軌道交通車輛全壽命周期檢修需求分析

楊盛宇

中車大連電力牽引研發(fā)中心有限公司 遼寧 大連 116000

引言

在愈發(fā)激烈的軌道交通車輛市場競爭中，需要考慮用戶對車輛檢修維護(hù)的需求，減少車輛投用后改型成本。隨著軌道交通國際化，系統(tǒng)供應(yīng)商應(yīng)將全壽命維修成本融入產(chǎn)品設(shè)計中。我國軌道交通車輛在產(chǎn)品設(shè)計階段通常聚焦在滿足客戶提出的技術(shù)指標(biāo)及列車可靠性，如何將檢修需求融入全壽命周期管理前期的規(guī)劃、設(shè)計、制造、選型等階段，是趕超國際檢修水平實現(xiàn)領(lǐng)先領(lǐng)跑的重要保證。軌道交通車輛全壽命周期檢修要考慮如何將用戶對車輛需求或期望轉(zhuǎn)化為檢修設(shè)計要求，如何確認(rèn)車輛設(shè)計是否符合檢修需求等問題。本文基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究，給出全壽命周期檢修需求設(shè)計方法。

1 軌道交通車輛全壽命周期管理研究

隨著我國城市化進(jìn)程推進(jìn)，城市人口密度不斷加大。交通擁擠情況嚴(yán)重影響城市運轉(zhuǎn)，城軌交通以其速度快、環(huán)境舒適等特點成為解決交通擁堵問題的最佳方案。城軌交通成為居民出行的首選。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有列車管理系統(tǒng)存在信息孤島等問題，不能滿足軌道交通工作需求，制約城軌交通相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。軌道交通車輛管理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)量大等特點，要求規(guī)范合理記錄保存車輛信息。

軌道交通車輛包含大量重要信息，記錄車輛重要零部件購買運用到報廢全壽命周期重要數(shù)據(jù)，規(guī)范合理運用軌道交通車輛信息對保證列車安全運營具有重要意義[1]。由于以往管理工作存在計算機技術(shù)不成熟等原因，產(chǎn)生信息無法形成閉環(huán)等問題，隨著軌道交通列車維修評估等技術(shù)迅速發(fā)展，如何高效管理車輛信息成為急需解決的問題。要加強對軌道交通車輛信息全壽命周期管理，為車輛檢修提供基礎(chǔ)。國內(nèi)城軌交通行業(yè)專家意識到列車管理中的問題，業(yè)內(nèi)專家采用大數(shù)據(jù)技術(shù)城軌信息化體系解決方案，通過資源地共享方式提高資源利用率。統(tǒng)一建設(shè)各信息系統(tǒng)共用云平臺，有利于解決信息孤島問題。

隨著城軌交通的快速發(fā)展，軌道交通跨城市運營趨勢明顯，需要連入云平臺信息系統(tǒng)增多，原有云平臺難以滿足需要，建設(shè)維護(hù)需要不斷增加云平臺，不利于列車運營公司發(fā)展。研究提出基于網(wǎng)絡(luò)平臺的信息采集平臺，允許使用支持信息采集平臺功能的便攜式移動設(shè)備，特定條件下可將信息數(shù)據(jù)上傳至管理信息系統(tǒng)。降低人為因素對車輛信息采集產(chǎn)生的不利不影響，但采集信息存在信息異構(gòu)等問題。本文建立基于全壽命周期的軌道列車維修管理系統(tǒng)，根據(jù)車輛維修信息數(shù)據(jù)量大，信息孤島等特點，選取適合的系統(tǒng)開發(fā)工具，進(jìn)行列車管理系統(tǒng)對比分析，設(shè)計管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，明確信息錄入管理，系統(tǒng)維修管理等模塊。根據(jù)設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用選定開發(fā)工具驗證。

2 軌道交通列車全壽命周期維修管理系統(tǒng)

列車履歷系統(tǒng)是列車零部件的身份證，是城軌交通車輛檢修與技術(shù)分析的重要依據(jù)。列車履歷檔案記錄零部件采購使用維修到報廢的全壽命周期使用信息。列車履歷管理是城軌交通行業(yè)日常管理的重要內(nèi)容，對管理維修輔助決策具有重要指導(dǎo)作用。有助于了解列車零部件使用維護(hù)中的問題，便于維修人員了解列車重要部件安全狀況，提升列車使用壽命。

軌道交通列車信息具有多維性，按實體分類分為供應(yīng)商信息、車型結(jié)構(gòu)信息、零部件信息等；根據(jù)列車零部件管理過程分為初始信息、維修信息等。日常管理信息包括零部件存儲，測量等信息，維修信息包括零部件維修與更換信息等。存儲形式包括圖像文本等多種方式。維修信息是列車履歷信息的重點。故障維修是列車零部件發(fā)生故障采用維修處理方式，維修廠工作人員通過操作系統(tǒng)上報，審核確認(rèn)后與調(diào)度人員制定維修工單，班組長派維修工到現(xiàn)場維修記錄信息。城軌交通列車維護(hù)維修包括日常與定位維修，定期維修分為大修與定修，日常維修由日周月檢修組成。

隨著軌道交通相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對車輛履歷系統(tǒng)要求更加嚴(yán)格。現(xiàn)有列車履歷管理問題成為制約列車行業(yè)發(fā)展的重要因素。目前列車履歷管理系統(tǒng)存在信息孤島，履歷信息利用率較低，各城市系統(tǒng)不統(tǒng)一等問題[2]。地鐵列車履歷包括車輛重要部件購買使用到檢修報廢全過程重要數(shù)據(jù)，列車履歷信息內(nèi)容繁雜，記錄列車全壽命信息。傳統(tǒng)履歷管理方式不合理，不同線路存在信息異構(gòu)等問題，不利于線路信息整合。信息缺失現(xiàn)象時有發(fā)生，不利于履歷信息閉環(huán)；不能明確故障信息內(nèi)容，人為因素影響大，導(dǎo)致信息準(zhǔn)確率無法保證。需要研究設(shè)計實時更新故障字典信息，存儲工序保證完整性的多線通用列車履歷管理系統(tǒng)。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，系統(tǒng)應(yīng)具備用戶功能，根據(jù)用戶不同權(quán)限對列車履歷信息增刪。系統(tǒng)功能要求包含基礎(chǔ)信息管理，統(tǒng)計分析等重要功能模塊，可自動匯總列車故障等履歷信息，減少人員消耗，提高履歷信息利用率，對列車安全運營具有重要意義[3]。系統(tǒng)非功能性需求涵蓋用戶界面美觀性，高效服務(wù)響應(yīng)，可擴(kuò)展性等方面。

3 車輛全壽命周期檢修需求指標(biāo)體系

車輛是城軌交通工程中的核心部分，城軌交通車輛采購招標(biāo)比選往往忽略全壽命周期各階段發(fā)生成本。城軌交通車輛設(shè)計壽命普遍為30年。車輛檢修中大修會有大量必?fù)Q件。需要對車輛維修全壽命周期成本分析，保證車輛安全運營下節(jié)約維護(hù)成本。電客車壽命管理是設(shè)備使用中運維管理，具有為保障設(shè)備穩(wěn)定運行維修管理內(nèi)涵。電客車管理中經(jīng)歷系列部件管理維修記錄，對電客車使用經(jīng)濟(jì)性與管理成本分析，可以更換先進(jìn)的電客車系統(tǒng)，使原設(shè)備歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理。

表1 車輛服務(wù)可靠性指標(biāo)體系

檢修需求設(shè)計目的是將服務(wù)可靠性，帶故障運行等相關(guān)維修需求應(yīng)用于軌道車輛設(shè)計中，維持車輛高可用性，建立車輛檢修需求指標(biāo)體系。軌道交通車輛維修成本是維修花費人工材料費用。車輛服務(wù)可靠性影響客戶滿意度，出庫中斷率衡量車輛服務(wù)可靠性[4]。車輛安全性體現(xiàn)在DMC上。改善車輛維修性水平可以縮短維修人工時。

4 軌道交通車輛檢修需求壽命周期設(shè)計

建立車輛檢修需求設(shè)計流程，需定量化分析檢修設(shè)計需求，包括檢預(yù)計控制，將檢修需求分配至系統(tǒng)部件。車輛交付使用后監(jiān)控檢修需求指標(biāo)。需搜集競爭車型數(shù)據(jù)，涉及計劃維修成本數(shù)據(jù)等。

車輛維修可靠性目標(biāo)值考慮中斷費用成本等方面，給出服務(wù)可靠性要求。新研制車型可靠度必須高于96.61%時成本具有優(yōu)勢。檢修需求指標(biāo)分配目分解到系統(tǒng)部件級，服務(wù)可靠性檢修需求指標(biāo)分配方法較為成熟，按競爭車型成比例分配。

表2 任務(wù)中斷成本對比結(jié)果

DMCi-新=DEC新×DMCi-競爭/DMC競爭,DMC競爭為競爭車型整車DMC值，較低可靠性指標(biāo)包含復(fù)雜性高的子系統(tǒng)、長期工作稀缺等。較高可靠性指標(biāo)主要包含核心系統(tǒng)及部件；可靠性指標(biāo)已明確的產(chǎn)品可不參與可靠性指標(biāo)的單獨分配。

維修任務(wù)預(yù)計是基礎(chǔ)，檢修需求從部件向整體級匯總，針對不符合分配要求頂點給出設(shè)計更改措施[5]。DMC維修任務(wù)預(yù)計計算公式為DMC=F·Q·（H+M），F(xiàn)=[1/INTi]1×n為頻次庫,Q=[QPAi]n×n為數(shù)量陣，TMtc為維修人工時。服務(wù)可靠性檢修需求指標(biāo)是任務(wù)中斷率，預(yù)計模型為MIRc=QTYc×λc×F任務(wù)中斷×D運行。F任務(wù)中斷表示部件可能引起車輛任務(wù)中斷LRC故障模式占比。檢修需求監(jiān)控與反饋，統(tǒng)計維修需求。不符合檢修需求擔(dān)保要求，總結(jié)經(jīng)驗在新車型研制中規(guī)避。以SS傳感器出庫可靠性低為例，給出設(shè)計更改措施。

5 實驗結(jié)果分析

驗證檢修需求設(shè)計，開展DMC軌道交通車輛檢修需求設(shè)計，以CRH380A系列動車空調(diào)機組為例，維修任務(wù)輸入數(shù)據(jù)來自維修分析結(jié)果。數(shù)量陣Q為13行13列矩陣，匯總空調(diào)系統(tǒng)維修任務(wù)，不符合分配要求，審查DCM審批構(gòu)成中空調(diào)機組檢查成本占比最高，通過原因分析發(fā)現(xiàn)排水堵與車輛結(jié)構(gòu)干涉，拆卸底板導(dǎo)致維修時間過長。給出設(shè)計實現(xiàn)途徑設(shè)計改進(jìn)措施，改進(jìn)設(shè)計后維修任務(wù)人工時降低至0.5h，空調(diào)系統(tǒng)運用預(yù)防性檢修成本降低至1896.31元/萬公里。通過優(yōu)化設(shè)計解決維修性差問題，降低車輛投用后車輛改型成本。