鐵路貨物裝卸機械檢修管理及其信息系統研究

左 寧，馬曉斌，陳智斌，田 浩，韓 艷

(中國鐵路昆明局集團有限公司 貨運部，云南 昆明650011)

鐵路貨物裝卸機械的檢修工作，是裝卸機械化的重要環節，是保證裝卸機械的技術狀態良好，從而完成運輸裝卸任務的關鍵之一。鐵路貨物裝卸機械多數在露天環境下作業，在運用過程中由于零部件的磨損、變形、疲勞、蝕損、老化或操作不當等原因會使機械的性能惡化或造成機械的故障和損壞[1]。但由于鐵路貨物裝卸機械在鐵路貨場分布分散，路內檢修資源萎縮，信息化管理手段落后，缺少檢修數據的采集積累，造成檢修較為盲目，維修質量和時效性得不到有效保證[2-3]。如何管理維護裝卸設備以保證設備的良好技術狀態和運用安全成為鐵路裝卸設備管理中亟待解決的難題。為此，中國鐵路昆明局集團有限公司(以下簡稱“昆明局集團公司”)貨運部在中國國家鐵路集團有限公司貨運部的指導下，開展鐵路貨物裝卸機械狀態修的專題研究，取得了良好的成效。

1 昆明局集團公司鐵路貨物裝卸機械檢修現狀

昆明局集團公司現有裝卸機械809臺，包括門式起重機、正面吊、汽車吊、裝載機、抓料機、叉車和皮帶輸送機等7類裝卸設備，分布在6個車務站段的61個站點。裝卸機械類型與分布情況如表1所示。

表1 昆明局集團公司裝卸機械類型與分布 臺Tab.1 Types and distribution of loading and unloading machinery of Kunming Group

長期以來，我國鐵路貨物裝卸機械實行“計劃預防修”的檢修模式，按照固定的檢修周期實施裝卸機械維修管理，包括定期保養(日常保養、一級保養、二級保養）、故障維修、中(項)修和大修，存在“過度修”和“不足修”問題[4]。目前，昆明局集團公司各車務站段無專職裝卸機械檢修人員，不具備機械自主維修能力，裝卸機械維修方式均由車務站段委托社會企業維修，存在專業管理弱化、設備日常維護保養質量不高、維修時效性不強、檢修成本浪費等突出問題。《鐵路運輸裝卸機械發展政策措施》提出，以專業化、集中修、狀態修和智能化為目標，探索裝卸機械修程、修制改革，加強裝卸機械的運行監測，應用嵌入式物聯網技術，實現設備健康監測與故障自診斷[5]。而全員生產維修(Total Productive Maintenance，TPM)管理提倡全員參與維修，注重設備的日常管理和維修，將設備的故障在萌芽時就解決，降低安全事故的發生，有助于提高企業經濟效益和綜合實力[6]。為此，昆明局集團公司突破傳統鐵路貨物裝卸機械維修模式，補充改進“計劃修”的修程修制，引入TPM管理模式并結合移動物聯網技術探索研究開展裝卸機械狀態修。

2 TPM維修管理體系構建

2.1 總體構建

狀態修具有智能診斷、精準施修特點，2020年昆明局集團公司以狀態修為目標，結合TPM先進設備維修管理模式，開展裝卸機械維修管理體制改革，積極施行鐵路貨物裝卸機械狀態修模式探索。首先，昆明局集團公司貨運部將各車務站段裝卸機械維修保養業務全部統一交由集團公司下屬多元企業投資開發公司承擔，投資開發公司通過招投標形式優化確定委托維修企業后開展維修工作；然后根據TPM維修管理模式的特點，修訂裝卸設備管理辦法，搭建以TPM管理模式為基礎的設備管理框架結構；建立裝卸機械巡檢制度和鐵路貨物裝卸機械技術狀態互聯網絡，對裝卸機械進行技術狀態管理；最后開發鐵路貨物裝卸機械維修管理信息系統，形成維修管理閉環管理流程，對維修工作進行記錄、總結、評價、建議、反饋。TPM維修管理體系如圖1所示。

圖1 TPM維修管理體系Fig.1 TPM management system

2.2 建立裝卸機械巡檢制度

建立貨運部、車務站段各級裝卸設備管理人員、裝卸機械設備操作人員、投資開發公司維修人員為一體的，以點巡檢為核心的設備維修保養管理體系。按點巡檢周期分為日常點檢、周巡檢、月巡檢、季度巡檢和專業巡檢。嚴格執行司機日常點檢、委托裝卸隊周巡檢、線路管理站(貨服部)月巡檢、站段季度巡檢和投資開發公司專業巡檢制度。

（1）日常點檢。由裝卸機械司機或操作人員在每班接班后，按各類設備《日常點檢記錄表》規定的相關項點對設備進行交接班檢查并按《檢修規范》及使用說明書相關規定的技術要求進行日常保養，重點做好設備清潔、緊固、潤滑工作，并同步將故障信息通過手機微報修公眾號上報處理。

（2）周巡檢。由委托裝卸企業裝卸設備管理人員每周對管轄內裝卸設備進行一次全覆蓋巡檢，重點檢查司機點檢、日常維護保養落實情況，設備清潔、緊固、潤滑是否到位，同時檢查前期設備檢修質量是否到位，檢查預保養設備存在問題，并同步將故障信息通過手機微檢修APP上報處理。

（3）月巡檢。由貨服部(線路管理站)、車站裝卸設備管理人員每月對管轄內裝卸設備進行一次全覆蓋巡檢，重點檢查司機點檢、日常維護保養落實情況，設備清潔、緊固、潤滑是否到位，同時檢查委托裝卸企業裝卸設備管理人員周巡檢及前期設備檢修質量是否到位，檢查預保養設備存在問題，并同步將故障信息通過手機微檢修APP上報處理。

（4）季度巡檢。由站段裝卸管理部組織相關裝卸設備管理人員每季度對管轄內重點裝卸設備進行一次全覆蓋巡檢，重點檢查司機點檢、日常維護保養落實情況，設備清潔、緊固、潤滑是否到位，同時檢查委托裝卸企業裝卸設備管理人員周巡檢、車站裝卸設備管理人員月巡檢及前期設備檢修質量是否到位，檢查預大中修設備存在問題，并同步將故障信息通過手機微檢修APP上報處理。

（5）專業巡檢。投資開發公司建立專業巡檢制度，采用振動監測、熱像監測、油質檢測等先進的診斷技術和狀態監測手段，在裝卸設備保養時同步開展專業巡檢工作，為設備維護保養做出迅速準確的判斷及決策提供科學依據，并逐步開展以狀態監測為基礎的預防維修(狀態修)，縮短停修時間，提升設備完好率，降低修理成本。

2.3 加強保養檢修計劃編制與實施管理

（1）貨運部按運轉時間統一公布各類型裝卸機械設備檢修周期標準，將檢修周期標準按月進行調整修改為按設備運轉時間進行，避免了以前按月下達保養計劃造成的“過度修”和“不足修”情況的發生。

（2）站段對達到保養、中項修條件的設備編制月度檢修建議計劃按時上報貨運部，貨運部審核后下達次月月度檢修計劃，投資開發公司組織落實月度保養檢修計劃，各車務站段配合執行并負責質量驗收；對于運轉時間長期達不到保養時間要求的裝卸機械，每年至少安排一次一級(A級)保養。貨運部每月對各車務站段保養計劃完成情況進行跟蹤考核，改變過去由各車務站段自行下達保養計劃的方式。

2.4 強化設備運用統計分析考核管理工作

健全完善設備運用考核機制，準確收集掌握裝卸機械運轉時間、故障時間、能源消耗、保養維修費用等設備運用基礎數據，建立設備完好率、利用率、故障停機率、噸維保費支出、噸能耗支出、噸成本支出、設備臺時效率、平均故障時間、平均修復時間、點巡檢完成率、臨修率、設備聯網率等綜合指標考核制度，由各線路管理站(貨服部)、車務站段按月進行統計、分析考核，集團公司貨運部進行分析、評價考核。

3 鐵路貨物裝卸機械檢修管理信息系統研發

3.1 主要功能設計

基于TPM全員維修管理體系和狀態修要求，研發鐵路貨物裝卸機械檢修管理信息系統平臺，鐵路貨物裝卸機械檢修管理信息系統主要功能如圖2所示。該系統平臺將裝卸設備管理人員、設備操作人員及設備維修單位緊密地整合在一個管理平臺上，通過微信小程序、手機APP終端等移動互聯網工具對裝卸機械的故障、缺陷進行上報，進行報修、點檢、保養、驗收等工作，形成設備點檢、故障處理及維保工作全流程閉環控制管理體系。在簡化內部流程的同時，也方便實際使用人員和管理人員，極大提升工作效率，節約檢修資源。

圖2 鐵路貨物裝卸機械檢修管理信息系統主要功能Fig.2 Functions of maintenance management information system for railway loading and unloading machinery

3.2 裝卸機械設備臺賬

建立裝卸機械設備臺賬，包括設備編號、設備類型、設備名稱、設備所屬站段、設備所在貨場、設備型號、設備廠家、投用日期以及設備管理責任人，裝卸機械設備臺賬管理如圖3所示。點擊設備編號，即可查閱該設備的詳細技術參數和故障維修記錄，以設備編號為云L20004的維修記錄為例，設備維修記錄如圖4所示。通過故障維修記錄和對設備壽命周期實施科學管理后，既可以準確掌握設備不同階段的運行狀況，又能提前采取相應的防范措施，減少設備故障和維修費用。

圖3 裝卸機械設備臺賬管理Fig.3 Equipment account management of loading and unloading machinery

圖4 設備維修記錄Fig.4 Equipment maintenance record

3.3 裝卸機械在線運行數據監測

（1）流動式裝卸機械在線運行數據監測。在流動式裝卸機械上安裝數據終端設備，通過解析CAN總線數據獲取設備運行狀態參數，記錄關鍵零部件運行數據，并將設備的運行狀態數據通過4G/5G通信技術傳輸到系統平臺，實現對流動式裝卸機械開機、油量、冷卻液溫度、機油壓力、工作時間、電壓、能耗、胎壓、定位、運行軌跡、運行時間、作業量等狀態信息的監控及數據采集，實現對車輛運行狀態監測、預警報警、故障診斷、智能維保、駕駛員行為監測、能耗實時管理、運營調度優化等，通過系統平臺或終端APP實時查看數據、數據超范圍告警及運行趨勢分析，在關鍵零部件性能急速衰減前進行預知性或狀態修[2]，為設備維護保養做出迅速、準確的判斷、決策提供科學依據，提高設備完好率，縮短停修時間，降低修理成本。

（2）門式起重機在線運行數據監測。基于“物聯網+設備”的管理理念，在門式起重機上加裝傳感器，在線采集起重量、起升高度、大小車行程距離、風速、聯鎖保護數據、抗風防滑數據、起升制動器狀態參數、操作指令、電機監控、變頻器等運行數據，記錄門式起重機運行時間，通過Modbus總線傳輸到PLC控制器，最后門式起重機在線運行數據通過4G/5G網絡傳輸至監測平臺。通過對門式起重機在線運行數據的存儲、分析，顯示故障與告警信息，根據具體故障與告警級別，提出設備維修建議。

（3）人機安全防撞智能預警數據監測。為了有效防止集裝箱正面吊與行人相撞造成的人身傷亡事故發生，昆明局集團公司在集裝箱正面吊上安裝了基于深度學習的人機安全防撞智能預警系統[7-8],當行人處于集裝箱正面吊危險工作區域(15 m以內)時，在司機室終端顯示屏上對行人進行實時標注、識別，通過聲音和畫面發出警報提示司機注意，提醒司機采取措施避免人機相撞，最后人機防撞智能預警數據通過4G/5G網絡傳輸至監測平臺，便于設備管理人員查詢、追溯。另外，在裝載機、叉車以及門吊支腿處可安裝人機安全防撞智能預警系統，實現聯網監測，確保裝卸設備作業區域內的人員安全。

3.4 裝卸機械保養管理

結合集團公司裝卸機械維修管理體制改革，由投資開發公司設置設備管理部，將各車務站段裝卸機械維修保養業務全部統一交由投資開發公司承擔；投資開發公司通過招投標形式優化確定委托維修企業，推行設備TPM維修管理模式，規范工時費用、配件價格，明確裝卸設備保養標準，制定保養計劃，派發保養工單，優化檢修周期。保養工單派發后，保養維修企業對裝卸設備進行保養，保養結束后通過終端APP上傳保養記錄，由設備管理部對保養工作進行確認，并進行保養結算。

3.5 裝卸機械點檢管理

按照裝卸機械巡檢制度和設備點檢標準，制定和開展裝卸機械日常點檢、周巡檢、月巡檢、季度巡檢和專業巡檢，檢查設備運轉是否正常，是否有安全隱患，點檢執行人通過“微報修”微信公眾號和“微檢修”APP客戶端上報巡檢情況，形成點檢記錄，點檢計劃示例如圖5所示。特別對于點檢過程中發現的異常情況和故障進行報修，通過閉環管理及時消除安全隱患。通過系統平臺，可以查看點檢計劃、點檢人和點檢設備完成情況，點檢統計如圖6所示。

圖5 點檢計劃示例Fig.5 Example of spot inspection plan

圖6 點檢統計Fig.6 Spot inspection statistics

隨著裝卸機械在線監測技術的廣泛應用和檢測手段的便攜化，以裝卸設備技術狀態為基礎的維修方式逐步成為檢修的主流，有利于建立機制靈活、響應迅速的維修制度。應用先進的檢測技術手段對裝卸設備的檢查是掌握裝卸設備實際技術狀態的重要手段，是編制維修計劃、開展維修作業的依據。為此，開展以狀態監測為基礎的專業巡檢，采用振動監測、熱像監測、油液檢測、超聲波檢測等先進的診斷技術和狀態監測手段，較為完整地獲取裝卸機械關鍵零部件技術狀態數據，形成以裝卸機械技術狀態為基礎的狀態維修模式。

3.6 裝卸機械維修管理

裝卸機械故障報修簡單便捷，點檢和巡檢人員可以利用“微報修”微信公眾號和“微檢修”APP客戶端及時直觀上報故障，維修的受理、跟蹤等情況動態實時反饋，實現報修維修的閉環管理，彌補手工記錄遺漏的缺陷；現場職工所發現的設備故障信息可以通過掃描設備二維碼，以拍照、故障文字描述、錄音等方式一鍵上報。故障上報方式簡單直觀且便于工作人員快速響應；管理人員可通過上報人的圖片、語音、故障文字描述信息對派單進行受理，維修人員接單后及時進行維修；設備相關人員均可通過平臺了解維修進展情況。所有受理事項根據管理權限可以在APP客戶端看板上清楚顯示，方便點擊查看；設備管理人員可以查看設備維修單號、報修類型(點檢、巡檢、保養、現場報修)、報修地點、設備類型、設備編號、故障描述、報修人、報修部門、報修時間、受理狀態等信息，可生成PDF格式的維修報告并下載保存。報修管理從故障上報-受理-維修全過程實現數字化信息記錄跟蹤，形成一套形象直觀的故障處理閉環控制管理，為裝卸設備管理考核量化指標提供基礎數據支撐。裝卸機械檢修管理信息系統報修管理界面如圖7所示。

圖7 裝卸機械檢修管理信息系統報修管理界面Fig.7 Repair management interface of maintenance management information system for loading and unloading machinery

3.7 備件庫存管理

備件庫存采用信息化集中管理，配件的信息包括：配件編號、名稱、型號、價格、適用的設備類型、生產廠家和庫存數，并設置庫存告警線，對備件進行出入庫管理，可對出入庫記錄進行查詢。設備管理人員可以根據裝卸機械故障頻率、備件的使用頻率更新優化備件庫存管理。

3.8 統計分析管理

統計分析管理主要包括維修總體分析、設備備件分析、維修人分析。

（1）維修總體分析。統計目前在用的設備數，庫存備件數，報修人數，檢修人數和總報修次數。

（2）設備備件分析。統計正常運行的裝卸設備數量和正在維修的裝卸設備數量，統計每一裝卸設備的故障數、維修工時和維修費用，以及備件的使用數量排行。設備備件分析如圖8所示。

圖8 設備備件分析Fig.8 Analysis of equipment spare parts

（3）維修人分析。統計維修人24 h的維修及時性、維修人完成維修的故障數和維修工時，以便對維修人的維修質量進行評價和反饋。維修人分析如圖9所示。

圖9 維修人分析Fig.9 Maintainer analysis

4 應用效果

通過對鐵路貨物裝卸機械檢修管理信息系統平臺2019年至今檢修數據統計分析，昆明局裝卸機械故障報修數量逐年減少。維修改革前的2019年故障數為6 687次，維修改革后2020年、2021年故障數分別為5 767次、4 362次，故障報修大幅減少；2022年1月至6月，裝卸機械故障數與同期相比均有減少。經昆明局集團公司審計部2021年專項審計，得出從總體來看，維修體制改革節支創效成果明顯，經濟效益顯著。按噸裝卸機械維保支出費計算，2020年較2019年裝卸機械維保支出節約241.6萬元，2021年較2019年同期節約350萬元。從設備運用效率來看，年故障次數及頻次以及設備完好率均呈現良好趨勢。2019年至2021年，裝卸機械年平均故障頻次分別為8次/臺、6次/臺、4次/臺，呈逐年減少趨勢；2021年設備完好率為97.13%，較2020年的92.23%提升4.9個百分點。

圖10 裝卸機械故障情況統計Fig.10 Statistics of loading and unloading machinery failures

5 結束語

結合昆明局集團公司裝卸機械維修管理體制改革，研究推行設備TPM維修管理模式，采用振動監測、熱像監測、油質檢測等先進診斷技術和狀態監測手段，建立專業點檢巡檢制度，利用物聯網技術，構建裝卸機械在線運行數據采集平臺，采用微信小程序、終端APP上傳裝卸機械故障數據，研發應用鐵路貨物裝卸機械檢修管理信息系統，形成裝卸機械點檢、故障處理及維保工作全流程閉環控制管理體系，可有效提高設備完好率，縮短停修時間，降低維修成本，為裝卸機械維修保養做出迅速、準確的決策提供科學依據。