RCM研究成果在南京地铁列车车门维修中的运用

张 慧,董兆兵

(南京地铁运营分公司,江苏南京210012)

以可靠性为中心的维修(RCM)是近40年发展起来的一种新的维修观念,按GJB1378—92《装备预防性维修大纲的制定要求与方法》中RCM定义为:“按照以最少的资源消耗,保持装备固有可靠性和安全性的原则,应用逻辑决断的方法确定装备预防性维修要求的过程或方法”。它打破了传统的以定期维修为主的维修方式,是目前国际上通用的确定设备维修需求、优化维修制度的一种系统工程方法。

南京地铁客室车门维修时,着重考虑引入RCM理论的核心理念,即一切维修活动,归根到底是为了保持和恢复设备的固有可靠性。项目在实施过程中,着重依据客室车门的可靠性状况,以最少的维修资源消耗,运用逻辑决断分析法来确定其所需维修的零部件、维修方式或类型、维修间隔期和维修级别,制定出预防性维修大纲,从而达到优化维修的目的。

1 研究内容

在调研客室车门运营近3年来具体维修数据的基础上,着重从下述7个方面进行研究:客室车门维修数据特征分析、客室车门的功能和性能指标分析、客室车门所有合理的功能故障分析、客室车门显隐性故障后果分析、客室车门维修策略的优选分析、实施客室车门维修验证及其效果评估分析和客室车门维修规程优化调整策略分析等。

2 研究过程中应用的关键技术

结合客室车门运营3年来的故障数据特征,采用数理统计中的χ2检验法对客室车门故障分布规律进行科学检验,从而为选择合理的维修策略评判模型和风险决策模型提供理论支持。

运用价值工程学的基本原理,结合验证列车客室车门的数据变化规律,采用价值替代方案进行客室车门维修价值评估;通过模型测算确定最佳维修手段,从而达到降低维修成本、提高维修价值的目的。

客室车门系统设备庞杂、功能故障及其影响项目繁多且轻重缓急各不相同,采用FMECA(功能、故障与影响分析法)方法控制整体RCM分析流程,并通过设计规范化的FMECA分析单,主要围绕降低故障后果角度从定性、定量两方面确定故障的严酷程度,从而指导客室车门维修内容的调整,确定更为合理的维修内容。

常用的RCM维修策略选择依靠逻辑决断图,从定性角度选择相应的维修工作类型;考虑到定性决策的主观性以及在确定维修周期方面的欠缺,结合灰色局势决策法,通过系统建模选择最佳维修策略及维修周期。同时考虑到车门系统维修策略的决策受多方面因素的影响,其评价信息包括模糊和灰色2种,需定性与定量分析相结合,因此在研究过程中,采用逻辑决断图、灰色局势决策法相结合的优化分析方法确定设备维修策略和维修周期。

对于车门系统RCM分析成果产生的维修策略及维修内容,在常规闭环反馈控制评价维修效果基础上,创新性地应用可拓优度法建立维修效果评估模型,对实施效果进行定量的评价。该方法是以物元理论为依据,以可拓数学为计算工具,能很好的解决决策系统中的各种矛盾问题,在设备管理及各类维修效果评估方面都具有良好的实用性。

3 RCM分析步骤

3.1 车门子系统功能分析

对一个系统的可靠性分析要从对系统功能的掌握入手。在对车门系统功能进行分析时,共分两层,包括总功能和分项功能。

车门系统的总功能是完成乘客站台与车厢之间位置的转移;

分项功能是开门功能、关门功能、状态检测功能、紧急解锁功能、车门切除功能、车门防夹功能、通信功能。

3.2 绘制车门子系统功能框图与可靠性框图

系统功能框图和可靠性框图一般按照分层、分级的方法绘制。通常情况下整个大系统一般分为系统级、分系统级、设备级、部件级和组件级。对于车门系统而言,我们主要考虑按子系统—设备—部件这几层进行分析。

在具体绘制过程中,结合实际采用按各个功能分别绘制其功能框图和可靠性框图的方法,而不是绘制一个大系统图,主要原因为:(1)大部分的部件都要参与多个功能的实现,若绘成整体图反而使各个功能、部件的作用不清楚,连线过多不利于区分;(2)功能框图和可靠性框图主要是为RCM分析用的,按照从分系统—部件—组件的划分方式更利于从各个功能出发,找到薄弱环节,最终考评可靠性。例如开门的功能框图和可靠性框图绘制如图1、图2。

图1 开门的功能框图

图2 开门的可靠性框图

3.3 车门子系统故障模式分析

车门子系统故障模式众多,通过对历史数据的整理,尽量用简洁的语言、规范化表达故障模式。例如车门无法关闭,车门不能切除。

为了记录和统计的方便,并且防止记录人员对故障的表达记得不清楚,而设计了防差错的故障记录表,无需手写,只需要对照当时所处情况,在表格内打勾,这样既不会出错,也方便省时,便于统计。设计的表如表1。

针对不同级别故障模式的表达,按照预先划分的分析层次,并遵循RCM理论中“本层的故障原因是下一层的故障模式”这一规则,将之前历史数据记录的所有故障模式进行级别的划分,将故障模式落到设备级,而部件级作为故障原因,可以从表1看出。

将整理出的故障模式对应到各个子系统的分功能。如切除功能对应的故障模式是车门无法关闭,车门不能切除。

表1 故障记录表

3.4 车门子系统故障原因分析

故障原因是RCM分析中非常重要的一个环节,只有真正找到引起故障的原因,才能找到薄弱点、关键点,进而通过影响分析、后果评价、危害度分析找到关键设备,从而对关键设备进行故障率、故障特征分析,把握规律进而实现维修策略的优选。

3.5 车门子系统故障影响分析

在RCM分析中故障影响分析通常要从3层来考虑:一是对本层的影响,二是对高一层的影响,三是最终影响。对应到车门子系统,对本层的影响是对该设备本身及其同一层其他设备的影响;对上一层的影响是指对车门子系统的影响,即对车门的功能实现有何影响,如开门功能能否实现,是否能紧急解锁等;最终影响是对运营的影响,是清客、救援还是下线等(表2)。

表2 故障影响分析表

3.6 车门子系统故障后果分析

故障后果分析主要考虑故障模式是显性故障还是隐性故障。

隐性故障是指如果由该故障模式本身所引起的设备或系统功能的丧失对操作者来说是不明显的,那么该故障就是隐性故障。其类别主要包括:(1)与保护装置相关联的隐性故障;(2)现有维修技术或检测手段无法识别的隐性故障。

显性故障是指若故障模式本身所引起的设备或系统功能的丧失对维修操作者来说是显而易见的,那么该故障就属于显性故障。其类型包括:(1)造成安全或环境危害的故障;(2)影响电客车运营的故障;(3)不影响运营而只耗费直接维修费用的故障。

3.7 车门系统故障危害度分析

危害度分析的目的是按照风险优先数的排序找出危害度最大的故障模式或故障原因,也即找到关键设备的过程。需要考虑故障发生的频次、检测难易程度和故障等级。

除故障发生频次是根据历史故障数据的筛选和整理准确计算出来外,检测难易程度和故障等级都是由对车门最熟悉的工程师组成的专家系统决策得出。

3.8 应用FMECA合理确定检修内容(图3)

依据逻辑决断图、灰色局势决策法相结合的优化分析方法确定设备维修策略和维修周期(图4)。

图3 故障模式影响及危害性分析

图4 逻辑决断图

维修策略按照大类来分,主要分为预防修和事后修,其中预防修包括传统计划预防修、计划修修程变更和状态修;事后修包括硬件改型或软件设计和故障后维修两类。

3.9 应用可拓优度法进行维修效果评估

对于车门系统 RCM分析成果产生的维修策略及维修内容,在常规PDCA闭环反馈控制评价维修效果基础上,创新性地应用可拓优度法建立维修效果评估模型,对实施效果进行定量的评价(图5)。

图5 维修效果评估框图

3.10 设备故障管理优化软件的开发与应用

为实现客室车门故障的自主化管理,辅助RCM分析决策,在推行客室车门系统RCM 分析过程中,自主开发了RCM设备故障管理优化软件。该软件应用常规Visual Basic程序开发工具,以ACCESS 2003作为数据库开发后台,结合Matlab7.1强大的数据处理软件作为支撑,涵盖RCM项目分析的主要功能,可以提高设备故障处理和维修决策分析的可操作性,降低管理者工作的复杂性,保障分析结果的可靠性。界面示例如图6。

图6 故障管理优化图像界面示例

4 成果应用

根据客室门系统的RCM分析结果,优化了客室门维修的检修规程、检修周期、工作流程和检修工艺,深入落实关注功能实现、关注故障后果的 RCM实施。从2008年开始将研究成果成功应用到实际维修过程中,到目前为止客室车门系统运行稳定。

5 经济、社会效益分析

(1)应用RCM分析成果,优化了车门系统维修作业内容、检修周期后,在保证系统可靠性的前提下大大减小了维修工作量,车门检修时间由原来的3天缩短为1天。

(2)检修时间缩短,增加了运能,产生的经济效益每年约160万元(按每列车每年多运营2天,每天载客2万人,每人2元计算:2元×20列车×2天×20 000人=160万元)。

(3)节约检修成本约10万元(每列车每年可节约16人、2天的工时,按20元的工时单价计算:20元/h×2天×8 h×16人×20列车=102 400元)。

合计产生经济收益约170万元/年。

6 结束语

我们先选择地铁车辆8大系统中的车门系统作为研究对象,以车门系统 RCM分析作为样板,充分验证将RCM分析方法导入电客车维修体系的可行性,证明RCM分析方法是科学有效的,现正不断总结经验,今后逐步在地铁车辆其他子系统及地铁其他专业系统进行推广应用。