基于層次分析法的養路機械維修影響因素分析

宋 奔

(廣西路橋工程集團有限公司,廣西 南寧 530200)

0 引言

一直以來,鐵路事業作為我國交通運輸的主導行業,掌握著國民經濟的大動脈。而鐵路軌道作為鐵路線路的重要組成部分,會受到氣候環境及列車反復動載的影響,當其狀態發生改變,可能影響其使用壽命,因此需要采用合理的措施對其進行養護維修,以保障列車安全運行。而大型養路機械因具有智能化、自動化的優點,符合鐵路事業的發展方向,逐漸成為鐵路軌道養護維修的主流方式,但仍然面臨著大量可能存在隱患的問題,對此許多學者進行了深入研究。徐濟松等[1]融合多源數據研發了大型機械施工時保障現場施工人員安全的預警系統,通過現場試驗驗證了該方案的可行性。劉輝[2]針對大型養路機械在應急搶修施工過程中的困難問題,設計了一種可以模擬多種緊急工況的搶修演練系統。劉平[3]根據遺傳算法搜索確定了最優化的養護維修作業方案,并將其運用于某鐵路的軌道高低不平順檢測,與傳統方法相比,其效率明顯提高,實現了維修計劃的自動編制。趙志剛等[4]針對東北和內蒙古東部地區鐵路網規格布局特性,將理論與實際相結合得到相應的大型機械養護維修需求,從而確定合適的檢修臺建設地址和規模。時瑾等[5]為提高大型機械養護維修工作針對有砟軌道進行搗鼓作業的質量,建立了相應的撥道方案優化模型和效果評價標準,并在實際工程中驗證了該方法的有效性。牛懷軍等[6]針對大密度重載鐵路結合相應的理論方法,提出一種針對大型養路機械的相關設備和數量的優化配置方案。本文針對大型養路機械養護維修的作用效果,分析對其產生影響的各大因素,選用層次分析法對其進行層次化、條理化的劃分,確定其相應的權重,從而確定對大型養路機械養護維修效果影響最大的因素。

1 層次分析法理論

隨著科學的發展和技術的進步,大型養路機械的應用也不斷增多。大量大型養路機械累積實際作業經驗后,發現其維修質量的好壞與維修作業前設備自身狀態、既有線縱斷面的優化設計、施工組織設計等多種因素有關。為提高大機作業的質量,本文選用層次分析法[7],將所有影響因素進行條理化、層次化、規范化的梳理,構造出相應的養路機械維修模型,并邀請200余名專家和相關從業者對每項因素進行評估,判斷其相對重要程度,對其進行一定處理后,得到相應影響因素的權重。

層次分析法需要根據分析決策的對象,制定相應的目標,明確需要考慮的影響因素,從而建立上、中、下3個層次的結構模型。

用Ui=(u1,u2,…,un)表示需要研究的各項影響因素,為避免定性研究的主觀影響,選擇建立相應的構造判斷矩陣A=(uij)n×n的方式進行,將各項影響因素的重要性進行兩兩比較,根據常見重要性比較語義,按照如表1所示的對照關系,按1～9標度將語義轉換為合理的數值標度。對于兩項影響因素ui和uj,矩陣A中的uij是指影響因素ui相對于影響因素uj的重要程度,則可知uji=1/uij。矩陣A如式(1)所示。

表1 判斷矩陣的語義轉換關系表

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根據所得的構造判斷矩陣A,將其各行向量先采用方根法進行幾何平均,即將矩陣A中的元素每一行進行相乘,得到新的列向量,將列向量中每個元素開n次方,后采用歸一化處理,可得到各個影響因素的權重和相應的特征向量,如式(2)、式(3)所示。

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為判斷根據上述方法得到的矩陣A的特征向量W的可信程度,需要對其進行一致性檢驗。根據式(4)求得相應的最大特征值λmax,再根據式(5)求得一致性指數CI,將CI與由表2查詢所得的RI進行對比,根據式(6)可以計算得到相應的CR值,當且僅當CR值<0.1時,認為上文構造的判斷矩陣A符合一致性要求,否則需要對矩陣A進行調整,直到所得CR<0.1為止。

表2 n階矩陣一致性指標RI值表

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2 養路機械維修模型分析

分析研究使用大型養路機械對鐵路軌道進行養護維修的影響因素可知,其主要分為6個方面:

(1)既有線設備原始狀態。大型養路機械養護維修前,檢測路段軌道、道岔及其他設備結構、幾何的原始狀態對養護維修作業的難易程度和作業效果都存在重要影響。

(2)既有線縱斷面優化。鐵路軌道的縱斷面需要根據其實際工況,定期檢測其平順性情況,制定合理的養護維修方案,選擇進行起道整修或者大機搗固,養護維修全過程均需進行嚴格的質量控制,根據相應的技術交底文件,對該檢測段的縱斷面進行進一步的優化設計與完善。

(3)作業施工組織安排。大型養路機械養護維修時,若作業施工組織如作業流程、工作進度、工作天窗時間等安排合理,能夠大幅提高養護維修作業的效率和質量。

(4)大型機械原始狀態。養護維修作業不僅需要既有線狀態優良,也需要大型機械本身的狀態能滿足要求。故在進行作業之前,應當對需要進行作業的大型設備提前進行調試工作,確保其能正常運行。同時需要制定相應的措施,對其進行日常保養維護。

(5)操作人員的技能水平。大型養路機械一般需要機組人員跟隨進行作業,而其技能水平如對各種機械本身事務操作的熟練程度、對各種路段適用的操作方案判斷能力、出現緊急故障時應急水平等都會對養護維修工作造成影響,因此需要對相應的機組人員進行相關培訓,使其充分掌握機械操作技能,能熟練應對各項情況。

(6)各個部門對施工作業的配合程度。大型養路機械養護維修工作涉及很多部門,如車務部門需要提前進行施工作業協調,交底施工時需要進行組織安排,施工作業結束后需要進行總結工作;工務部門需要事先進行施工準備,做好相關資料確認,平整道床,根據需要對護軌等設備進行拆除和恢復;電務部門根據需要對各類導線和連接線進行拆除和恢復;車輛部門需要對車輛進行相關設置和處理。各個部門及時完成分內工作,共同協調,才能盡可能減少意外事件的發生,高質量地完成養護維修工作。

這6個影響因素之間相互獨立又相互關聯,部分與部門管理有關,部分與實際作業時的施工情況有關,但共同決定了大型養路機械養護維修工作的最終成果。實際作業中,鐵路既有線的縱斷面優化、既有線設備的原始狀態以及作業施工組織安排均由鐵路工務部門負責,大型機械的日常保養和原始狀態確認、操作人員的技能培訓和水平提升主要由檢修部門負責,而對施工作業的配合程度則涉及多個部門的協調工作。

結合上述實際工作情況與專家經驗,可設置3個與大型養路機械養護維修效果有關的方案:方案一,著重考慮鐵路既有線的縱斷面優化、既有線設備的原始狀態以及作業施工組織安排的影響;方案二,著重考慮大型機械的日常保養和原始狀態確認、操作人員的技能培訓和水平提升的影響;方案三,著重考慮各部門施工作業配合程度的影響。據此,基于層次分析法建立相應的大型養路機械維修模型如圖1所示。

圖1 大型養路機械維修模型示意圖

3 最優方案的確定

對于最大化改善大型養路機械維修效果這一決策目標A,將B層的6項影響因素兩兩進行重要程度的比較后根據上文所述的標度進行評價打分,綜合200余名專家的經驗打分結果,得到相應的構造判斷矩陣A如下頁式(7)所示。以既有線設備的原始狀態與大型機械原始狀態為例,大部分專家認為,前者的重要程度略高于后者,故選定其標度為3,即a14=3,a41=1/3。

(7)

針對B層的6個影響因素,將C層3個方案對其的重要程度進行兩兩比較,得到6個矩陣B1～B6,如式(8)所示。以B1為例,針對既有線設備的原始狀態這一影響因素而言,專家評價均認為方案一重要程度高于方案二,故選定其標度為7,即b12=7,b21=1/7。

使用Matlab軟件計算上述矩陣A中各項影響因素B的權重值、特征向量及一致性檢驗結果如表3所示;對于矩陣B1～B6,各個方案的權重值、特征向量及一致性檢驗結果如表4所示。由表3、表4可知,各矩陣一致性檢驗均能滿足要求,根據權值計算結果,對3個方案的權值進行計算后結果如表5所示,方案一的總權重值為0.501 9,方案二的總權值為0.238 9,方案三的總權重值為0.296 4,故可認為方案一的重要程度最高,其次為方案二,最次為方案三。即大型養路機械養護維修,應當首先對檢測段線路設備狀態的實際情況進行調查評判,選擇最適宜的養護維修方案,對其縱斷面進行合理優化,加強施工作業的組織工作,以確保最后的養護維修施工效果。

表3 矩陣A各項影響因素權重及一致性檢驗結果表

表4 矩陣B1～B6各方案權重及一致性檢驗結果表

表5 影響因素指標權重表

(8)

4 結語

本文針對大型養路機械養護維修的作用效果,分析對其產生影響的各大因素,為盡量避免主觀影響,將這些影響因素進行量化分析。選用層次分析法將相應的影響因素和作業方案進行層次化、條理化的劃分,根據200余名專家進行兩兩比較打分進行量化處理和數學運算后,得到如下結論:

(1)大型養路機械維修效果的影響因素有很多,由協調管理、施工操作等多方面組成,但主要可以分為既有線設備原始狀態、既有線縱斷面優化、作業施工組織安排、大型機械原始狀態、操作人員的技能水平、各個部門對施工作業的配合程度等6個具體因素指標。

(2)使用上、中、下三層的層次分析法可以建立相應的大型養路機械維修模型,最頂層為模型目標,即改善大型養路機械維修效果的最優決策;中間層為影響大型養路機械維修效果的6個主要因素;最底層是根據各項因素的實施部門制定的相應的優化方案。

(3)各項影響因素指標和優化方案分別進行兩兩比較和量化評分,采用方根法進行幾何平均得到相應的權重值、特征向量,并對其進行一致性檢驗,最后結果均符合一致性要求。方案一總權重值最大,即在進行大型養路機械養護維修時,應當首選考慮既有線設備原始狀態、既有線縱斷面優化、作業施工組織安排這三項因素的影響。