基于RCM的25Hz軌道電路維修策略研究

梁哲華 中國鐵路上海局集團有限公司杭州電務段

RCM是基于功能和故障、后果與嚴重程度因素進行的可靠性狀況分析后實施的維修模式，是一種維修的理念和維修的策略，其應用的邏輯判斷方法是既要保證設備的安全運營，同時又要以最小的維修資源消耗作投入。軌道電路是實現鐵路信號自動控制的基礎設備，而其中25 Hz軌道電路在鐵路范圍的應用非常廣泛，而軌道變壓器是25 Hz軌道電路系統中至關重要的功能結構，因此本文舉例25 Hz軌道電路系統中變壓器發生故障時研究維修策略的選擇及運用，以幫助電務現場分析維修策略的選擇及優化。

1 維修策略概況

綜合現行鐵路各種維修策略的適用條件、適用范圍的基礎上，提出三類維修策略的分類：（1）復原性維修，主要指故障維修方式。（2）主動性維修，主要包含定期輪修及視情維修。（3）改善性維修，主要包括設備重新設計改造及技術方案改進。

2 制定維修策略

維修策略的制定需要對系統的故障影響及危害性進行梳理，采用邏輯綜合決斷法和模糊矩陣法相結合，去對軌道電路故障進行去定性和定量的分析，最后選擇最合理的維修策略。

2.1 邏輯綜合決斷法

邏輯綜合決斷法以RCM思想為理論基礎，把設備分類后,根據決策目標的要求，就設備性能指標提出一系列邏輯問題，根據答案決定建議實施的維修方式。邏輯綜合決斷法主要是一種定性分析方法，結合實際及維修流程判定邏輯制定流程圖1。

圖1 維修策略邏輯判斷流程圖

2.2 模糊綜合評判法

模糊綜合評判法指的是認為設備特征參數與維修方式之間存在著模糊關系：B=A?R（其中B為維修方式的模糊集合，A為設備特征參數模糊集合，R為識別矩陣，?為模糊算子）。模糊綜合評定法克服了邏輯綜合決斷法只能定性進行維修決策的缺點,能定量地進行維修決策，能夠反映問題的本質。

2.2.1 性能評價指標

主要從安全性、可靠性、維修性、經濟性和可檢測性這幾個方面進行性能評價。

2.2.2 評價指標的量化

經過分析本文列出了25 Hz軌道電路維修策略的性能評價指標，對這些指標需要引入模糊數來量化，將上面權重比例放在[0,1]區間上，指標重要程度越高，它相應模糊數越接近于1，重要程度越低，則越接近于0。經過研究各子評價指標優先級，將子評價指標的量化見表1。

表1 維修方式評價指標及其權重分配表

2.2.3 權重向量的確定

考慮到各個總評價指標對不同維修方式來說意義、重要程度不同，確定一個具體值也沒有意義，因此這一級按照邏輯判斷流程進行決策。

2.2.4 模糊判斷矩陣法分析

通過數學模型得到維修方式的集合子評價指標的評價集，首先要確認對應的權重向量分配Ai={ai1,ai2,……ain},子評價值可以由表1權重比例得到。

其次通過將風險評價集合劃分為5檔風險程度分類，將V風險集合與S評價指標結合得到R評價矩陣，R是可以描述軌道設備維修對象的功能結構指標的評價矩陣；

其中上文分析出有五項總評價指標，依次將其標注為S1,S2,S3,S4,S5,將總評價指標的元素集合定義為：S={S1,S2,S3,S4,S5},推導出具體子評價指標設定為Si={Si1,Si2,……Sin},n表示相應的子評價指標個數。

風險評價集合是用來評價故障影響程度，本文將影響程度分為五級，設定風險評價集合為：V={V1,V2,V3,V4,V5},風險評價指標則為Vi={Vi1,Vi2,Vi3,Vi4,Vi5}。

然后將風險評價集合劃分為均勻的5檔不同程度的風險等級分類，將V風險集合與S評價指標結合得到R評價矩陣，R評價矩陣是可以描述25 Hz軌道電路設備維修功能結構指標的評價矩陣：

綜上所述，得到25 Hz軌道電路維修方式數學模型的集合子評價指標的評價集為：

公式（1）

2.3 確定25 Hz軌道電路系統結構的維修策略

通過分析風險等級分布和評價指標優先級的量化得到軌道變壓器故障維修策略的評價權重表如表2所示：

表2 軌道變壓器維修策略的評價權重表

根據25 Hz軌道電路運用現狀，通過分析可以得到子評價集合的判定矩陣，注意的是特定的風險項進行評估，確認有發生概率但在選取的故障數據中并未出現的，為客觀分析取0.1作為低概率事件。25 Hz軌道變壓器的判定矩陣如表3所示。

表3 25 Hz軌道變壓器的判定矩陣

用公式（1）運算，可以得到各自評價的評價集。分別為：

通過運算此處得到了維修對象軌道變壓器的子評價指標的評價集Bi后，就滿足進行維修策略的決斷條件了。將得到的維修指標最大值和最小值的平均數作為邏輯判斷的閾值，得到為0.23。見流程判定圖1中第一個流程判斷中取b1max、b2max中的最大值來判斷，是因為安全性和可靠性是生產中最為重要的兩個指標，往往對生產具有嚴重影響，因此只要有其中有一個評價指標超過閾值，那么設備或系統就不能采用事后維修方式。

綜上得到：b1max=0.24；b2max=0.26；b3max=0.24；b4max=0.28；b5max=0.36；結合圖1邏輯判斷圖定性和定量兩個角度來選擇維修策略，判定流程邏輯如下：

（1）max(b1maxb2max)大于0.23判斷巡檢能發現且不影響系統運行；

（2）max(b1maxb3max)大于0.23判斷故障對列車運行影響比較大；

（3）b5max大于0.23判斷故障診斷能被監測監控；

（4）通過分析變壓器故障模式來判斷故障發生是否存在一定周期性規律，對變壓器故障主要有以下幾種情況：變壓器配線破皮造成開路或短路；變壓器變壓波動；軌道電壓變壓失效等，取兩個自然年軌道電路變壓器故障事件進行分析，沒有發現變壓器存在周期性故障現象，故障發生較多呈現不定期且隨機的現象。繼續拉長取樣時間也無法證明存在周期性規律，因此判斷軌道電路變壓器的故障模式不存在周期性規律。

根據邏輯判定流程圖，25 Hz軌道電路中軌道變壓器子系統的維修方式應該選擇運行狀態監測。

對維修策略進行驗證，實際分析軌道變壓器發生的故障類型，取兩個自然年36項軌道變壓器故障中33項發現可以能夠被微機監測所檢測，即為有預兆的故障，存在電壓電流曲線波動等反饋。剩下的3項都是即時故障，為不可預兆突發性的故障，并且其中一項為其他部件故障后損壞導致的連鎖故障。占比達到91.7%認為策略符合維修實際。

3 維修策略的優化

對得到的決策模型進行反向驗證，較為符合實際的維修策略。從各方面也能滿足這一項維修方法的實現。但仍需要考慮的是，在不同的功能結構需要選擇不同的閾值，維修部門應該在實踐中研究并加以調整，去逐步得到較為完善正確的決策結果。

維修模式和系統功能并不是一成不變的，時代變化很快，因此對得到的決策結論加以優化是必不可少的一部分。在上文故障分析流程中，本文已經考慮過日常巡檢的可行性，但因為在軌道變壓器故障方面閾值的設定，本文選擇了狀態監測。結合現場實際，在日常巡檢中可以發現部分故障隱患，如螺絲松動導致的電壓波動，變壓器受潮或進灰導致的電纜配線絕緣下降等；那么日常巡檢必然是有助于故障的防范，這里認為安全角度上需要加上日常巡檢作業作為輔助預防性維修方法。