Effect Analysis，失效模式和效應分析）數據，分析LRU 的失效模式及影響，將對車輛運營的影響劃分為安全類、功能/秩序類、經濟類3 個等級。其中，安全類指故障時會對車輛運營安全造成威脅，如軸箱軸承；功能/秩序類指故障時會影響部件本身功能的實現，但是對安全無影響，如空調失效時會降低旅客乘坐舒適度；經濟類指失效時對安全、功能及秩序均無影響，如內裝板、客室電視等。根據影響等級的劃分再進一步考慮其他影響因素，制定LRU 的維修策略。

1.3 影響維修策略制定的因素

除LRU 故障影響等級外，還應充分考慮用戶需求、LRU 的可維修性、監控措施、故障的顯隱性等因素。用戶需求指用戶對車輛維修后可靠性指標的需求，如功能/秩序類部件，若用戶要求較高可采用預防性維修策略，若用戶對維修成本更為關注則采用糾正性維修策略；可維修性指LRU 故障處置便利程度，能否在不耗費較多資源的情況下快速修復或更換；監控措施指LRU 故障時能否被及時發現，主要依賴于新興的車輛視頻監控系統，如弓網監測、軸溫監測等；故障顯隱性指車輛在運營過程中，LRU 的故障能否被司乘人員第一時間發現并進行相應的處置，如管路泄漏會在司機室HMI（Human Machine Interface，人機界面）屏上顯示“總風壓力不足”，為顯性故障，如車下某處螺栓松動或斷裂不能夠被及時發現，為隱性故障。

1.4 維修策略制定技術路線圖

綜合上述因素，形成了軌道交通車輛維修策略制定技術路線圖（圖1）。其中，PIS 系統即Passenger Information System，乘客信息系統；VVVF 為Variable Voltage and Variable Frequency，即可變電壓、可變頻率，也就是變頻調速系統；預防性維修屬于安全類，糾正性維修+檢查/監控屬于功能/秩序類，糾正性維修屬于經濟類。

該技術路線最重要的特點是，將用戶需求作為維修策略制定的重要依據，體現了現代軌道交通行業以用戶需求為導向的服務潮流。

圖1 城軌車輛維修策略制定技術路線

2 維修策略制定實例

2.1 工作原理

中繼閥為制動控制裝置LRU 級子部件（圖2）：常用及快速制動時，根據制動指令通過制動電磁閥和緩解電磁閥產生要求的制動缸預控壓力，再通過中繼閥進行流量放大輸出制動缸壓力；緊急制動時，采集空簧壓力信號，通過空重閥輸出不同載重的下的緊急制動預控壓力，再通過中繼閥流量放大向制動缸輸出緊急制動壓力。

圖2 制動控制裝置氣路原理

2.2 失效模式分析

根據產品自身特性及既有檢修運用經驗，梳理中繼閥的失效模式，識別每一種失效模式的失效原因、失效影響及相應的應急處置措施（表1）。

基于失效模式分析結果，中繼閥屬于“影響功能/秩序”類部件。

2.3 維修策略分析

中繼閥屬于“影響功能/秩序”類部件，根據維修策略制定技術路線（圖1），需針對用戶需求制定不同的維修策略，同時需考慮失效模式自身屬性（圖3、圖4）。

由圖3、圖4 可以看出，當用戶對部件可靠性要求較高時，均需對中繼閥進行預防性維修；當用戶對部件可靠性要求較低時，顯性故障（卡滯）需進行糾正性維修，隱性故障（泄漏）需糾正性維修和日常檢查相結合。

表1 中繼閥失效模式分析

根據上述分析，中繼閥維修策略見表2。

3 結論與展望

針對軌道交通車輛維修策略的制定缺乏統一、充分理論依據的現狀，基于產品FMECA 數據，同時充分考慮用戶需求、設備可維修性、故障顯隱性等因素，提出了維修策略制定技術路線圖，并以中繼閥為例論證了該技術路線的可行性，為軌道交通車輛維修策略的制定開辟了一條全新的道路。

表2 中繼閥維修策略

圖3 中繼閥卡滯維修策略技術路線

圖4 中繼閥泄漏維修策略技術路線

本文僅針對軌道交通車輛的維修策略進行了探討，并未涉及具體的維修方案。隨著軌道交通行業的發展，用戶對車輛全壽命周期成本的關注度越來越高，而能夠提供合理的全壽命周期維修方案成為車輛制造廠關鍵的競爭因素。RCM 已成為維修方案制定的重要理論支撐，將本文所述維修策略制定方法與RCM相結合，能夠制定出車輛完整的全壽命周期維修方案。