地鐵列車系統修維修策略*

程祖國 朱士友 蘇釗頤 李兆新 趙潤生

(1.同濟大學鐵道與城市軌道交通研究院,201804，上海；2.廣州地鐵集團有限公司運營事業總部,510030，廣州//第一作者，高級工程師)

地鐵列車的維護維修間隔期應隨列車實際狀態動態變化，使維修既不欠量而導致故障呈現，又不過量而浪費列車維護資源。為了最大量地投運列車，充分發揮國有資產的動能，許多地鐵運營企業想方設法減少列車的維護維修停庫時間，合理切割作業深度，大膽探索新維修策略。其中，廣州地鐵集團有限公司首創了地鐵列車系統修維修策略。

1 系統修維修策略

1.1 系統修維修策略定義

系統修以支撐地鐵運營的裝備群的列車為核心對象，在可靠性理論指導下，采用信息實時采集、安全傳輸及應用解析等新技術，監測、檢測列車狀態群的評估及統計結果，構建列車全服役期階段服役性能約束指標，優化并動態重組列車維修手冊及維修建議書方案，充分利用列車全服役期的窗口時間，科學地對列車及列車最小可更換單元進行綜合維護維修，以保障列車服役性能約束指標的實現。列車各最小可更換單元的維護維修規則、工藝等可作為系統修的維護維修規程。維護維修規程集則構成列車系統修維修策略。

1.2 系統修維修策略要素

系統修維修策略維度由10要素構成。

(1) 維修對象：以列車為核心對象。列車運行需耦合的城市軌道交通其它裝備亦在考慮范圍內。

(2) 維修深度：維修深度可達列車全系統各微單元(在線可更換單元)。維護維修列車一般可分解成車型、車輛系統、系統部件及部件在線可更換單元等四級拓撲結構。若在線可更換單元(如電控板卡類)在車間進一步維修，則拓撲結構深達五級，覆蓋了各最小單元。

(3) 維修指導理論：系統修以可靠性理論為指導。理論依據包括列車維修手冊及維修建議書等。列車的許多在線可更換單元的故障分布規律及壽命特征在交付用戶前沒有嚴謹準確的描述，列車運行是可靠性識別試驗的延展。在可靠性理論指導下統計識別列車各級構成的故障特征，支撐維修周期走向精準。

(4) 維修技術：即科學手段。系統修的維修方法、維修工具、維修工藝等維修技術會隨著相應工程技術的進步不斷更新。隨著維修技術的進步，微單元維修因對維修工裝及維修環境等要求較高，可到線外實施。

(5) 維修間隔期：維修間隔期根據對列車群各級構成的壽命分布規律、檢修、故障修等信息經統計分析、優化形成，是動態的。維修間隔期相對穩定的微單元固定在每年的某個月份實施維修，被整合為“固定包”；維修間隔期不穩定的微單元，被整合、離散成“可變包”。有些微單元的維修周期不是1 a，則該微單元的維修今年在某組，明年會在另一組，或過幾年才需維修一次，也被視為“可變包”。故障修也被視為“可變包”。“可變包”與周期離散值相同或略小的“固定包”一起實施。 周期離散值略小指允許適度提前維修，以避免欠修，減少因維修不及時而出現故障。無論微單元的故障特征怎樣，應都能得到及時維修。

(6) 維修評價度量：維修評價以列車服役性能約束指標來度量。列車服役性能約束指標族主要指維修后故障率及維修工時數等維修質量技術評估維度。列車服役履歷記錄系統詳細記錄維修作業情況。如維修后故障率明顯偏離該件固有故障特性，則表明此次維修質量欠佳。維修工時數表征了維修總量。企業管理者結合系統修實施前的經驗，根據能接受的運營故障綜合成本(包括社會成本)，定期調整下階段允許的維修工時總數，從而促進維修水平的不斷提升。

(7) 維修作業觸發：維修觸發源自列車狀態檢測、列車群系統狀態評估結果及經驗值。故障也可觸發維修作業。所觸發的維修作業含預防性維護維修和故障修。

(8) 維修作業時長：維修應充分利用窗口期。受列車數量、季節及社會活動等因素的影響，每天的地鐵運營窗口大小不一，故維修作業需依靠先進的調度技術支撐。若“可變包”、“固定包”作業累計時長超過當下窗口大小，則由調度依據技術管理條例進行協調。

(9) 維修作業地點：在列車窗口期停車所(停車場或大修廠)作業。這預示著原計劃修修程中的架修、大修作業場所將與列車窗口期停車所統一使用。

(10) 維修策略有效期：維修策略有效期覆蓋列車全服役期，即從列車全服役期考慮列車各微單元的維護維修。原架修、大修的眾作業對象不必再集中在一起，而是被“可變包”及“固定包”分化。維修策略還可指導新車采購。從這層意義上講，維修策略覆蓋了列車的全生命周期。

系統修維修策略內涵豐富，其維度多達10階，可用于各種類型列車。借助信息采集及傳導技術，系統修維修策略可覆蓋列車拓撲結構全部級別。

2 系統修維修策略與現行其它維修策略比較

系統修維修策略的核心是對設施設備進行維護維修，使其符合使用需求。

2.1 地鐵列車現行維修策略

國內地鐵開通早期，列車維修策略主要借鑒傳統干線鐵路方式。地鐵的運行方式及載荷特征與干線鐵路有較大差異，地鐵列車的故障模式、損耗方式、損傷部位、損壞程度及損毀率等也同干線鐵路動車組及高速列車不盡相同。為此，上海市科學技術委員會早在2004年就啟動了地鐵列車均衡修維修策略研究。隨后，又有一些地鐵運營企業提出了不同于傳統干線鐵路的列車維修策略，如全效修策略、精益(維)修策略、系統修維修策略(其維修作業觸發量有列車運營日歷時間及列車運行里程之別)等。為使列車，以及車輛各單元及部件能在最合理的時間內得到相應修程的維修，各維修策略在具體實施時又會發生變化。

常見的維修策略核心內容如下：

(1) 均衡修：把車輛的原周檢、月檢和扣車定修規程統籌整合、分解。分解后的維修作業量符合列車窗口時間。分解時，依據可靠性理論，結合零部件的故障間隔時間特點，從而確定修程周期。分解后的作業集合相對穩定，變動量小。

(2) 全效修：列車的年度維護總量不變，將原計劃修的作業內容(如雙周檢，三月檢，定修等) 按月度均分，充分利用車輛運營高峰回庫的窗口時間完成維修作業。均分時還以價值工程理論為指導，利用AHP(層次分析法)從人、機、物、法、環等功能層面構建基于價值工程的評估體系與模型，使全效修在實施過程中的功能回復與成本投入匹配度良好。

(3) 精益(維)修：精益(維)修強調精益思想——突出維修人員在維修活動中的主導作用，并將其定位為維修企業最具價值的資產。在地鐵列車均衡修策略的基礎上，增加企業管理要素(如物流、生產、維修人員和維修過程等)，發現和消除維修過程中的各種“浪費”，從而創造更多的維修“價值”。

可見均衡修、全效修、精益(維)修及系統修等策略仍以預防修為核心，強調利用列車運營窗口時段進行維護維修。其中，均衡修、全效修及精益(維)修仍保留架修及大修修程；而在系統修中，架修及大修已被分化。從列車全生命周期的全服役期維修性來看，結合狀態、并預測可靠性實態來進行維修的系統修策略是全新的維修策略。

2.2 系統修策略與均衡修策略

系統策略修與均衡修策略有不少相同處：用可靠性理論指導，充分利用運營窗口時段進行維修作業，保留巡檢取消定修修程，每月進行特定內容的檢修，等等。

系統修策略與均衡修的維修策略的不同之處主要有：系統修維度定義了10個要素，均衡修沒有作出如此周全的定義；系統修取消了架修及大修，均衡修仍保留；系統修每年對應月的作業內容會調整，均衡修相對穩定；系統修覆蓋全服役期，均衡修僅覆蓋1 a。

2.3 系統修策略與全效修策略

系統修策略與全效修維修策略都有完整理論的指導，都充分利用窗口時間，都保留巡檢、取消定修。二者不同之處在于：系統修指導理論集中在維修技術與技術經濟性層面，全效修還強調了成本管理；系統修取消了架修及大修，全效修仍保留；系統修每年對應月的作業內容會調整、對列車故障特性變化敏捷響應，全效修相對穩定；系統修覆蓋全服役期每年不同，全效修則覆蓋1 a，周而復始。

2.4 系統修策略與精益(維)修策略

精益修策略脫胎于均衡修策略及全效修策略，突出了精細化管理經營的理念。系統修與精益修的異同點同系統修與均衡修的異同點相似。相對精益修，系統修僅強調了維修技術經濟性，缺乏全面經營理念族維度。

2.5 系統修策略相對各維修策略的綜合特色

結合城市軌道交通設施設備維修支撐理論的研究比較，地鐵列車系統修策略是具有特色的全新維修策略，具有以下特點：

(1) 系統修利用國家863項目最新研究成果產業化的先進手段，嵌入式地智能化監測地鐵列車狀態族信息群，并將之實時傳輸到分析中心。對列車狀態的把握能做到實時快捷。

(2) 系統修具有較完整的前瞻性的維修決策支撐軟件平臺。系統修能根據分析優化結果，動態組合修程的“可變包”；使維修工作在列車單元 “需要”時進行，避免了定周期維修的周期“一刀切”帶來的欠修及過修；要求維修管理者對列車狀態的細微變化敏銳發覺并響應。

(3) 系統修弱化了架修及大修概念，能避免列車較長時間的庫停，可減少本線列車配車數，在指導新線建設時能降低一次性成本投入。

(4) 系統修覆蓋全服役期，能策劃微單元的維護維修，全壽命周期成本有望降到最合理程度。

3 系統修維修策略典型維度指標

3.1 維修間隔期

系統修維修策略的可靠性理論分析軟件平臺提供了多種維修間隔期統計分析方法。維修間隔期根據故障間隔期來確定。如列車車門的系統修維修間隔期，可按線網來統計對比各線的車門故障間隔期，可按車型來統計對比各型車的車門故障間隔期，可按門類型來統計對比各型車門的故障間隔期，還可綜合統計分析單門故障間隔期。如目的不同，則分析計算不同。

以按線網綜合統計為例，列車某類故障的平均故障間隔時間tMTBF定義為：

(1)

式中：

tijm——第i線第j車第m個分析對象某類故障的故障時刻，無故障時以觀察期結束時刻代替；

tijm-1——第i線第j車第m個分析對象某類故障的上次故障時刻，其初始值為觀察期開始時刻；

Nijm——觀察期第i線第j車第m個分析對象的該類故障數;

Dj——第j車的分析對象總數;

Ti——第i線的列車總數；

Ln——線網中的線路數。

為簡化起見，分析中的觀察期定為1 a，且僅考慮1條線的1種型號列車。以廣州地鐵8號線列車為例進行計算，其相關數據來自文獻[1]。結合式(1)計算，可得車門故障與貫通道故障的tMTBF,如表1所示。

表1 某車2013—2015年度車門故障及貫通道故障情況

通過對列車分析單元(車門、貫通道)一段時間的tMTBF統計分析，即可優化、整合得出該單元的維修間隔期，進而修正其維修周期等規程參數，形成該單元新的維修規程，以便合理觸發對該單元的維修。

3.2 維修評價度量

維修評價度量屬于服役列車的性能約束指標，由維修后效質量評價、技術經濟性評價、經營管理考核等維度指標構成。維修后效質量包括檢修檢出故障數、列車質量得分等細化指標。廣州地鐵8號線的檢修檢出故障數及列車質量得分見圖1～2。

圖1 檢修檢出故障數對比

圖2 列車質量得分對比

2014年5月某線開始試行系統修。經檢修發現，實行系統修后，該年度各類故障隱患2 065處，較上年減少17.8%；列車質量得分為0.954，較上年提升2.7%。可見，實行系統修后，列車維修評價度量維度的考核指標在逐步提升。

4 結 語

廣州地鐵集團有限公司首創的系統修維修策略系統地定義了維修策略的維修對象、維修深度、維修指導理論、維修技術、維修作業地點、維修策略有效期、維修間隔期、維修評價度量、維修作業觸發、維修作業時長等維度內涵。這表明創新性的系統修維修策略可對列車實施精準維修，有望使列車最大限度地處于健康狀態。