以可靠性為中心的維修在地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中的應(yīng)用

李 爭(zhēng) 徐 敘

以可靠性為中心的維修在地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中的應(yīng)用

李 爭(zhēng) 徐 敘

(無(wú)錫地鐵運(yùn)營(yíng)分公司車(chē)輛部江蘇無(wú)錫214171)

介紹以可靠性為中心的維修(RCM)的分析思路及方法，并以無(wú)錫地鐵2號(hào)線地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)為例進(jìn)行RCM分析，根據(jù)各模塊的功能進(jìn)行子系統(tǒng)劃分，通過(guò)選取故障模塊的樣本進(jìn)行篩選、分析，根據(jù)RCM理論，對(duì)轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)進(jìn)行量化的分析研究，將各模塊的故障模式標(biāo)準(zhǔn)化。針對(duì)故障模式進(jìn)行原因分析，制定解決措施，劃分故障等級(jí)，并對(duì)故障最終影響進(jìn)行評(píng)估。在此基礎(chǔ)上提出轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的維修優(yōu)化策略，并對(duì)維修策略結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，為轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)維修提供決策參考。

軌道交通;地鐵車(chē)輛;可靠性;維修;轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)

以可靠性為中心的維修(reliability centered maintenance，RCM)定義為:按照以最少的維修資源消耗保持裝備固有可靠性和安全性的原則，應(yīng)用邏輯決斷方法，確定裝備預(yù)防性維修要求的過(guò)程。

RCM是目前國(guó)際上通用的用以確定資產(chǎn)預(yù)防性維修需求及優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)工程方法。RCM被稱(chēng)為以可靠性為中心的維修，這是因?yàn)槿藗冋J(rèn)識(shí)到，維修所能做的僅僅是確保設(shè)備達(dá)到其固有性能或固有可靠性的狀態(tài)。RCM在被應(yīng)用于飛機(jī)及其他航空設(shè)備維護(hù)上之后，又被用于軍用系統(tǒng)的保障當(dāng)中［1］。

目前在軌道交通地鐵車(chē)輛維修保養(yǎng)工作中，RCM的應(yīng)用還很欠缺。地鐵車(chē)輛在控制系統(tǒng)上大量使用高科技、微電子設(shè)備，具有運(yùn)行速度高，設(shè)備精密復(fù)雜，機(jī)輛合一等特點(diǎn)。隨著功能、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和大量自動(dòng)化設(shè)備的采用，對(duì)地鐵車(chē)輛設(shè)備的可靠性、可維修性、可用性等方面提出了更高的要求。因此，如果能在地鐵車(chē)輛的維修過(guò)程中，從RCM的角度出發(fā)，以故障統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，以故障模式分析作為決策支持，綜合故障后果和故障模式的有關(guān)信息，將定性和定量的分析方法相結(jié)合，合理地確定地鐵車(chē)輛的維修需求，優(yōu)化目前使用的地鐵車(chē)輛維修方式，提高維修的效率［2］。

故障模式影響及危害度分析(failure mode effect and criticality analysis，F(xiàn)MECA)是一種常用的系統(tǒng)可靠性分析方法，已普遍應(yīng)用于眾多領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和維修保養(yǎng)決策［3］。FMECA主要分析系統(tǒng)中每一部件所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)系統(tǒng)可能造成的所有影響，并按每一個(gè)故障模式的故障等級(jí)及其發(fā)生概率或危害度進(jìn)行分類(lèi)和綜合評(píng)估。FMECA可以確定產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件及關(guān)鍵故障模式，為產(chǎn)品的維修保養(yǎng)和新產(chǎn)品的研制提供依據(jù)。

1 RCM的基本原理及分析思路

應(yīng)用RCM技術(shù)可以更合理地制訂設(shè)備預(yù)防性維修大綱，確定需要進(jìn)行預(yù)防性維修的產(chǎn)品或項(xiàng)目、實(shí)施維修工作的類(lèi)型或方式、時(shí)機(jī)和維修級(jí)別等。

RCM的分析思路為:首先對(duì)設(shè)備功能、功能故障、故障模式進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)故障影響和故障后果進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析，并以安全、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和維修費(fèi)用的綜合目標(biāo)制訂維修策略。因此，RCM是一種以可靠性為中心，綜合了故障后果和故障模式的有關(guān)信息，以運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性為出發(fā)點(diǎn)的維修管理模式［4］。

以無(wú)錫地鐵2號(hào)線地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)為例，首先制訂故障模式進(jìn)度推進(jìn)計(jì)劃表，根據(jù)各模塊的功能進(jìn)行子系統(tǒng)劃分，然后選取故障模塊的樣本進(jìn)行篩選、統(tǒng)計(jì)、分析，對(duì)轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)進(jìn)行FMECA分析，將各模塊的故障模式標(biāo)準(zhǔn)化，針對(duì)每一個(gè)故障模式進(jìn)行原因分析以及故障最終影響評(píng)估，制訂解決措施，劃分故障等級(jí)。

2 地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)RCM分析

2.1 系統(tǒng)、部件分解和分級(jí)

為了便于后期的故障標(biāo)準(zhǔn)化，無(wú)錫地鐵2號(hào)線地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)參考圖紙及維護(hù)手冊(cè)，將轉(zhuǎn)向架分為三級(jí)，一級(jí)、二級(jí)作為轉(zhuǎn)向架子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向架子系統(tǒng)主要有構(gòu)架及輪對(duì)軸箱、一系懸掛、二系懸掛、牽引傳動(dòng)、天線信標(biāo)、輪緣潤(rùn)滑等裝置，而三級(jí)作為基本組成部件，詳見(jiàn)表1［5］。

表1 系統(tǒng)分解、部件分類(lèi)

2.2 選取樣本，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析

選取樣本，截取無(wú)錫地鐵2號(hào)線地鐵車(chē)輛自運(yùn)營(yíng)以來(lái)，來(lái)自故障表中從2014—08至2015—03的轉(zhuǎn)向架典型故障，去除誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)及描述不清，共計(jì)126條作為樣本。根據(jù)選取的樣本，按日期對(duì)故障進(jìn)行了分類(lèi)［6］，故障分布見(jiàn)圖1，根據(jù)選取的樣本，按三級(jí)(故障部件)對(duì)故障進(jìn)行了分類(lèi)，詳見(jiàn)表2。

圖1 故障按月分布

表2 故障按部件分布

2.3 RCM故障等級(jí)劃分

根據(jù)GJB 1391嚴(yán)酷度類(lèi)別定義以及公司下發(fā)的設(shè)備故障等級(jí)劃分定義，將故障等級(jí)分為四類(lèi)，結(jié)合轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)自身情況，依據(jù)造成的影響和后果的大小對(duì)故障進(jìn)行劃分，分類(lèi)見(jiàn)表3。

表3 故障等級(jí)劃分

2.4 RCM故障模式標(biāo)準(zhǔn)化及FMECA分析

通過(guò)統(tǒng)計(jì)、分析，從圖2中可以看出，三級(jí)部件中齒輪箱、油壓減振器、踏面為排名前三的高頻次故障，且占總故障的比例高達(dá)52.38%，故此三類(lèi)部件既是高頻次故障又是主要故障，應(yīng)作為重點(diǎn)分析。

圖2 部件故障百分比

通過(guò)轉(zhuǎn)向架故障樣本分析，根據(jù)RCM理論中最常用的FMECA方法，對(duì)無(wú)錫地鐵2號(hào)線地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)進(jìn)行量化的分析研究。

2.4.1 RCM故障模式標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)、部件的分解和分級(jí)，確定故障位置，然后根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析選取的樣本對(duì)轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)進(jìn)行故障模式標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)故障模式判定發(fā)生的故障原因，提出故障的解決措施，并對(duì)具體故障進(jìn)行詳細(xì)的等級(jí)劃分［7］。

根據(jù)大量數(shù)據(jù)建立的故障標(biāo)準(zhǔn)模式，維修人員在日常檢修過(guò)程中既可作為維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)使用，也可作為故障操作指南，很有實(shí)際意義。表4重點(diǎn)分析了排名前三位的高頻次故障和主要故障。

表4 故障模式標(biāo)準(zhǔn)化

續(xù)表

續(xù)表

2.4.2 轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)FMECA分析

建立轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)RCM故障標(biāo)準(zhǔn)模式后，通過(guò)樣本中選取的高頻次故障和重點(diǎn)故障進(jìn)行FMECA分析，通過(guò)分析確定高頻次故障和重點(diǎn)故障中最核心的影響要素(見(jiàn)表5)。

部件故障模式危害度Cm，i用來(lái)評(píng)價(jià)單一故障模式的危害性，產(chǎn)品第i個(gè)故障模式危害度的計(jì)算公式［8］，有

式中，λ為產(chǎn)品的故障率;α為故障模式頻數(shù)比，表示產(chǎn)品的某一故障占其全部故障模式的百分比;β為故障模式影響概率;t為產(chǎn)品的工作時(shí)間。

產(chǎn)品危害度Cc用來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的危害性，計(jì)算公式［8］，有

式中，n為產(chǎn)品故障模式的個(gè)數(shù)。

表5 故障模式FMECA分析

部件故障率采用平均故障率的計(jì)算方法，其計(jì)算公式［9］，有

式中，λ為部件故障率，N為某一部件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的故障總次數(shù)，t為某一部件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的工作時(shí)間。

故障影響概率β是指系統(tǒng)某故障模式發(fā)生時(shí)，導(dǎo)致確定故障等級(jí)的最終影響的條件概率。分析人員不但要分析出這些最終影響，還應(yīng)進(jìn)一步指明該故障模式引起的每一種故障影響的百分比，此百分比即為β，某一故障模式可能產(chǎn)生多種最終影響，多種最終影響的β值之和應(yīng)為1［10］。

3 維修策略?xún)?yōu)化

通過(guò)對(duì)無(wú)錫地鐵2號(hào)線地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的RCM及FMECA分析，發(fā)現(xiàn)油壓減振器滲油Cm為1.52、齒輪箱視液鏡裂紋Cm為0.757，為最核心的影響要素，故障危害度最大，原有的維修策略中未對(duì)油壓減振器滲油、齒輪箱視液鏡裂紋有明確要求，故需結(jié)合地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的實(shí)際故障發(fā)生情況，對(duì)原有的維修方式和檢查周期進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，形成新的維修修程，對(duì)原有維修修程進(jìn)行優(yōu)化，減低故障模式危害度。調(diào)整相應(yīng)的維修方式和檢修周期主要對(duì)比如表6所示［11］。

表6 維修策略?xún)?yōu)化分析

4 維修策略驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)優(yōu)化后的維修策略進(jìn)行跟蹤，產(chǎn)生的實(shí)際效益為:Cm最高的兩個(gè)故障(油壓減振器滲油、齒輪箱視液鏡裂紋故障)近期有明顯的下降趨勢(shì)，初步估判Cm下降，部件可靠性提高，效益主要體現(xiàn)在:

1)新維修策略對(duì)原有維修方式進(jìn)行了優(yōu)化，新維修策略增加了油壓減振器、齒輪箱等部件的檢查周期，通過(guò)檢查，對(duì)故障發(fā)生進(jìn)行了預(yù)防，減少了故障率;

2)新維修策略增加的相關(guān)檢查內(nèi)容，提高了列車(chē)的安全性及可靠性，同時(shí)延長(zhǎng)了部件的使用壽命，縮短了列車(chē)停庫(kù)時(shí)間，提高了列車(chē)可用度。

5 結(jié)論

通過(guò)上面的實(shí)例應(yīng)用和分析，可以看出RCM對(duì)于優(yōu)化維修策略、提升維修管理水平，提高維修效率，降低維修成本等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)主要故障、高頻次問(wèn)題，并解決主要故障和重要故障都有著很好的實(shí)際意義和效果。

本文基于RCM分析對(duì)無(wú)錫地鐵2號(hào)線地鐵車(chē)輛轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的維修策略進(jìn)行了初步研究，該分析方法、分析過(guò)程同樣適用于地鐵車(chē)輛其他系統(tǒng)及部件維修保養(yǎng)的研究。相信在不久的將來(lái)，隨著RCM的分析思路及方法在地鐵車(chē)輛其他系統(tǒng)的展開(kāi)研究，地鐵車(chē)輛的維修保養(yǎng)水平會(huì)逐步得到提高。

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(編輯:郝京紅)

Application of Reliability Centered Maintenance (RCM)in Bogie System of Metro Vehicles

Li Zheng Xu Xu
(Vehicle Department，WuxiMetro Operation Branch Company，Wuxi，Jiangsu 214171)

Ideas andmethods of the Reliability Centered Maintenance(RCM)analysis were introduced in this paper,andmetro vehicle bogie system ofWuxiMetro Line 2 was examined as an example.Subsystem was divided based on the function of each module.Faultmodule sampleswere selected for being screened and analyzed.According to the theory of RCM,a quantitative analysis research was done on bogie system.We standardized fault pattern of each module,analyzed the causes of the failure mode,formulated solutions,divided the levels of the fault and assessed the ultimate influence of the fault.On the basis of this, themaintenance optimization strategy of the bogie system was put forward,and the results of themaintenance strategy were verified,which will provide references for bogie system maintenance.

urban rail transit;metro vehicle;reliability;maintenance;bogie system

U231

A

1672-6073(2016)02-0113-05

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.02.026

2016-02-22

2016-03-10

李爭(zhēng)，男，本科，工程師，從事軌道交通車(chē)輛檢修與技術(shù)研究，13655168744@163.com