高速動車組備件管理研究*

吳國棟,王華勝,文 禮,李忠厚

(1 鐵道部運輸局 裝備部,北京100844)

(2 中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所,北京100081)

科學的備件管理是提高動車組檢修效率,改善維修經濟性的重要手段和途徑。隨著我國高速動車組大批量的投入運營,以及覆蓋全路高速網絡的動車段、動車所的建成運用,備件管理工作在高速動車組檢修中的作用和影響日漸突出。如何使備件管理工作更加科學、有效,是一個亟待深入研究和分析的課題。

1 動車組備件定義

備件的概念非常寬泛,大到某個系統,小到一個元件,都可稱為備件,因此,首先需要對備件進行定義。針對動車組的層次化、模塊化特點,并參照GJB 431-1988《產品層次、產品互換性、樣機及有關術語》的有關規定[1],可將動車組劃分為系統、分系統、裝置、組件、部件、零件6種備件約定級別。

(1)系統級備件

由圖1可看出,在系統級層面上,動車組可劃分為10個系統[2],其中左側的6個系統直接影響動車組運行和安全,屬關鍵性系統;右側的4個系統主要影響旅客服務質量,屬服務性系統。

圖1 動車組系統級備件

(2)分系統級備件

動車組各系統級備件由分系統級備件構成,見圖2。

圖2 空氣制動分系統級備件

(3)裝置級備件

動車組各分系統級備件由裝置級備件構成,見圖3。

圖3 基礎制動分系統裝置級備件

(4)組件級備件

動車組各裝置級備件由組件級備件構成,見圖4。

圖4 基礎制動裝置組件級備件

(5)部件級備件

動車組各組件級備件由部件級備件構成,見圖5。

圖5 夾鉗單元部件級備件

(6)零件級備件

動車組各部件又可進一步劃分為零件級備件,見圖6。

圖6 閘片托及閘片零件級備件

以動車組空氣制動系統為例,對其備件級別和定義進行了初步分析,同理,可對其他系統進行類似分析。通過以上分析,可以得到動車組不同結構層次上的備件目錄,為備件的分類和管理提供依據。

2 動車組備件分類

動車組檢修是按照不同的級別在不同的場所進行的,不同檢修級別的深度和范圍不同,涉及的備件種類和范圍也不同,因此,需要在動車組維修級別分析的基礎上,根據不同檢修場所對動車組備件進行分類。

2.1 動車組維修級別

維修級別是按照裝備維修所處場所而劃分的等級,以便合理劃分維修任務,科學、高效組織維修;合理配置維修機構和資源,提高其使用、管理的效率和效益。

目前,我國動車組采用了動車所、動車段2級別維修模式,該模式簡化了維修管理,縮短了回送和檢修停時,提高了檢修效率。但該維修級別模式是在充分發揮主機廠和備件商技術優勢,對主要部件實行換件修、專業化集中修的基礎上建立的,因此,從備件管理角度看,動車組維修仍然是3級,即動車所級、動車段級、主機(配件)廠級。

(1)動車運用所

動車運用所一般設在有始發終到動車組較多的客運站所在地,承擔所在客運站始發終到動車組的一、二級修、存放和臨修作業及所派駐動車組的二級修作業[3]。動車所的檢修作業方式包括清潔、檢查、潤滑、調整、部分部件的更換和檢修等。

(2)動車段

動車段一般設在客運中心,主要承擔動車組的3、4、5級修[3]。動車段具備較強的系統診斷、分解、檢修、組裝和調試能力,部件分解更換的程度更深,范圍更廣。

(3)主機廠

主機和配件廠在人員、技術、設備、設施、工裝、工藝、材料、備件等方面均有較強的優勢,具有更高的修理能力,可承擔動車組各種高級別維修、現代化改造、以及大部件修理、備件制造等工作。

2.2 動車組備件分類

根據動車組維修級別,可將動車組備件劃分為:動車所更換單元(所級備件)、動車段更換單元(段級備件)和主機廠更換單元(廠級備件)。

(1)所級備件

所級備件指在動車所內對動車組進行1、2級修和臨修時,更換或檢修的動車組備件。主要包括某些結構復雜、分解組裝困難的系統級備件和分系統級備件,如轉向架、空壓機、制動控制單元等;也包括結構簡單、更換容易的零部件級備件,如閘片、濾網等。

(2)段級備件

段級備件是指在動車段內對動車組進行3、4、5級修和其他超范圍臨修時,更換或檢修的動車組備件。段級備件主要包括委外修的系統級和分系統級備件,如主變壓器、牽引電機、空調等;段內分解檢修涉及的裝置級、組件級、零部件級備件,如軸箱軸承、車輪、減振器、儀表、電子模塊等。

(3)廠級備件

廠級備件是指在主機廠或備件廠內對動車組及其系統或分系統進行維修時,更換或檢修的備件。廠級備件通常是組件、部件、零件或元器件級別的備件,如各類機械零部件、電路板、電子元器件、插接件等。

此外,還有一些備件對拆卸、更換要求更高,需要在更專業的“下游”外協廠進行維修,采用類似方法可做進一步分析。

3 動車組備件儲備

高速動車組備件不僅價格昂貴,而且許多備件采購周期長,訂貨渠道復雜,因此,備件的庫存管理非常重要。一旦管理不當,就可能造成某些備件庫存短缺,影響維修進度,降低動車組利用率;或者某些備件庫存過剩,占用過多資金,增加檢修成本。

3.1 備件重要性綜合評價

動車組的零部件數以萬計,但其重要程度是有差別的。首先,故障后果不同,有些部件發生故障后對動車組運行不會產生嚴重影響,可待到方便時進行更換;有些部件發生故障后不僅影響運行甚至威脅安全,發現故障征兆必須立即更換。其次,部件的故障發生概率不同,如一些經常發生故障的易損、易耗件更換率較高,備件庫存量要充足;另有一些備件很少發生故障,備件庫存量可適當控制。此外,動車組不同備件的價值也有很大差別,有的價值上百萬元,對于哪些價值昂貴的備件應重點管理,盡量減少資金占用。

鑒于動車組備件的上述特點,建議按照故障嚴重程度、故障概率大小和價值高低對備件的重要性進行綜合評價。

(1)后果嚴重程度

按照備件故障后果的嚴重程度將其分為3級,1級備件非常關鍵,故障后會中止動車組運行;2級備件比較重要,發生故障后雖然不中止動車組運行,但會使動車組運行品質下降;3級備件屬一般部件,發生故障后不影響動車組運行。

(2)發生故障概率

備件故障發生概率等級可分為高、中、低3級,高故障概率等級意味著該備件的更換率高,要求庫存量較大,應重點管理;低故障概率等級意味著該備件可靠性高、更換率低,庫存量要求不大。在具體計算備件庫存量時,還應考慮備件耗損規律、訂貨渠道、采購周期、庫存條件等多方面因素。如某些耗損型備件故障率與運用時間關系密切,應依據其可靠性規律制定備件庫存策略。

(3)價值

可采用作圖方法,取橫軸為備件種類,縱軸為備件累計價值,將動車組備件目錄中的備件按照價值從高到低依次累加,得到一條曲線。在曲線上標出累計價值增長達到50%、80%的點,則對應橫軸的備件種類分別為A、B、C類備件。A類備件屬高價值備件,通常種類較少,應在綜合考慮其故障后果和故障規律的基礎上對庫存量重點控制;B類備件屬中等價值備件,應盡量控制庫存;C類備件屬低價值備件,該類備件數量通常較大,可根據需要控制庫存。

表1給出了各影響因素等級劃分標準,按照不同因素的等級標準,可對動車組備件重要性進行綜合評分。

表1 部件重要性影響因素等級劃分

設rij為第i個備件第j個影響因素的評價等級,則

式中wi為第i個備件重要性的綜合得分。可根據得分情況決定備件的儲備策略,如規定wi≥8時須對該備件進行重點關注;以及規定某個單項評分達到3時,也必須對該備件進行重點關注。

3.2 動車組備件儲備策略

針對不同重要程度的動車組備件可制定如下相應的庫存策略:

(1)冗余庫存策略

對于發生故障后可能引起動車組不能出庫或中斷運營的備件,須采用冗余庫存策略,確保檢修需求。首先根據其損耗規律、訂貨周期等因素,計算出基本庫存量;在此基礎上,對于采購渠道暢通、價值昂貴的備件應嚴格控制庫存量,避免占用過多資金;對于采購渠道不暢通,不確定影響因素較多的備件,還應考慮一定的冗余系數,適當多庫存一定量的備件,以確保備件供應不出現短缺。

(2)一般庫存策略

對于發生故障后可能引起動車組運營品質下降、價值不高、適于儲備的備件可采用一般庫存策略,以基本滿足檢修需求,不出現明顯短缺現象為基準。根據其損耗規律、訂貨周期計算出基本庫存量,在此基礎上靈活掌握該類備件庫存。

(3)短缺庫存策略

對于價格昂貴,發生故障后并不中斷運營,且采購渠道比較暢通的部件可采用短缺庫存策略。該策略以最大限度降低備件資金占用為目的,可采用動車所(段)間備件共享,以及第3方備件儲備周轉等方法實現。

(4)零庫存策略

對于采購便捷,以及發生故障后基本不影響運營的備件,可采取需要時按量采購的零庫存策略。避免不必要的資金占用和庫存管理。

4 動車組備件管理方法

前面對高速動車組備件進行了定義、分類和儲備策略分析,在此基礎上,可采用三維矩陣方式對高速動車組備件進行管理分析。所謂高速動車組備件的三維矩陣管理是指從備件目錄、備件類別、儲備策略3個維度對備件進行綜合分析和評價。

(1)備件目錄維分析

依據動車組設計的層次化、模塊化特點和結構、功能特征,按照系統、分系統、裝置、組件、部件、零件的備件約定級別進行結構層次劃分,得到不同級別上的備件目錄。

(2)備件類別維分析

從檢修技術復雜性、設備設施、工裝工藝、人員素質等因素綜合考慮,對目錄中的備件進行逐級、逐個評價,判斷各級備件在動車所實施換件修的可能性,進而得到所級備件清單。

采用類似方法,針對動車段檢修內容和要求,對備件目錄進行動車段換件修評價,得到段級備件清單。

同理,針對主機廠和配件廠的檢修范圍和要求,對備件目錄進行廠級備件評價,得到廠級備件清單。

(3)儲備策略維分析

在對各級備件進行重要性綜合評價的基礎上,分析確定其儲備策略,即確定各級備件應采用冗余庫存、一般庫存、短缺庫存還是零庫存策略。

圖7 動車組備件管理三維矩陣圖

圖7給出高速動車組備件管理三維矩陣圖,通過對三維矩陣圖進行分析,可得到所級備件、段級備件、廠級備件的目錄及其儲備策略。

5 結論與建議

(1)針對高速動車組及其設備的層次化、模塊化特點,以動車組空氣制動系統為例,從系統、分系統、裝置、組件、部件、零件6個約定層次,對備件進行分級定義,給出動車組備件目錄編制方法。

(2)針對高速動車組維修級別和備件管理需求,從當前動車組檢修機構的檢修能力和條件出發,將高速動車組備件劃分為所級備件、段級備件和廠級備件等類別,為備件的分類管理奠定了基礎。

(3)從故障后果、故障概率、價值高低等方面綜合考慮,提出高速動車組備件重要性綜合評價方法,在此基礎上給出針對不同重要程度備件的儲備策略。

(4)提出了高速動車組備件管理的三維矩陣方法,該方法從備件目錄、備件類別、儲備策略3個維度對備件管理進行綜合分析,可較系統、全面地獲得備件管理方案。

(5)備件管理對高速動車組維修效率和成本都有著至關重要的影響,隨著高速動車組維修實踐不斷開展和深入,備件管理研究工作也需不斷深化和完善。

[1] 端木京順,張諍敏,武維新,等.裝備維修技術經濟[M].北京:國防工業出版社,2003.

[2] 張曙光.CRH1型動車組[M].北京:中國鐵道出版社,2008.

[3] 鐵道第四勘察設計院.鐵路動車組設備設計暫行規定[S].北京:中國鐵道出版社,2007.