展望未來機車的維修模式

薄海青

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300142)

1 概述

實現鐵路跨越式發展,是鐵路現代化的重要標志,是確保鐵路運輸安全的關鍵環節,是提升鐵路服務質量的重要基礎,是增加鐵路運輸經濟效益的重要源頭。適應我國鐵路跨越式發展和加快現代化的要求,以全面滿足運輸能力快速擴充的需求為目標,以實現客運高速、快速,貨運快捷、重載為重點,以系統引進關鍵技術、技貿結合、消化吸收與自主創新相結合為依托,堅持先進、成熟、經濟、適用、可靠的基本方針,逐步實觀機車標準化、系列化、模塊化和信息化。這“十字”方針和“四化”要求,表述了我國鐵路技術裝備的發展目標。實現這一目標,我國鐵路機車裝備水平將發生根本性變化。不斷提高設備的可靠性、可維修性和經濟性,推動我國機車整體水平達到或超過國際先進水平。

通過系統引進和消化吸收,加速實現機車技術創新和更新換代。機車以網絡控制、交流傳動技術、高速和重載技術為突破口,促進總體水平不斷提高；客車以高速度、上檔次、人性化為主攻方向,提升整體水平；貨車以重載、提速和高可靠性為重點,實現關鍵技術的新突破。

實現機車裝備現代化是一個復雜的系統工程。大幅度提高機車部門全員勞動生產率和設備使用率、降低運營成本,優化生產布局,推動規模經營,實現效益最大化。提高機車的質量,改革機車的修程修制,是鐵路運輸企業的強烈要求。機車運用要堅定不移地實施“長交路、輪乘制”。機車檢修以建設五個專業化、規模化、現代化的機車檢修基地為契機,調整機車車輛檢修布局,形成“專業化、集中修、換件修”的新格局。

2 現狀及存在的問題

建國60年來,我國鐵路機車裝備水平有了大幅度提高,為鐵路運輸發展做出了巨大貢獻。到21世紀初,完成了機車牽引動力改革,實現了我國鐵路牽引動力的內電化,形成了以DF4D、DFll、SS8、SS9、SS7E型機車為主的提速機車系列和以DF8B、SS4型機車為主的貨運機車系列。

但是與鐵路運輸生產經營的要求和國際先進水平相比,存在較大差距：一是運輸安全可靠性難以滿足要求,設備故障時有發生。二是機車整體技術檔次不高,許多關鍵技術遠遠落后于發達國家。三是設備功能難以滿足服務質量的要求,對運輸服務質量的提升帶來不利影響。四是設備運用和維修成本較高,由于設計生產質量不高,運用中需要大量的人力、物力和財力支撐。五是數量、品種、功能上不適應運輸發展需要,尤其是在標準化、系列化、模塊化、信息化方面與發達國家相比存在明顯的差距。

機車的技術水平對機車的檢修制度的確定有著重要的影響,對于不同技術水平的機車,其修程及各修程對應的作業內容甚至檢修周期都有所不同。隨著我國鐵路運輸事業的不斷發展,機車的檢修工作量也逐年增長；特別是近幾年來,實行了“長交路、輪乘制”和“五次大提速”,使機車的運用效率有了進一步的提高。

但是,現狀的機務設備布點間隔過小、機車交路過短、機車中修布點過密、機車修程修制落后；計劃經濟下傳統的“大而全”或“小而全”的維修規模,存在著維修設施部分重復設置和投資規模較大的問題,缺乏路網性及系統性的統籌規劃；維修理念、維修體制和管理模式受鐵路局和各段(所)區域性利益的局限,難以適應跨越式發展的思路。

因此，必須探索管理模式的創新。積極推進機車檢修體制改革。改革現有的修程、修制,在確保安全、質量的前提下,探索管理新模式,努力延長檢修周期,縮短修理停時,降低檢修成本,逐步形成車號、走行千米、質量、信息追蹤管理。改變傳統的周期檢修方式,提高機車的使用效率。

3 檢修作業方式探討

3.1 國內檢修作業方式探討

目前,國內機車的檢修作業方式主要有：現車修、換件修和狀態修等3種。

(1)現車修：是將待修機車的零部件,經過修理,消除其缺陷后,仍安裝在原機車上的檢修作業方式。這種作業方式,除報廢零部件需更換外,其他零部件均需等待修理后,裝回原車。該方式的優點是：可以減少備用零部件的數量；缺點是：常常因等待零部件的檢修而延長了庫停時間。

(2)換件修(亦稱互換修)：是先將待修機車的零部件分解下車,然后將新零部件或已修好的零部件直接裝車,待修機車上分解下來的零部件,經過修理,消除其缺陷后,作為備品再裝在下批待修機車上的檢修作業方式。該方式的優點是：最大限度地縮短停修時間,提高修車效率；其缺點是：不僅要求有足夠的零部件,而且還要有一定數量的互換件。

(3)狀態修：是指根據通過對運用中機車的質量狀態進行檢測、監控和技術診斷,了解機車狀態變化的規律,分析機車的故障,檢測各部件的技術狀態或預判可能出現的故障,以此作為檢修的依據,根據機車的狀態進行修理的檢修體制。該方式的優點是：較大限度地延長檢修修程,縮短庫停時間,提高利用效率；其缺點是：不僅要求有足夠的檢測診斷設備,而且還要有足夠的技術支持。

但是,從根本上講,該檢修體制目前仍為計劃修,只是由于其發達的技術水平、完善的軟件和硬件環境,使其修程得以延長,并逐步向狀態修過渡。嚴格意義上的技術狀態修,目前世界上任何國家都沒有實現,但是技術狀態修是檢修體制的一種改革,是檢修體制的發展方向,各個國家和地區都在努力的探索如何向狀態修過渡。

目前,國內僅有少數幾個段嘗試過部分實現技術狀態修。因為這種檢修制度要求從管理人員、維修人員都應具有極高的素質,檢測、維修設備、手段也具有極高的科技含量,另外還要有可靠的無線傳輸設備,將診斷的故障結果準確無誤地向機務段的檢修調度中心報告,以便機務段及時安排工人和需要更換的配件。

綜上所述,為提高機車的效率,同時又減少零部件的儲備,目前合理的檢修方式是將現車修與換件修相結合：即機車檢修宜采用大部件互換修為主,部分零部件現車修為輔的檢修作業方式,在條件具備時,逐步擴大互換修的范圍。

3.2 國外檢修作業方式

據考察資料，國外機車車輛或動車組的維修保養主要有“售車+維修服務”模式和考慮成本效能比的理念等幾種方式。

3.2.1 “售車+維修服務”的模式

英國圣特利弗(CentralRivers)內燃動車維修段(維真中心)位于英國德比(Derby)市附近的圣特利弗動車維修段,是龐巴迪英國公司按照與英國維真客運公司簽訂的動車組維修合同投資建造的維修中心,也稱“維真中心”。據龐巴迪公司介紹,這項業務是龐巴迪公司推出的新的服務模式,即“售車+維修服務”模式。由于維真公司在購買動車組時,同時與龐巴迪公司簽定了15年的承包維修服務合同,價格得到了優惠,維真公司的維修成本支出也將比自己維修保養降低15%,還可得到可靠的運用保證與承諾。維真中心由龐巴迪英國公司投資4 500萬英鎊修建,共租用了1.5 hm2土地,日前建有5股道的動車組停留和整備車場、維修車間等設施。可以承擔35列、預留78列內燃動車組的停放、整備和維修保養工作。根據合同,龐巴迪英國公司承包動車組的維修、保養、清潔、更換部件、上油上水、排污等全部作業,保證出車率,負責按出車率約定、運行要求的時間提供足額和質量良好的動車組。維真客運公司按每輛車每走行千米0.5歐元的價格支付費用,雙方每5年對合同執行情況進行一次回顧、評估。龐巴迪英國公司為了保證出車率和質量,采用了“平衡式或可靠式”維修體制,取消“大修”,將集中的大修、維修,變為利用動車組使用間隙時間進行分散維修保養和狀態修、換件修。部件的修理,由專業部件修理中心修理。

據龐巴迪公司介紹,此項新模式業務已拓展到美國、澳大利亞、意大利、西班牙和中國等。承包維修的內容包括地下鐵道、輕軌、有軌電車,乃至德國的貨車。目前全球業務合同額達12億美元,年收入約10億美元,凈利潤率為5%～6%。簽訂的合同期5年至30年不等,回顧與評估時間可以是5年,也可以是2年,較為靈活,可另行商定,如中國廣深公司的“新時速”就是2年一次回顧。“新時速”1晝夜運用17 h,每百萬千米產生的故障點為7件,而標準值是12件。這種承包維修模式預測還可以節省10%～15%的購車費。

3.2.2 德國維修新模式

動車組的維修、保養和運用應以下列總的目標和理念為基礎：檢查；按計劃進行的糾正性維修保養；計劃外糾正性維修保養；要考慮成本效能比；有關的數據要求。

(1)檢查：檢查工作包括所有為確定和衡量動車組技術設備現狀的措施。

檢查工作包括：數據收集來源；有關使用情況的記錄信息；與功能有關的活動；與安全有關的活動；與維護保養有關的活動。

根據工作計劃表按照確定的間隔日期,維護保養人員實施檢查工作。檢查的結果做成文件資料以供評估。

(2)按計劃進行的糾正性維護保養：是依計劃要進行的維護保養工作的一部分。這些維護保養工作將以下述期間所獲得的數據和信息為基礎：在實施檢查工作期間；在進行維護保養工作期間和在對設計的薄弱環節進行檢測期間。

(3)計劃外糾正性維護保養：這部分工作是由于突發事故、人為破壞、不可預見的事件等未知因素,在維護保養工作計劃中應分項列出意外更換程序和維修策略。

(4)有關成本效能比的考慮：按計劃維護保養零部件的定期調整和更換的成本,以及對運營期間損壞的零部件進行計劃外的糾正性維護保養的成本這兩類費用的開支必須加以核算。

(5)數據要求：收集有關線路和列車運營的各種數字與車間運營數字相結合的數據及統計分析資料,以便得出具體的成本、運營時間等數據,實現令人滿意的維護保養。

這種管理方式的主要特點：是要不斷地進行項目的規劃、執行、控制和分析。通過這樣一個規劃和控制過程,管理人員將可獲得有關下述各方面的信息：在一定的預算或人力配屬范圍內得出制定維護保養計劃的各種指導原則；依據維護保養計劃或維護保養的強度相應調整預算/人力分配；制定維護保養工作的計劃時間表并進行跟蹤；材料和零備件的管理；人力資源的規劃；采購及招標工作；成本控制；故障及事故報告與分析。

4 檢修修程探討

機車的檢修修程及其指標是確定檢修制度及檢修規模的基礎,我國一般是根據鐵道部發布的《內燃、電力機車段修管理規程》和《鐵路技術管理規程》以及相關的規程、規范等制訂的。

實際上將檢查種類分為幾類,如何確定其周期,各階段的檢修作業內容怎樣規定,應根據機車結構和使用經驗以及機車制造廠商的維修手冊等決定。即：一般由制造廠商提供基礎數據,而用戶要根據機車的運用情況進行修訂,在確保行車安全的基礎上實現更高的經濟效益。除了機車本身的因素外,在制定機車檢修周期時還應考慮以下幾個重要因素。

4.1 檢修工作人員的素質

檢修工作人員的素質優劣直接影響檢修質量與檢修周期,因此調動工人的積極性,提高工人的技術水平和操作技能,使作為機車檢修制度主體的工人為機車的檢修工作發揮其主觀能動性。以改善機車的檢修質量,縮短檢修周期。

4.2 經濟使用壽命系數

機車的經濟使用壽命系數是指在一個大修修程內,其投入運用的時間與進行修理的時間之比。它實際上反映的是機車的運用效率,比值越大,說明機車在一個大修期內運營的時間越長,修理時間越短。

4.3 故障出現的周期性

從運營經驗看,機車的故障出現是有一定規律的。即對于新車由于各系統運行尚不穩定,需要一段磨合期,這個階段小故障出現比較頻繁。至運營中期各系統已比較穩定,故障相對較少。而到了機車各系統老化的時候,機車故障再次出現高峰。對于不同質量的機車這個周期長短不一,應在運用檢修過程中不斷摸索確定。這樣可以有針對性地進行機車的維修,減少機車出現故障的可能性。

4.4 檢修部件及周期

根據供貨商提供的保養周期及方法,結合運營經驗,預測部件可能出現的問題,進行保養。部分零部件在超過保修期便予以報廢。

4.5 檢修理念

貫徹均衡修理念。加強機車的保養、小修程的檢修質量,盡量延長部件的使用壽命,使檢修均衡化。

5 交流傳動及交流傳動機車的優點

5.1 簡要的歷史回顧

人所共知,機車發展按其動力來分,最早出現的是蒸汽機車,以后由蒸汽機車發展到內燃機車和電力機車。在電傳動內燃機車和電力機車中,開始是直—直傳動,爾后是交—直傳動,20世紀70年代以后又出現了交—直—交傳動,即所謂的交流傳動。這是機車由低級向高級逐漸演變的必然結果。每種機車的出現和存在都是與當時的技術發展相適應的。比如隨著大功率硅整流技術的出現,直—直傳動很必然地被更優越的交—直傳動所取代。同樣,隨著大功率的晶閘管特別是大功率可關斷晶閘管(GTO)的出現和微機控制技術等的發展,交直傳動很自然地被交—直—交傳動所取代。

交流傳動技術是一門綜合技術,其本質的特點是牽引電動機采用了交流異步電動機,其一系列的優點都是由此而表現出來的。交流傳動機車所以成為現代機車發展的方向,正是由異步電動機的特點和優點所決定的。和傳統的串激直流電動機驅動系統相比,交流異步電動機驅動系統的優越之處表現在機械、絕緣、耐熱、耐潮、粘著、維修、效率、自重、尺寸等諸多方面。

5.2 交流傳動機車的優越性

德國鐵路自1903年開始采用三相交流牽引與傳動技術,已有100年的歷史,從1993年研制的EuroSprinter交流傳動機車(動力集中)至今,已向許多國家提供了相應的技術和設備。德鐵通過幾十年交流傳動技術的應用,已在技術標準中明確規定只發展交流傳動技術,動車組將大力發展動力分散牽引。而西門子公司在研究交流傳動技術方面已有許多成功的經驗,值得借鑒。交流牽引電機與直流牽引電機相比,有許多優越性。

(1)結構簡單,質量輕,體積小,因而使整車質量減輕,簧下質量也同時減輕,易于設計；

(2)電機的電樞由于沒有了換向器和碳刷,沒有機械換向問題,故障率大幅降低,制造和維修成本也相應大幅減少。沒有主接地,密封好,抗風、雪,防塵好。

(3)交流牽引電機的牽引電流和短路電流都相應增大,抗沖擊的能力得到了相當大的提高,起動過載能力強。

(4)AC重載機車的牽引力大,牽引粘著系數可以達到0.32～0.39,起動粘著系數可達到0.43～0.50,用3臺相同功率的交流傳動內燃機車可以代替5臺直流傳動內燃機車來牽引16 000 t重載列車。

牽引電機維修量小,使用效率高,環境污染小(一氧化氮排放量12 g/kW·h,大大低于UIC標準16 g/kW·h),因此,經濟效益高。

6 維修模式建議

為期不遠的將來,客運高速、快速,貨運快捷、重載機車均采用交流傳動技術。將建立“專業化、集中修、規模化”的機車檢修基地。機車檢修基地對所屬機車檢修、試驗工作進行全面管理。檢修基地還設立大型機車配件及備品貯存設施以及司機的教育、培訓設施。

6.1 維修理念

交流傳動機車是全新的鐵路機車,必須全面推行新的機車檢修體系,以確保機車的安全運行。在引入國外先進檢修理念的基礎上,建立“一體化”的檢修管理模式；全面推行高效的機車檢修方式；全面實行高度的信息化管理。機車檢修基地的建設必須堅持高標準,在建設理念和建設標準上要與國際接軌；在設施設備配置上,要有利于實現先進的作業方式,提高作業效率；在物流、人流、車流組織上,要實現管理和決策的最優化、智能化,提高修車效率；在提高安全性和可靠性上,要大量采用先進的檢測和試驗手段,確保機車檢修質量。積極貫徹均衡修理念。加強機車的保養、小修程的檢修質量,盡量延長部件的使用壽命,使檢修均衡化。

6.2 維修管理

機車維修管理是為了實現維修目標,充分有效地利用機務段的人、財、物等資源,對機車維修模式進行策劃,對維修活動從安全保證、可靠性及成本效益等幾方面進行計劃、組織、控制和協調的過程。

安全保證：在保證機車安全的前提下制定或修訂任何維修計劃或程序。

可靠性：參考部件以往的故障記錄以及在系統中的重要性,制定各自部件或不同設備的合適檢修工作和程序。

成本效益：衡量設備的狀態表現和調整工作的成效,修訂出機車或部件理想的維修周期。

關鍵是要有一套完善的管理體系,要不斷地總結檢修經驗,修改檢修工藝,然后再應用于檢修工作,形成良性循環。這就是要實現機車檢修管理信息化。機車檢修管理信息化系統要以機車技術管理、生產管理、物流管理、調度指揮、安全監控為主要內容,對機車檢修各項工作進行全面的、實時的信息化管理,通過信息的分散采集,遠程診斷,網絡傳輸,集中處理,對各類信息進行實時匯總分析,使各級管理人員及時掌握機車生產、安全情況,進行有效管理,科學決策。各崗位工作人員通過信息共享,及時了解崗位工作內容和標準,開展工作,進行作業質量控制。對每臺機車各系統及各部件實行全壽命管理,詳盡掌握其狀態,從該部件投入使用時起,一直到當前,該部件的表現、曾經作過的維護或維修內容時間等都有著十分詳細的記錄。

6.3 維修體制模式

綜上所述,為提高機車的效率,同時又減少零部件的儲備,維修體制可以劃分為以下3種模式。

(1)第1種模式：建議采用計劃修與狀態修相結合、并逐步向狀態修過渡的檢修體制。即：采用按機車的運行周期(走行公里)進行檢修的計劃修和隨著機車運用檢修經驗的豐富,逐步利用機車故障診斷系統和檢修基地信息系統進行分析、檢測、判斷、決策,并依靠其提供結果進行檢修的體制。

而合理的檢修方式是將現車修與換件修相結合：即機車檢修宜采用大部件互換修為主,部分零部件現車修為輔的檢修作業方式,在條件具備時,逐步擴大互換修的范圍。

(2)第2種模式：采用“平衡式或可靠式”維修體制,取消“大修”,將集中的大修、維修,變為利用機車使用間隙時間進行分散維修保養和狀態修、換件修。以壽命管理方式對機車進行管理；盡量減少在修時間、提高效率、提高可靠性、提高機車利用率。部件的修理,由專業廠商專業化集中檢修方式進行。由信息化管理系統全過程支持。

(3)第3種模式：“售車+維修服務”的維修體制。與第二種模式最大的區別在于,本模式機車的維修是由機車制造商承擔。類似于前述的英國“維真中心”模式。這種模式的特點是。

①把購置與維修保養的支出、質量責任結合起來研究、處理。不僅可以節省購置支出、維修保養支出,使設計、制造部門真正實現“質量保證制”有了載體和落腳點,而且設備質量和適用時間的保證,將減少購置總量支出。

②維修場地與裝備的投資可以減少。提高設備利用率。

③維修保養的外包有利于精干主業,將管理人員的精力更多用于運輸經營管理。

④運營成本中的機車修理保養支出可以相對固定,有利于經營管理。

7 結論

計劃修與狀態修相結合并逐步向狀態修過渡的檢修體制、“平衡式或可靠式”維修體制和“售車+維修服務”的維修體制等3種模式各有特點,代表著機車檢修發展的不同階段。具體采用何種模式還需結合維修理念、維修管理、維修周期、檢修作業方式、資金籌措方式等的發展趨勢,綜合分析確定。當然也可以延伸并應用到車輛和動車組的維修管理。

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[4] 鐵運[2000]7號，鐵路機車運用管理規程[S]．

[5] 鐵科教[2000]83號，鐵路主要技術政策[S]．

[6] 鐵運[1999]79號，內燃、電力機車段修管理規程[S]．