靈活檢修工藝下地鐵車輛架大修作業調度優化方法的應用

摘 要：針對地鐵車輛架大修作業調度效率低的問題，分析傳統檢修工藝在資源分配和工序協調中的局限性，通過引入靈活檢修工藝并結合遺傳算法優化調度方案。研究以“項目-子項目-作業活動”三級結構為基礎，明確作業次序關系與資源柔性匹配機制，構建多目標優化模型。結果表明，靈活檢修工藝顯著縮短庫內作業時間，單列架修和大修分別降低15.9%和26.3%，雙列車同步作業優化比例最高達29.5%，驗證混合作業模式在復雜任務場景中的高效性。

關鍵詞：靈活檢修工藝 地鐵車輛架大修作業 調度優化方法 應用

1 緒論

隨著地鐵運營網絡擴大，列車配屬增多，車輛檢修工作量指數級增長，對列車高可用度保障挑戰巨大。傳統檢修工藝和調度方法難以滿足高效、靈活生產需求，亟須智能化優化手段提升檢修效率。文章基于柔性作業車間調度問題（FJSP）理論框架，構建車輛架大修作業調度優化模型，旨在科學建模與算法求解，生成庫內檢修時間最短的調度方案，緩解檢修資源緊張，提升檢修作業計劃性，為地鐵車輛檢修管理提供實踐指導，助力城市軌道交通安全高效運行。

2 問題描述

FJSP模型主要解決設備選擇與作業排序問題。設備選擇是從備選設備中確定最優執行對象，以最大化資源利用效率；作業排序是合理安排設備上的活動，縮短作業等待時間，提高整體作業流暢性。基于FJSP模型構建，明確架大修作業結構是優化前提，需梳理作業活動次序關系，建立任務依賴網絡，綜合考慮設備能力、作業優先級、工藝約束，實現多目標優化。模型應用可應對復雜生產環境調度難題，提升檢修作業執行效率，體現柔性作業車間調度理論的實際價值。

2.1 作業結構

車輛架大修作業的結構化分解是高效調度優化的基礎，采用“項目-子項目-作業活動”三級結構組織復雜維修任務。“項目”代表列車架大修整體作業范疇，涵蓋進庫到交付全流程，體現全局性；“子項目”作為中間層級，細化為具體作業單元，包括整列作業和解編后各車型獨立檢修任務，有利于制定差異化檢修方案，協調多工種、多設備協同作業；“作業活動”是最小作業單元，對應“子項目”中的具體維修任務，如部件拆卸、檢測、修復與安裝等，反映實際執行內容。三級結構分解能將復雜架大修作業轉化為可管理、可量化的任務模塊，加強后續資源分配合理性。同時，該結構化設計支持靈活調整與動態優化，適應不同車型檢修需求，提升整體作業效率，為地鐵車輛架大修作業精細化實施提供支撐。

2.2 次序關系

作業活動間次序關系表現為并行、順序、耦合三種形式。針對6節編組B型列車大修項目，文章分解部分作業結構，選擇靈活檢修工藝，優化作業流程，提升實施策略效率。靈活檢修策略允許各車輛完成當前檢修線任務后直接進入下一環節，不受編組順序限制，跳過傳統等待時間，減少資源閑置。主線設計采用多工序可并行串并混合工藝，結合實際情況動態調整并行作業工序，最大化資源利用率，縮短整體工期，增強生產調度靈活性。明確作業分解結構中的邏輯關系，有助于工作人員合理規劃任務執行優先級，避免耦合作業依賴性導致的瓶頸效應。靈活檢修工藝核心在于優化策略和流程，實現人、設備與時間的最佳匹配，為架大修作業提供科學調度方案，體現現代維修管理中精益化與智能化理念的應用價值。

2.3 檢修資源

檢修資源包括檢修設備和檢修人員，二者組合搭配形成檢修組，作為作業活動的最小直接執行單元，承擔具體維修任務。根據實際需求，每類檢修組可設置若干組滿足不同作業活動執行要求；作業活動和檢修資源呈柔性關系，即每個作業活動可從多個具備執行能力的檢修組中選擇其一分配。這種柔性設計提高資源利用靈活性，為優化調度方案提供調整空間。實際操作中，檢修組配置需綜合考慮設備性能、人員技能水平、作業復雜度，提升資源匹配科學性；引入柔性關系可應對突發情況，動態調整檢修組分配策略，提升整體作業效率，體現現代生產管理中精益化理念[1]。

3 架大修作業調度優化模型的建立

3.1 模型假設

文章在構建地鐵車輛架大修作業調度優化模型時，基于一系列假設條件以確保模型的科學性與可操作性。（1）作業活動被視為不可拆解的基本單元，必須由單一檢修組從開始執行至結束，避免任務交接中的復雜性；（2）作業時間嚴格依據歷史數據中任務完成時間進行設定，且準備和交付時間均納入其中，全面加強時間估算的客觀性；（3）模型未考慮作業延后的情況，從而簡化時間變量的處理過程，聚焦于理想狀態下的調度優化；（4）檢修組的資源配置假設為充足，即人員、設備均滿足作業需求，排除資源不足對調度方案的影響。同時，檢修組在同一時間段內僅能執行一項作業活動，約束明確資源分配的排他性，避免多任務并行帶來的沖突風險；（5）所有作業活動在滿足工藝約束的條件下無額外沖突，進一步簡化模型復雜度；（6）車輛在檢修線間的轉移活動被歸入首作業活動的時間范疇，科學減少跨檢修線調度的獨立性分析。

3.2 模型構建

式中，q，p為列車架大修項目編號；n1為項目數；i和h為子項目編號；n2，q為項目q中子項目的數量；j和l為作業活動編號；n3，qi為項目q子項目i中涉及的作業活動數量；Fq、Pqi、Oqij分別為第q個項目、項目q第i個子項目及項目q子項目i中第j個作業活動；m為檢修組編號；N為檢修組數量；Mqij為全部可執行作業活動Oqij的檢修組編號集合；M為檢修組編號集合；R為鄰接作業活動對集合；和分別為鄰接順序關系作業活動對集合和鄰接耦合關系作業活動對集合；為整車作業活動和車輛作業活動組成的鄰接耦合關系作業活動對集合；為涉及檢修線間轉移活動的作業活動形成鄰接耦合關系作業活動對集合；Eq和Zq分別為項目q的入庫和庫內作業完成時間；和分別為作業活動的開始和完成時間；為由檢修組m執行檢修作業活動所需作業時間；B為極大的正數。

4 靈活檢修工藝下地鐵車輛架大修作業調度優化方法的應用

4.1 案例基本情況

文章以國內某城市地鐵線路列車架大修計劃為研究對象，探討靈活檢修工藝下的作業調度優化方法，研究對象為6節編組B型列車，明確劃分“項目-子項目-作業活動”三級作業分解結構，給后期優化提供基礎框架。檢修組配置數量與編號與作業分解結構中的“檢修組”進行對應，生成每項作業活動的備選檢修組集合，體現資源分配的靈活性，輸入參數涵蓋列車架大修在不同檢修工藝下的工作分解結構、車輛段檢修組配置、遺傳算法設計參數等關鍵要素。遺傳算法作為核心優化工具，種群規模設定為200個個體，收斂判斷代數為100代，交叉和變異概率均為0.5，保證算法在搜索效率與解空間探索之間取得平衡。HS部分采用兩種變異方式，選擇概率均為0.5，進一步提升算法的多樣性和全局優化能力，構建科學的優化模型，能夠有效應對復雜多樣的檢修任務需求。研究結合實際作業特征，利用遺傳算法求解最優調度方案，體現現代運籌學理論在地鐵車輛架大修領域的實踐價值[2]。

4.2 單列架大修作業調度優化

在單列架大修作業調度操作時，工作人員分別計算不同工藝下的架修和大修調度方案，其中靈活檢修下的架修和大修調度方案見圖1和圖2。在進行43個檢修組的作業過程中，單列架修的庫內作業時間為217h，單列大修為297h。

而在單列車架修、大修調度方案優化中，其優化結果見下表1，發現編號1至4優化結果呈現出明顯的效率提升趨勢。在單列架修中，庫內作業時間從整體同步工藝的258小時逐步縮短至靈活作業靈活流程的217小時，差值分別為－5.0%、－6.2%和－15.9%，這種遞減趨勢表明，隨著檢修策略與作業流程靈活性的增強，資源利用效率顯著提高。類似趨勢也體現在單列大修中，庫內作業時間從403小時降至297小時，差值達到－10.4%、－12.4%和－26.3%；靈活作業模式通過動態調整工序順序與資源配置，科學縮短設備等待時間，從而實現高效的作業調度，該結果驗證靈活檢修工藝在應對復雜維修任務時的優越性，尤其在資源受限或工期緊張的情況下更具應用價值。同時，數據分析揭示優化潛力的主要來源，包括工序并行化設計與檢修組動態分配策略的有效結合，為后續改進提供了明確方向[3]。

4.3 雙列同步架大修作業調度優化

在地鐵車輛架大修作業中，當架大修車輛段任務量較高時，同步組織多列車進行架大修作業成為提升效率的重要手段。文章針對雙列車同步架大修場景，采用混合作業模式結合優化模型與算法進行調度方案設計（見表2）。從優化結果來看，雙列車同步作業顯著縮短庫內作業時間，相較于獨立作業模式，優化比例分別達到17.5%、17.0%、28.2%和29.5%，該改進體現混合作業模式在資源分配和工序協調方面的優勢，通過合理安排兩列車的修程順序與資源共享，減少了設備閑置，從而提升整體作業效率。特別是在大修與架修交替進行的情況下，優化效果更為顯著，表明模型在復雜任務場景下的適應性。但值得注意的是，列車1和列車2作業時間分布存在一定差異，這種非均衡性反映檢修任務特性、資源配置之間的動態匹配關系。研究結果表明，基于混合作業模式的調度優化方法能夠有效應對高任務量場景下的資源調度難題，為地鐵車輛架大修作業的高效實施提供可靠的技術支持。

5 結語

文章圍繞靈活檢修工藝下地鐵車輛架大修作業調度優化展開研究。研究表明，靈活檢修工藝通過動態調整工序順序和資源配置，有效提升資源利用效率和作業流暢性，在高任務量場景中優勢顯著。雙列車同步作業優化結果驗證了混合作業模式在資源分配與工序協調中的價值。未來研究可聚焦突發情況動態調度策略優化，結合實時數據與人工智能提升模型自適應能力，探索多車型混線檢修通用性優化方法，為地鐵車輛架大修智能化與精益化管理提供全面技術支持。

參考文獻：

[1]李建加.地鐵大架修作業調度優化模型的構建與應用[J].智慧軌道交通，2024，61（1）：53-60.

[2]楊子涵，劉葛輝，李明，等.考慮資源共享的城市軌道交通架修基地選址優化模型[J].鐵道科學與工程學報，2023，20（1）：74-83.

[3]王茂正，安越，黃超.基于車輛基地智能綜合管控系統的車輛檢修日計劃編制[J].城市軌道交通研究，2020，23（12）：214-217.