關于鐵路機車車輛健康管理與狀態修的思考

張衛華 李權福 宋冬利

西南交通大學牽引動力國家重點實驗室，成都，610031

0 引言

鐵路從1825年誕生至今已近200年，列車運營的速度也達到350 km/h，而且在未來5年有望達到400 km/h。在貨運載重方面，我國已研發出30 t軸重的機車車輛，國外重載車輛軸重已發展到45 t；我國重載列車運輸水平已發展到3萬t，國外已經有5萬t運力的重載列車。

無論是高速還是重載，都給機車車輛的機械結構服役帶來新的問題。軸承、齒輪箱、車鉤等零部件失效[1]，輪對、構架、車體等承載結構疲勞[2]，彈簧、減振器等懸掛參數蛻變[3]，車輪踏面磨耗與損傷[4]，不僅給鐵路機車車輛的安全服役和可用性帶來嚴峻的挑戰，而且對機車車輛性能保持提出了更高的要求。

在修程修制方面，我國高速列車以五級修為一個統計周期。以CRH380BL為例，平均每年的維修成本約為購車成本的15%，維修還會造成列車每年平均停用約30 d；重載貨車(以神華鐵路上運行貨車為例)年平均維修成本約為購車成本的1/30；對于電力機車(以和諧型電力機車為例)，原鐵道部運輸局裝備部堅持“以可靠性為中心的維修”理論,確定了和諧型機車高級修修程的結構為“2年檢-2年檢-6年檢”，簡稱“226”結構[5]。總地來看，現行鐵路機車車輛修程修制主要從計劃預防修的角度來考慮，存在部分部件失修、過剩修等現象,造成質保期未充分利用、影響經濟效益等問題，因此，更加經濟的狀態修，越來越受到鐵路運輸部門的重視。

健康管理技術起源比較早，最初主要應用在武器裝備特別是大型軍事設備維修方面，是實現基于狀態修以及預測修的關鍵技術，因而受到各大軍事強國的青睞。美國首先提出了故障預測與健康管理(prediction and health management，PHM)的概念[6]，并于1982年將其用于大黃蜂戰機F404的發動機監測。在機車車輛領域，國外學者針對車輪、軸承的健康管理作了相關研究。VERMEIJ等[7]總結了荷蘭在車輪退化及優化方面的成果，提出了計劃預防修的策略；ANTONIO等[8]建立了車輪維修的全壽命周期成本模型。國內方面，LIU等[9]將多層長短期記憶孤立森林(MLSTM iForest)用于高速動車組軸箱軸承的實時故障預警，實現了在不安裝振動傳感器情況下的軸箱軸承故障預警；ZENG等[10]將隨機動力學和神經網絡引入在役高速列車的動態性能預測中，實現了基于車組服役狀態和輪對、懸掛退化狀態，綜合評估列車服役安全度；舒敏[11]提出了一種基于支持向量機的四類健康狀態分類方法和基于過程的多特征值趨勢分析方法，實現了軸箱軸承狀態分類和趨勢預測的準確判斷，構建了可靠的評估和預測模型，有效地幫助了動車組優化修程修制，提高了運維效率，降低了維修成本，保障了列車運行安全。

近年來，基于可靠性和系統安全理論，狀態監測、故障預測與健康管理、以可靠性為中心的維修、狀態修技術逐漸在軌道交通領域萌芽、發展。杜建波[12]從安全系統工程的角度出發，將故障樹分析法引入電力機車的檢修優化中，并給出高壓系統各部件結構的檢修優化方案；神華鐵路貨車公司就重載貨車和重載機車設立重大科研項目，進行修程修制的改革，試圖形成重載機車車輛的狀態修體系，以節約維修成本，提高機車車輛的可用性。在高速列車方面，早在2016年原中國鐵路總公司就設立“動車組健康管理及運維決策系統研究”項目，由上海鐵路局組織研究與落地，取得了預期的效果。眾多地鐵公司、機車車輛的主機廠也開展了類似的工作。然而，在眾多研究和工程實施中，停留在理論探討、框架和管理平臺構建的居多，研究如何進行修程修制改革，實現真正意義的狀態修，有效節約維修成本的案例還不多。

作為神華重載貨車與機車狀態修項目、原中國鐵路總公司“動車組健康管理及運維決策系統研究”項目的組織與參與者，筆者利用本文闡述一些技術觀點，分享一點經驗，供同行們參考，并請指正。

1 狀態評估的多維度問題

基于鐵路機車車輛運行狀態的健康管理與狀態修，以實現其能力與狀態的保持，其核心就是“狀態”。如何評價機車車輛狀態，是一個核心問題。筆者認為，機車車輛的運行狀態不僅僅表現其自身狀態，應該是一個多維度問題，如圖1所示。

圖1 列車運行狀態及其影響因素Fig.1 Train operation state and its influencing factors

對于列車的機車車輛而言，其服役狀態不僅受到機車車輛本身的狀態影響，而且會受到列車編組及車輛位置的影響。筆者在試驗中發現，一列8輛車編組的高速列車，在不同編組位置，車輛的垂向振動與橫向振動不一樣，這與車輛位置相關，如車輛位于頭尾及中間位置其垂向振動與橫向振動就不一樣，還與車輛結構是動車(MC)還是拖車(TC)、是否裝有受電弓等相關，如圖2所示。機車車輛運行性能的優劣也與線路狀態直接相關，包括線路不平順值、線路剛度等[13]。機車車輛在運行中會經過不同的線路，甚至不同的交路，由于線路結構、地質條件與施工質量不一樣，機車車輛在通過這些線路時的響應也會不一樣。

(a) 垂向

(b) 橫向圖2 某高速列車各車輛的振動加速度Fig.2 Vibration acceleration of each vehicle of high speed train

圖3所示為實測的某一高速列車在不同交路運行時的軸箱振動情況。從圖3可以看出，在北京到杭州區段，軸箱的振動小，因此考慮線路狀態對機車車輛運行狀態的影響是十分必要的。在機車車輛運行過程中，還受到牽引、制動和惰行等列車運行狀態影響，特別是重載列車，牽引與制動工況的縱向力大，而且機車布置位置不同，列車中的縱向力對機車車輛運行品質的影響不盡相同，重載列車脫軌事故就直接與列車縱向力作用相關[14]。另外，機車車輛運行狀態還受到運行環境，如風雨雪、氣溫等自然環境影響，甚至與季節相關，如高速列車出現車輪多邊形就與季節強相關。地鐵車輛中受電弓滑板磨耗也曾經出現在冬季成倍增加，甚至呈數量級增加的情況，如圖4所示。因此，在進行機車車輛健康狀態評估時，不僅要考慮車輛自身的狀態，同時需要考慮線路、運行、環境等其他因素的影響，實現多維度下的狀態評估。當然，在進行機車車輛狀態修過程中，還需要進一步考慮維修的經濟性，這是一個目標或者約束條件。

圖3 某高速列車在不同交路運行時的軸箱振動情況Fig.3 Vibration of axle box of a high-speed train running on different routes

圖4 某地鐵線路受電弓滑板在不同時間的磨耗情況Fig.4 Abrasion of pantograph slide plate of a metro line in different times

2 狀態的分類與選擇問題

鐵路機車車輛狀態有很多，需要維修的零部件也很多，因此，機車車輛健康管理和狀態修首先要確定管理與修的對象，也就是關注誰的狀態。應該從裝備的完整性與性能保持角度來關注狀態。根據重要程度與功能性，機車狀態可以大致劃分為以下三種。

(1)基本狀態——體現零部件狀態的完好性。機車車輛是由成千上萬的零部件組成的，每一個零部件都有它的功能與作用，在機車車輛長期服役過程中，零部件的完好性是機車車輛完整性與性能保持的保證。為此，需要通過定期的維修與檢修，來保證零部件狀態的完好性。

(2)性能狀態——體現整體服役性能的保持性。成千上萬的零部件組成機車車輛后，機車車輛就有了自己的服役性能，如機車的牽引能力、貨車的承載能力、客車的乘坐舒適性等。機車車輛性能狀態的保持性決定了機車車輛的可用性，性能狀態的保持能力體現了機車車輛性能的穩定性與結構的可靠性。一旦性能狀態退化，說明機車車輛的重要零部件狀態已經變化，所表現出來的性能已無法達到設計要求，需要修理或者更換。例如，機車車輛走行部懸掛件的性能參數退化、車輪踏面磨耗，這些變化雖然緩慢，但最終會影響到整車的動力學性能。由于機車車輛零部件狀態決定了整車的性能，因此可根據性能狀態逆向找出引起整機性能狀態退化的零部件狀態的變化。

(3)安全狀態——體現運行的安全性。作為運輸系統的移動裝備，其運行的安全性是最重要的，一旦出現安全狀態問題，機車車輛就需要立刻停止運行。例如，走行部上軸箱軸承、齒輪箱、電機等旋轉件出現故障失效，車體、構架、輪對等承載結構件出現疲勞斷裂等,這些狀態的出現都將直接影響到行車安全，這些零部件狀態就是安全狀態。

當然，安全狀態是最重要的，最好能做到在途的檢測與評估；性能狀態屬于能力保持范疇，能力的蛻化是有過程的，需要定期檢驗與評估。作為健康管理，主要關注的狀態就是性能狀態與安全狀態，通過對這些狀態的監控與評估，檢驗機車車輛的性能和安全狀態。但作為狀態修，就需要關注基本狀態，也就是每一個零部件的狀態，保證其零部件狀態的完好性和整機狀態的完整性。當然，鑒于零部件的功能、作用和可靠性，在制定修程修制時，需要分門別類對不同零部件制定針對性的維修策略。

3 狀態的獲取與評估問題

無論是健康管理還是狀態修，狀態獲取都是關鍵。上文提到，PHM源于美國空軍和航空系統，由于安全性的挑戰更加嚴峻，同時飛機本身價格昂貴，可以不遺余力地采用監控的方式來保證飛行安全，但鐵路機車車輛作為大眾交通運輸工具，產品價格親民，因此，如何依靠昂貴的狀態監測來實現健康管理，這是應該謹慎思考的問題。筆者根據之前參與研究的經驗，提出幾點建議：

(1)安全優先，在途監測。作為移動運輸裝備，安全第一。因此，涉及直接危及行車安全的狀態盡量做到在途監測，如軸箱軸承、齒輪箱、電機等旋轉件，這些部件的故障難以避免，同時也有比較成熟的監測技術與產品，這些零部件狀態應該做到在途監測。上文提到車體、構架、輪對等承載結構件若出現疲勞斷裂，也會直接影響到行車安全，從理論上來說這些結構件也應該做到在途監測，然而這方面的監測技術與產品不夠成熟，而且實施起來比較困難，因此，針對這些狀態的健康管理，應該采取其他的健康管理策略，可以通過一定措施來保證其長期服役的可靠性。

(2)能力保持，沿途監測。能力保持決定了機車車輛的可用性，十分重要。但與能力相關的狀態，如牽引力、制動力、動力學性能等，都是漸變的，如圖3中車輛動力學性能惡化的時間有一月有余，而且往往也沒有固定的定量變化規律，因此，這些狀態不用在途實時監測，可以通過鐵路現有的5T(THDS，TFDS，TADS，TPDS，TCDS)檢測設備、高鐵動車組入庫檢測設備等進行沿途檢測，以驗證其能力狀態。沿途檢測可以利用車載設備檢查，也可以采用地對車的檢測技術，不需要對每列車、每節車安裝車載檢查檢測系統，從而可以節約監測設備的安裝成本。

(3)裝備完整，中途檢查。對于基本狀態，特別是不直接影響行車安全和能力保持的零部件，其狀態平時不用去管理它，可以在各種檢修過程中安排檢查與評估，看其狀態是否達到設計要求，是否需要更換，以保證其裝備的完整性，因此，這里的“中途檢查”是指在服役過程中檢查，基本是通過計劃修來保證的。

除此以外，圍繞狀態檢測還應該注意如下問題：

(1)車載既有檢測數據的利用。盡管目前鐵路機車車輛還沒有實施系統的健康管理與狀態修，其實已經有許多檢測項點，包括車載的監測系統，如機車的6A(AGDR，AFDR，AVDR，APDR，ABDR，ATDR)系統、高速動車組的走行部旋轉件溫度檢查系統等，也包括線路上的地對車檢測設備，如傳統的5T以及這幾年隨著高鐵發展而發展起來的地面檢測系統。之前這些檢測方法僅僅用于特定狀態的檢測，實際上這些檢測數據還可以充分挖掘與利用。原中國鐵路總公司“動車組健康管理及運維決策系統研究”項目，就是在既有車載WTDS數據、入庫檢測和檢修等數據基礎上進行數據挖掘，擴大監測與評估功能的：如從旋轉軸承的溫度閾值預警，發展到可以實時在途的故障預測，提前預報故障狀態；又如輪對踏面入庫檢測數據的挖掘，實現了輪對鏇修優化與維修管理。目前神華貨車狀態修項目，更多的是通過5T數據的利用進行狀態評估的。

(2)檢測評估狀態的延伸。在狀態監測時，大多數是針對性檢測，有點“頭痛醫頭、腳痛醫腳”的意思，事實上有些狀態檢測的數據可以評估其他相關的狀態。如通過軸箱體對軸承振動的檢測，實現軸承早期故障的預測預警。然而，軸箱體的振動信息，還反映出車輪失圓(包括多邊形)、車輪踏面剝離、擦傷等損傷，以及鋼軌表面波磨、剝離、擦傷等缺陷狀態信息。因此，圍繞機械系統，應用機車車輛系統動力學理論，就可以通過有限的狀態監測，實現更多狀態的評估。

(3)狀態之間數據的關聯。機車車輛是一個完整系統，它的性能是由各種零部件及其參數體現的。零部件狀態的退化，在導致某一性能狀態明顯改變的同時，也會附帶引起其他狀態的改變。或者說，某些狀態的改變，也可能意味著有其他狀態的出現或者改變。因此，在健康管理時，為了實現對更多狀態的評估，通過狀態之間的關聯性分析，可以反映出那些沒有直接檢測項點的狀態，提高數據的利用率。在原中國鐵路總公司“動車組健康管理及運維決策系統研究”項目中，通過車載WTDS數據中的軸箱軸承溫度檢測數據、構架失穩檢測數據、車輪踏面入庫檢測數據等一些看似不相關的數據，實現了車輪多邊形的預測[15]。

(4)新型檢測技術的研發。健康管理與狀態修的前提是狀態檢測。就走行部而言，傳統的檢測技術基本是從其他行業應用轉移過來的，不僅檢測與評估功能單一，價格高，而且產品穩定性差，檢測系統的故障率甚至比檢測對象的故障率還高，干擾了機車車輛的正常運行，難以滿足鐵路機車車輛長期服役的應用要求，為此，針對鐵路機車車輛狀態檢測技術的創新是十分必要的。但需注意一些針對性問題的解決：①解決大量程與高分辨率的矛盾。對于像軸箱這樣的振動，軸承失效的早期故障引起的振動加速度只有幾倍的g(重力加速度)，甚至更小；通常的線路不平順引起的軸箱振動加速度[16]可以達到十幾倍甚至幾十倍g；而一旦出現鋼軌波磨或者車輪多邊形，引起的軸箱振動加速度達到上百倍甚至幾百倍g。一個加速度傳感器如何滿足評估不同振動烈度狀態的監測需要，解決大量程要犧牲分辨率的問題，或許雙量程或者多量程加速度傳感器技術是解決的途徑。②解決高頻與低頻的矛盾。和量程類似，也可能遇到同一測點所評估出來的狀態所處的頻率范圍很大，造成傳感器的頻率范圍不能完全覆蓋高頻和低頻的情況。這時，就需要雙頻、多頻，甚至全頻的傳感器技術，以解決高低頻兼顧的需求矛盾。③解決測點空間干涉矛盾。有些測點體積或者安裝空間小，而希望檢測的狀態又多，傳感器安裝出現干涉。這時，一方面要研發體積小的傳感器，另一方面更需要開發多功能的復合傳感器。走行部軸承所用溫振復合傳感器，就是解決這一矛盾的利器。④解決振動導致傳感器失效的問題。傳感器失效很多是由振動環境引起的，除了傳感器本體的故障，更有可能是傳感器信號線振動造成連接頭接觸不良而引起檢測系統故障。因此，一方面需加強傳感器抗振設計，另一方面可以采用帶無線傳輸的智能傳感器，從根本上解決類似問題。當然，更加徹底的解決途徑是通過非接觸傳感方式，把檢測探頭安裝在振動小的轉向架上，甚至振動更小的車體上，來對轉向架上零部件狀態進行監測，避免強振動造成監測系統的失效。⑤解決全息化感知與監測點太多的問題。隨著健康管理與預測研究的深入，為了掌握更多的狀態信息，就希望有更多的監測點，這使得監測系統復雜龐大，一方面增加了造價，另一方面又降低了監測系統的可靠性。為此，發展“場”監測技術來有效減少測點，是未來發展的方向。如動車走行部有很多旋轉部件，可以采用“溫場”監測技術，一個探頭完成對所有旋轉件(不僅僅是軸承)溫度的測定，就避免了在旋轉件的各個軸承附近都安裝溫度傳感器的情況；可以采用“聲場”的監測技術，對走行部上可能因為失效誘發聲音的部件，如車輪踏面、軸承和齒輪箱等部件狀態進行監測，也避免了在走行部上安裝過多的振動傳感器問題；當然還可以采用“視場”監測技術，對零部件缺失、幾何狀態(形狀、尺寸或者裝配關系)、異常情況(蛇行失穩、脫軌、煙火等)進行狀態評估。這樣巧妙使用“場”監測技術，對走行部進行“望聞問切”式的診斷，可大大減少溫度與振動等傳感器的安裝數量。

4 剩余壽命評估問題

智能化的一個重要作用就是支撐運維。基于狀態感知、狀態辨識與狀態評估，實現健康狀態的評估與管理，其目的是保持健康狀況，這實際上就是狀態修的理念。狀態修很重要的一項工作就是零部件的剩余壽命預測。壽命預測準確，才能實現更加精準的狀態修，用最小的維修量和維修成本，實現能力或性能的保持。

剩余壽命預測十分困難，主要表現在：①服役載荷的隨機性，正如第2節所闡述的狀態評估多維度問題，機車車輛零部件的服役載荷除了與本車性能狀態有關，還與運行環境及運行工況等相關，評估用的服役載荷真實統計困難。②零部件性能的隨機性，零部件材料、制備、安裝等環節都會影響服役壽命，同樣的載荷，使用壽命卻不一樣。如文獻[17]的研究表明，軸承鋼接觸疲勞壽命同時受到材料的含氧量、含硫量及工藝的影響。③失效形式的隨機性，同樣的零部件，可能會出現失效形式、位置和大小不一的情況。如文獻[18]在研究滾動軸承故障機理的過程中指出，軸承失效可以是內圈、外圈、滾子或保持架發生故障，故障類型可能是膠合、磨損、斷裂、保持架破壞等，這與載荷、材料和性能的隨機性有關，更與零部件初始缺陷狀態有關。

剩余壽命預測的方法或者途徑有以下幾種：

(1)歷史使用壽命的統計。這種方法是建立在機車車輛零部件有完整的使用壽命樣本基礎上的，通過對樣本分析，給出基于統計意義的不同可靠度下零部件全壽命，再根據已服役時間得到剩余壽命。如文獻[19]即是基于線路試驗獲得受電弓串聯結構部件應力譜樣本，開展受電弓系統的可靠性預測理論研究的。

(2)已知載荷和狀態的預測。目前金屬結構件的疲勞壽命預測已經比較成熟，關鍵是要準確掌握零部件的服役載荷，這樣就可以根據不同運行條件下的載荷工況進行零部件的全壽命預測，當然這同樣是在不同可信度下的壽命預測值。有了全壽命和已經服役的時間(也可以是里程)就可以算出剩余壽命。采用以上兩種壽命預測方法，就可以不對零部件狀態進行在途監測了。文獻[20]利用多體動力學和有限元結合的方法對機車車體的關鍵部件進行疲勞壽命預測，并用線路實驗驗證了其可行性。圖5所示為神華重載貨車的狀態修研究中關于車鉤壽命預測的研究技術路線[21]，首先獲取材料基本的疲勞強度特性和服役載荷，通過臺架試驗得到全壽命試驗結果；同時基于裂紋擴展速率曲線和裂紋擴展模擬，實現出現斷裂后的剩余壽命分析，得到在出現不同裂紋長度時的剩余壽命。

圖5 重載貨車車鉤壽命預測Fig.5 Life prediction of heavy duty freight car coupler

(3)在途實測狀態下的動態預測。對于壽命分散度大，而且對行車安全又十分重要的零部件(如軸承)，建議采用在途實時監測載荷(或者相關狀態量)條件下動態實時壽命的預估，以實現更加準確的壽命評估。如文獻[22]提出了一種基于非線性退化模型的滾動軸承剩余使用壽命預測方法，根據測量的實時信息更新模型參數以達到更好的預測效果。有兩種在途剩余壽命的評估方法：①已知時間與狀態關系的壽命預測。假設零部件的使用時間與狀態的關系是確定的，如圖6所示的狀態統計平均值的趨勢曲線(即壽命曲線)是已知的(當然這需要通過大量的實驗或者應用獲得)，當檢測到某使用時刻t的狀態量時，就可以根據壽命曲線推算出使用出現狀態量限值的時間，得到這個狀態點時的剩余壽命。由于實際的壽命曲線是基于統計意義的，因此所預測的剩余壽命是在某一概率密度下得到的。②未知時間與狀態關系的壽命預測。已知某零部件的狀態，如振動、應力等，進行實時在途檢測。根據實測的歷史狀態特征，可以確定該零部件使用時間t與狀態f的函數關系，如圖7所示的f(t)。假設f(t)為三次多項式函數，有三個未知系數需要確定，具體的時間與狀態關系式也是未知的，隨著這個零部件的服役，開始出現明顯“狀況”，狀態量變大，這時可以將三個不同時刻(t1、t2、t3)和三個狀態(f1、f2、f3)代入時間與狀態關系式f(t)，得到三個關系式，聯立方程，求出關系式f(t)中的三個系數C1、C2、C3，這時的關系式f(t)就是一個確定的函數。由關系式f(t)就可以準確預測后面使用時間內的狀態發展趨勢，得到狀態量到限值出現的剩余使用時間，也就是剩余壽命。

圖6 已知時間狀態關系的壽命預測Fig.6 Life prediction of known time state relationship

圖7 未知時間與狀態關系的壽命預測Fig.7 Life prediction of unknown time state relationship

5 修程修制問題

根據原中國鐵路總公司的相關文件[23],既有鐵路機車車輛(包括高速動車組)的維修策略，普遍采用固定修程的預防性維修，也就是采用不同維修等級(體現維修程度與內容)、不同維修間隔(時間或者里程)來形成修程修制。

由于預防性維修的基本出發點是通過定期維修、更換零配件來實現狀態(性能與能力)的保持的，因此這是一種保守的維修策略，其修程修制的制定，也是在大量運行與維修經驗的基礎上進行的。我國在高速鐵路發展初期，基本采用國外相應的維修體系，但隨著我國高速列車更大規模、更高速度、更長運行里程的服役，取得了大量運用經驗，已經發現原有的修程修制不是完全符合目前我國高速動車組運維要求的，維修成本也居高不下，相關領域研究人員開始完善其修程修制，并嘗試應用于狀態修。上海鐵路局基于動車組運用修故障數據,采用生存分析與可靠性理論確定了部件合理的維修間隔[24]，為動車組維修項目周期的優化提供了參考。

狀態修最終需要體現在修程修制的改革與優化上，原中國鐵路總公司所設立的項目“動車組健康管理及運維決策系統研究”，也是為狀態修的修程修制改革探索而服務的。下面結合筆者參與的機車車輛狀態修研究，談幾點認識：

(1)狀態修不是有“狀態”就修。狀態修，顧名思義就是出現“狀態”就修，也就是“有病就看”，可以理解為視情修。但實際上這是不科學的，因為鐵路機車車輛，如果修理就要停車、架車等，就會打亂車的正常運用秩序，因此筆者理解的狀態修，是通過健康管理，掌握影響鐵路機車車輛運行的安全與性能狀態，提前安排維修，以保證在下一個維修節點時，不出現“狀態”，實現能力的保持。因此，狀態修不應該是“有狀態就修”。當然，如果有安全狀態突發，這就真成了有狀態就修的情況，但這是突發情況，不是狀態修的本意。

(2)狀態修的本質是視情預防。盡管狀態修不是有“狀態”就修的視情修，但實際上狀態修的本質是視情預防。狀態修的難點就是準確進行狀態判斷，也就是對狀態準確“視情”后，確定影響這個狀態的因素(零部件)在下一個修程節點時是否需要維修或換件，以保證在下一個服役維修周期內能力的保持。

(3)狀態修的核心是動態地計劃修。鐵路機車車輛是一個復雜的機電系統，零部件的維修或者更換的復雜程度不一樣，有的是整備條件下可以進行，有的需要架車進行，還有些需要分解車才能進行，因此，根據鐵路機車車輛運行性質、結構條件，制定了針對性的修程修制，如機車有小修、中修和大修，高速動車組則分了從一級到五級的維修等級。在實施狀態修時，由于大部分零部件及其相關聯的狀態是不可能進行狀態監測的，還是要通過固定修程的計劃修進行。狀態修主要針對安全狀態、性能狀態，以及一些雖屬于輔助設備，但它的故障同樣會影響行車的部件，如冷卻風機，甚至包括上面的防塵過濾系統，結合修程來實施動態的計劃修，因此，狀態修是根據狀態的情況來確定下一個維修節點的維修內容，維修內容是動態的，但修程及其間隔應該是相對固定的。

盡管高速列車、重載機車車輛和城軌車輛的修程修制有一定差異，但模式上與技術是一致的。因此，基于以上認識，鐵路機車車輛的狀態修需遵循以下規則：

(1)同步壽命。鐵路機車車輛大部分零部件都要采用計劃修來保證其性能與能力的保持[25]。因此，結合計劃修的間隔，在進行零部件的歸類維修基礎上，實現同一類零部件同壽命很重要。這些需要零部件工藝廠家對零部件的質量和使用壽命有保證。神華貨車狀態修在這方面做了大量工作，取得了很好的經濟效益。

(2)延長周期。計劃修普遍認為是不經濟的維修模式，存在過度維修情況，延長零部件的使用時間，是提高經濟性的直接途徑。因此，在之前計劃修的基礎上，在保證其整車性能的前提下，適當延長零部件的服役周期是努力的方向。例如，中國國家鐵路集團有限公司、中國鐵道科學研究院等相關單位開展了延長和諧型電力機車高級修周期的可行性分析研究[26]，延長零部件的使用時間，首先是要進一步提高零部件的質量，更重要的是要能做到壽命的預測，通過理論分析、試驗研究和裝車驗證，做到在延長其使用壽命后保證其性能。目前高速列車的維修體制就是在維修間隔周期上進行調整，有些動車組的三級修周期延長一倍，經濟效益明顯。

(3)動態變化。可以把計劃修理解成靜態模式，因為之前的計劃修基本上是固定模式，甚至成為規范或標準，很少調整。其實，計劃修同樣是應該根據實際運用的情況，不斷優化與調整計劃修的維修間隔與維修內容及工藝。隨著大數據、信息化時代的到來，鐵路機車車輛PHM的實施，對計劃修進行科學的動態調整是有條件做到的。如復興號高速列車的三級修周期從原來的120萬km準備調整到140萬km甚至160萬km，目前正在進行應用考核。

(4)動靜結合。狀態修最基本的理解就是對裝備進行狀態監測、評估與管理，可以理解成一種動態的維修體制，與計劃修的靜態體制形成對比。其實動靜是相對的，即使是與性能狀態密切相關的零部件，如車輪(踏面)，根據監測到的狀態進行狀態維修，其基礎還是計劃修，無非是根據在控的零部件健康狀態，進行剩余壽命預測，結合計劃修的安排，動態安排維修。出現了安全狀態，就需要及時維修相關零部件，這就屬于動態的維修行為。

5 結語

雖然狀態修在關鍵部件的研究中取得了初步成效，但是受限于狀態獲取的技術瓶頸與研究成果的充分積累，真正實現狀態修還任重道遠。