城市軌道交通車輛大架修靈活工藝設計*

周再玲 劉致遠 龔輝波 劉葛輝 王亞平

(1. 廣州地鐵設計研究院股份有限公司, 510010, 廣州;2. 天津市英貝特航天科技有限公司軌道交通事業部, 300141, 天津;3. 北京全路通信信號研究設計院集團有限公司, 100070, 北京;4. 北京交通大學交通運輸部綜合交通運輸大數據應用技術交通運輸行業重點實驗室, 100044, 北京)

隨著我國城市軌道交通線網配屬車輛的增加和車輛運用強度的增強,車輛檢修工作量不斷增大。合理的檢修作業安排方法對提高維修能力和車輛使用效率具有重要意義。在城市軌道交通車輛維修規程中,大修和架修屬于高級修程,需要專業化程度高的維修設備,具有維修流程復雜、扣停時間長等特點[1]。因此,大架修作業是城市軌道交通車輛檢修工作組織的難點與瓶頸點。

大架修活動的組織和實施基于車輛維修工藝設計。既有研究主要關注大架修車輛基地綜合檢修庫中設施設備的平面設計[2]、大架修需求和能力計算方法[1,3-5]、檢修設施與維修活動的匹配關系[4-6]等方面。整體上,既有研究對城市軌道交通車輛大架修設施布局設計、能力需求計算以及匹配關系等已相對成熟,但缺乏對大架修工藝內容的梳理以及面向維修優化的工藝設計。

本文深入分析我國城市軌道交通車輛大架修的既有作業特點和既有工藝,在此基礎上通過工藝流程、檢修策略和維修資源配置的改進,設計了車輛大架修的靈活工藝。

1 既有大架修作業特點

城市軌道交通車輛的大架修作業在大架修車輛段或車輛基地內進行,通常需要多種維修設施和維修線路的配合。除檢修線路外,場庫中設有檢修車間對各類車輛設備進行就近檢修。這一過程的主要特點包括車輛移位修、部件集中修、檢修策略多樣化。

1.1 多維修線路間的移位修作業

移位修指在檢修作業的過程中,車輛在不同檢修線之間依次移動并進行相應檢修作業。我國城市軌道交通車輛大架修一般采用移位修作業,因為一個大架修車輛段一般檢修同一類型的車輛,且大架修的維修流程具有相似性[7]。

移位修方式是一種流水線式的作業模式,解編后的車輛按照“整列入庫,解編檢修”的原則,根據檢修作業流程依次在各檢修線進行相應的作業。圖1為城市軌道交通車輛大架修移位修作業轉線過程。圖1中列車在有電軌道之間的轉線(1、9、10)憑借自身動力進行,在有電軌道和無電軌道之間的轉線(2、8)一般利用內燃調車機車來完成,在大架修線解編后至編組成列前的車輛及車體轉線(4、5、6、7)利用綜合檢修庫內的移車臺完成。

圖1 城市軌道交通車輛大架修移位修作業轉線過程

1.2 部件集中專項修

大架修車輛段的綜合檢修庫中除了設有維修線路,還有用于部件檢修的專業車間,一般按照專業或設備類型劃分為檢修工區。如圖2所示,設備檢修工區按照就近原則設置在大架修線一側,且相同專業的檢修工區集中布置。

圖2 大架修車輛段綜合檢修庫檢修功能區劃分示意

1.3 檢修策略多樣化

大架修作業過程中,車輛進入檢修線作業的順序取決于不同的檢修策略。目前,城市軌道交通車輛大架修常見的檢修策略主要有3種:整體同步檢修策略、階梯式檢修策略、部分優先檢修策略。檢修策略的選擇主要取決于各檢修線的作業能力與檢修作業任務規模。

1.3.1 整體同步檢修策略

整體同步檢修策略下,列車的各車輛同步進行各項檢修作業。在所有車輛結束當前檢修線的所有檢修作業之前,不允許車輛進入下一檢修線,即所有車輛需同步進入下一檢修線進行檢修作業。

整體同步策略適用于大架修車輛段內各檢修線能力充足的情況,增加車輛的同步作業可縮短大架修作業時間,同時有利于簡化檢修作業方案的制定和實施。但是,在檢修線能力不足的情況下會導致車輛產生額外的等待時間,同時容易導致檢修人員執行集中的檢修作業。因此,整體同步檢修策略需要各工序的檢修人員以及設施設備的合理匹配。

1.3.2 階梯式檢修策略

階梯式檢修策略是一種分批作業的策略,車輛根據編組順序依次進入各檢修線。階梯式檢修策略適用于大架修車輛段各檢修線作業能力無法同時進行所有車輛的檢修作業的情況。車輛依次進入各檢修線可有效避免作業排隊問題,減少等待時間,也有利于維修人員作業時間的均衡性,但是作業調度方案的制定和實施的難度較大。

1.3.3 部分優先檢修策略

部分優先檢修策略將一部分車輛檢修任務視為特殊需求并優先作業。進行優先作業的車輛在完成當前檢修線的作業后直接進入下一檢修線,其余車輛在檢修線空閑時進行相關作業。

類似于階梯式檢修策略,部分優先檢修策略同樣適用與大架修車輛段內檢修線能力不足的情況,可優先檢修急需投入運營的列車。部分優先檢修策略滿足了車輛大架修過程中的特殊需求,但是容易造成部分車輛等待時間過長,導致大架修整體作業時間變長。

2 既有大架修工藝分析

針對我國城市軌道交通車輛大架修作業組織方式,將大架修作業內容歸納為工藝流程、檢修策略、維修資源配置三部分。

2.1 工藝流程

工藝流程定義了各項維修任務及其作業順序、銜接關系和資源需求。車輛大架修工藝流程是大架修計劃安排的基礎。采用固定工藝的城市軌道交通車輛大架修流程如圖3所示,大修和架修的工藝流程基本相同,僅在部分流程的順序上存在差異,例如部分工藝先進行解編再拆卸車頂設備。整體上,既有的大架修流程工藝以車體檢修為主要流程,車體檢修與部件檢修并行作業,整體工藝流程為串并混合結構,維修組織比較復雜。

圖3 采用固定工藝的我國城市軌道交通車輛大架修流程

2.2 檢修策略

我國車輛檢修工作組織多采用人工組織,存在管理和調度效率不足等問題。為了便于調度和維修計劃實施,多采用整體同步檢修策略。在車輛段存在場地限制或列位不足的情況時,多采用階梯式或部分優先檢修策略。

2.3 維修資源配置

我國大架修車輛段中的檢修資源主要按綜合檢修庫功能區進行劃分,檢修設備和人員固定配屬于各個功能區,功能區包括檢修線路和設備檢修區。在檢修設備配置方面,各檢修功能區設置一定的檢修臺位,并設有多種檢修設備以進行不同的檢修作業。在人員配置方面,由各個工種或專業搭配組合形成各類檢修工班,承擔各自檢修功能區的檢修作業任務。

3 大架修靈活工藝設計

以既有固定工藝為基礎,在保證安全以及可行性的情況下,把原先串行的維修工作適當拆分為若干個可同時并行開展的維修工作,節約維修總時長,按照增加并行作業流程和調度靈活性的原則,進行大架修的靈活工藝設計。

3.1 工藝流程設計

通過增加大架修流程中的并行作業,可有效提高大架修的作業效率。同時,并行作業之間相互獨立使檢修作業在一定范圍內可進行靈活調整,從而滿足實際維修中對維修人員和設備的調度需求。

采用靈活工藝的城市軌道交通車輛大架修流程如圖4所示。部分工序后銜接多個可執行工序,在設備和人員條件允許的情況下可分別執行,在維修資源存在占用沖突時可視情況靈活調整作業順序。靈活工藝可增加并行作業,減少額外等待時間,從而縮短大架修作業時間。通過增加大架修作業的可調整范圍,有利于提高大架修作業的可靠性。

圖4 采用靈活工藝的城市軌道交通車輛大架修流程

3.2 檢修策略設計

大架修靈活工藝可采用全過程動態調整的檢修策略,即在整個大架修作業過程中,檢修策略可根據檢修線的作業能力而隨時調整。在檢修線作業能力充足的情況下進行車輛整體同步作業,在能力不足時可對車輛進行分批階梯式作業,在有特殊需要的情況下對部分車輛集中進行檢修作業。

3.3 維修資源配置設計

大架修靈活工藝在維修資源配置上采取“設備固定,人員流動”的配置方式。在檢修設備的配置上,根據檢修作業的需要組合設計和搭配檢修設備,使得檢修功能區內的檢修臺位具備進行一類檢修作業的能力。對不同檢修任務的作業時間反映了臺位的作業能力,可利用不同臺位的作業能力差異協同改進靈活工藝下的車輛大架修流程。

靈活工藝的維修資源配置方式可以充分挖掘維修資源的作業潛力,提高維修資源利用率,實現大架修車輛段內部的維修資源共享,降低大架修作業成本。

4 效果分析

以6輛編組城市軌道交通列車的架修為例,對比在不同檢修工藝下完成列車架修的作業時間,各檢修線的作業內容、能力和作業時間如表1所示,設所有部件均為換件修。

表1 檢修線作業內容、能力和作業時間

分別計算2種架修工藝下的車輛架修作業時間,固定工藝對應多種檢修策略,分別對整體同步和階梯式檢修策略進行計算,可得到3種方案下的車輛架修作業時間如表2所示。

表2 不同方案下的車輛架修作業時間

由表2進一步計算可知:在固定工藝流程下采取整體同步檢修策略的作業時間為25.0 d;采用階梯式檢修策略的作業時間為20.5 d,二者相差4.5 d;應用靈活工藝流程的架修時間僅為17.5 d,相比固定工藝流程最多可減少7.5 d的架修時間。結果表明,通過引入并行作業,大架修的靈活工藝可有效縮短架修作業時間。

具體在維修設施能力充足的情況下,引入并行作業可以有效節省作業時間,如靈活工藝下列車完成解編線的維修作業僅需要1.0 d,而固定工藝最少需要2.0 d。在維修設施能力不足的情況下,避免車輛執行整體同步檢修策略能有效縮短車輛的等待時間,整體同步策略下列車完成大架修線作業需要4.0 d,并在此后才允許進行車體線上的維修作業。而階梯式檢修策略和靈活工藝允許部分車輛完成大架修線的維修作業后即進入車體線進行后續作業,將車體線開始作業的時間提前2.0 d。此外,靈活工藝可有效縮短在相同維修線路執行相同維修作業的時間,完成在車體線的全部維修作業時間為5.0 d,少于固定工藝所需要的7.0 d。

5 結語

本文通過對城市軌道交通車輛大架修的檢修內容和流程現狀進行全面梳理和歸納,總結了大架修的工藝特點和適用條件,進一步提出了考慮靈活作業的大架修工藝,分別從工藝流程、檢修策略和資源配置角度進行說明。算例結果表明,應用靈活工藝可有效縮短列車的大架修作業時間,提高城市軌道交通車輛的維修效率。