基于RCM的大功率机车质量分析系统研究

2013-08-01莫易敏肖腾飞李耀军秦诗凡

武汉理工大学学报（信息与管理工程版） 2013年1期

关键词：关键部件机务段大功率

莫易敏，肖腾飞，黄丰，李耀军，王丁，秦诗凡

(武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉 430070)

随着中国经济的增长，铁路货运需求也随之增加，从2006年起，在全国铁路有3 600台现代化和谐型大功率机车陆续投入运营，不久的将来，投入运营的机车将达到一万台。如何对这些机车实行有效的管理、检修，保障机车安全、可靠运行显得越来越重要。

传统的检修方式已不能适应和谐型大功率机车运用安全的要求[1－2]。传统检修方式存在的问题有:

(1)检修时间过长。目前国内大功率机车维修频繁、修时过长，降低了机车车辆的利用率，增加了维修费用，加大了投资建设。

(2)维修理论基础薄弱，缺乏系统的研究和培训。实践中经常出现基本概念混乱，导致错误维修的现象。

(3)对原始故障信息的采集不够及时、准确、完整，从而造成投入应用的信息系统运行质量不高。

(4)大功率机车可靠性分析采用人工手动分析，导致工作量加大，人工成本增高，效率低下。

笔者针对某机务段实际需求，采用以可靠性为中心的维修(reliability centered maintenance，RCM)理念，并将其用于和谐型大功率机车质量分析系统。该系统旨在:使用 RCM 维修理念[3－4]，建立起与故障分析和故障预防相结合的系统，缩减机务段管理成本，提高生产效率;对和谐型大功率机车以及机车关键部件故障进行预防，提升运用安全，缩短检修时间，为机务段维修模式的转变提供技术支持。

1 维修核心业务流分析

机车质量分析是和谐型机车运用维修段出入段管理必不可少的部分，其维修的核心业务流程包括:大功率机车以及机车故障大部件检测、检测数据分析、RCM分析、维修辅助决策分析、维修计划编制、维修生产调度和维修生产作业等关键环节，如图1所示。

图1 大功率机车质量分析系统维修业务流程

在充分考虑大功率机车以及各机车模块特点的基础上，经过故障后果分析，从可靠性因素、管理性因素、经济性因素、检测性因素和维修性因素等方面来确定机车维修重要度评价因素，最后利用加权统计方法计算出机车重要度分值。根据和谐型大功率机车的构造，将和谐型机车分为73个大部件模块。对已坏机车的故障部件进行统计分析，从机车重要度分值、可靠性因素、维修性因素、故障检测难易程度和故障后果等方面来确定和谐型机车大部件维修重要评价因素，利用数学工具分析出大部件重要度分值，通过对大部件重要度分值进行研究分析，确定关键部件。

采集这些关键部件各项目的检测、使用数据进行分析，对关键部件故障周期性检测即可实现这一功能。对机车在整个运用过程中的状态进行各种状态分析和变化趋势分析;再将机车状态分析数据与历史数据进行对比分析，通过建立机车运行线路、使用年限、修程等运用状态变化规律的数学模型和预测模型，以及维修历史数据库，结合可靠性维修的统计方法和决策流程，使机务段管理部门科学合理地编制维修计划成为了可能。机务段检修部门根据维修计划对维修生产调度配置维修资源、安排维修生产作业、执行维修计划和反馈维修生产数据;机务段整备部门对维修结果进行验收及评价，最终机车交付运行。

2 可靠性维修的实现

1999年国际汽车工程师协会(SAE)颁布的实施RCM的准则，即《以可靠性为中心的维修过程的评审准则》(SAEJA1011)指出:在实施RCM准则的过程中，为确保其顺利执行，应保证在执行过程中按顺序经过7个步骤。实施RCM的7步作业法如图2所示。

图2 实施RCM的7步作业法

围绕图2中所述的7个步骤，在采用RCM优化分析和谐型机车维修方式时，基本的业务分析流程可按图1来实施。由图2可知，这个过程是一个反复迭代且层层递进的过程，前一步是后一步得以实施的前提和向导，7个步骤是密不可分的，构成了可靠性分析的整体框架[5－7]。因此，第1步选择关键设备，是RCM检修模式优化方案得以开展的基础。根据多年和谐型机车运用维修积累的经验以及某机务段为和谐型机车量身定制的日整备分析、大部件故障模块寿命分析、关键部件周期性检测分析和单台机车可靠性分析，结合机车部件故障频率、故障原因以及故障产生后果，可以确定初步的关键设备，这样RCM分析得以实施。

3 大功率机车质量分析的设计及实现

3.1 总体设计

根据铁道部相关规定，铁路机务段的检修作业主要以对和谐型机车进行性能和安全性检查为主。机车的检修模式也从“尽量多做计划预防性维修”模式向只做“必要的可靠性维修”模式转变。在可靠性维修理念的指导下，结合工程实际以及机务段生产作业状况，进行了针对和谐型大功率机车质量分析的研究。和谐型大功率机车质量分析主要由4项分析子模块构成，因而在某机务段的应用中又称之为4项分析，即:机车日整备分析，大部件故障模块寿命分析，关键部件周期性检测分析和单台机车可靠性分析。

系统的设计则是基于铁路某机务段4项分析，借助可靠性维修基础理论建立起来的，其组成框图如图3所示。利用该系统，可以建立机车维修保障信息数据库，完成机车维修保障相关信息的集成与描述;借助系统的RCM分析功能，完成维修任务需求分析和维修类型、级别的划分;利用该系统的导出报表功能，可自动生成维修保障等技术资料。

3.2 大功率机车质量分析实现

和谐型大功率机车质量分析系统的实现分为日整备分析、单台机车故障分析、机车大部件故障分析和关键部件周期性检测分析4个环节。

机车日整备分析模块通过对大功率机车运用、机破、临修、碎修和未修活件的统计分析，实时掌握机车的动态信息，帮助检修人员找出故障发生的原因，制定技术措施，及时消除故障隐患，保证机车质量良好，减少因机车故障对铁路运输产生的干扰，提升机车在高速重载下的安全保障能力。根据分析结果和实际情况，可有效调整检修整备质量卡控重点和卡控措施。必要时进行重点卡控，组织技术管理人员进行现场质量把关，保证检修质量，采用 C#和 SQL Server数据库[8－10]开发的界面如图4所示。

图3 和谐型大功率机车质量分析系统整体组成框图

图4 机车日整备分析模块界面图

单台机车故障分析模块，又称为单台机车可靠性分析模块，即对每日机车各模块的故障信息收集统计，按机车型号和机车号把归属各台机车的故障信息分类，统计故障频数、故障走势图和机车每走行一万公里的故障频率，分析单台机车的可靠性，从而对每台机车进行质量评估分析，并将分析结果导出到Excel报表中，如图5所示。

图5 单台机车可靠性分析模块界面图

大部件故障分析模块根据机车整备日志和机车检修日志对大功率机车73个故障大部件进行分类统计，根据部件故障的发生频率和机车配件的原始数据进行对比分析，评估部件的安全性和风险等级，对机务段日常生产作业的大功率机车所有故障情况、故障发生部位进行统计汇总，得出单个部件故障件数，绘制出故障频率走势图，列出故障部件活件明细，掌握部件的故障频率随工作时间的变化关系趋势，根据数学统计的方法找出部件的故障频率及使用寿命周期，为部件故障成因分析和解决措施提供数据支持和验证，从而逐步提高机车整体质量可靠性，其界面如图6所示。

图6 大部件故障分析模块界面图

关键部件周期性检测分析模块，即8项周期性检测分析模块，是对齿轮箱润滑油化验、轮缘厚度、轮盘厚度、轮径厚度、受电弓滑条厚度、蓄电池容量、列车管试压和探伤检查的周期性检测结果进行分析，并根据检测数据推测关键部件的工作寿命周期。在表示层中，从数据库读出相应的共享数据，在界面上以直观的图形形式显示给管理者，管理者再将分析的结果反馈到界面中，从而实现了对大功率机车关键部件的维护保养和故障预防，如图7所示。