以可靠性为中心的维修在地铁车辆转向架系统中的应用

李 争 徐 叙

以可靠性为中心的维修在地铁车辆转向架系统中的应用

李 争 徐 叙

(无锡地铁运营分公司车辆部江苏无锡214171)

介绍以可靠性为中心的维修(RCM)的分析思路及方法，并以无锡地铁2号线地铁车辆转向架系统为例进行RCM分析，根据各模块的功能进行子系统划分，通过选取故障模块的样本进行筛选、分析，根据RCM理论，对转向架系统进行量化的分析研究，将各模块的故障模式标准化。针对故障模式进行原因分析，制定解决措施，划分故障等级，并对故障最终影响进行评估。在此基础上提出转向架系统的维修优化策略，并对维修策略结果进行验证，为转向架系统维修提供决策参考。

轨道交通;地铁车辆;可靠性;维修;转向架系统

以可靠性为中心的维修(reliability centered maintenance，RCM)定义为:按照以最少的维修资源消耗保持装备固有可靠性和安全性的原则，应用逻辑决断方法，确定装备预防性维修要求的过程。

RCM是目前国际上通用的用以确定资产预防性维修需求及优化维修制度的一种系统工程方法。RCM被称为以可靠性为中心的维修，这是因为人们认识到，维修所能做的仅仅是确保设备达到其固有性能或固有可靠性的状态。RCM在被应用于飞机及其他航空设备维护上之后，又被用于军用系统的保障当中［1］。

目前在轨道交通地铁车辆维修保养工作中，RCM的应用还很欠缺。地铁车辆在控制系统上大量使用高科技、微电子设备，具有运行速度高，设备精密复杂，机辆合一等特点。随着功能、结构的复杂化和大量自动化设备的采用，对地铁车辆设备的可靠性、可维修性、可用性等方面提出了更高的要求。因此，如果能在地铁车辆的维修过程中，从RCM的角度出发，以故障统计为基础，以故障模式分析作为决策支持，综合故障后果和故障模式的有关信息，将定性和定量的分析方法相结合，合理地确定地铁车辆的维修需求，优化目前使用的地铁车辆维修方式，提高维修的效率［2］。

故障模式影响及危害度分析(failure mode effect and criticality analysis，FMECA)是一种常用的系统可靠性分析方法，已普遍应用于众多领域的产品设计和维修保养决策［3］。FMECA主要分析系统中每一部件所有可能产生的故障模式及其对系统可能造成的所有影响，并按每一个故障模式的故障等级及其发生概率或危害度进行分类和综合评估。FMECA可以确定产品中的关键部件及关键故障模式，为产品的维修保养和新产品的研制提供依据。

1 RCM的基本原理及分析思路

应用RCM技术可以更合理地制订设备预防性维修大纲，确定需要进行预防性维修的产品或项目、实施维修工作的类型或方式、时机和维修级别等。

RCM的分析思路为:首先对设备功能、功能故障、故障模式进行分析，在此基础上对故障影响和故障后果进行评价、分析，并以安全、运行经济性和维修费用的综合目标制订维修策略。因此，RCM是一种以可靠性为中心，综合了故障后果和故障模式的有关信息，以运行经济性为出发点的维修管理模式［4］。

以无锡地铁2号线地铁车辆转向架系统为例，首先制订故障模式进度推进计划表，根据各模块的功能进行子系统划分，然后选取故障模块的样本进行筛选、统计、分析，对转向架系统进行FMECA分析，将各模块的故障模式标准化，针对每一个故障模式进行原因分析以及故障最终影响评估，制订解决措施，划分故障等级。

2 地铁车辆转向架系统RCM分析

2.1 系统、部件分解和分级

为了便于后期的故障标准化，无锡地铁2号线地铁车辆转向架系统参考图纸及维护手册，将转向架分为三级，一级、二级作为转向架子系统，转向架子系统主要有构架及轮对轴箱、一系悬挂、二系悬挂、牵引传动、天线信标、轮缘润滑等装置，而三级作为基本组成部件，详见表1［5］。

表1 系统分解、部件分类

2.2 选取样本，数据统计、分析

选取样本，截取无锡地铁2号线地铁车辆自运营以来，来自故障表中从2014—08至2015—03的转向架典型故障，去除误报、错报及描述不清，共计126条作为样本。根据选取的样本，按日期对故障进行了分类［6］，故障分布见图1，根据选取的样本，按三级(故障部件)对故障进行了分类，详见表2。

图1 故障按月分布

表2 故障按部件分布

2.3 RCM故障等级划分

根据GJB 1391严酷度类别定义以及公司下发的设备故障等级划分定义，将故障等级分为四类，结合转向架系统自身情况，依据造成的影响和后果的大小对故障进行划分，分类见表3。

表3 故障等级划分

2.4 RCM故障模式标准化及FMECA分析

通过统计、分析，从图2中可以看出，三级部件中齿轮箱、油压减振器、踏面为排名前三的高频次故障，且占总故障的比例高达52.38%，故此三类部件既是高频次故障又是主要故障，应作为重点分析。

图2 部件故障百分比

通过转向架故障样本分析，根据RCM理论中最常用的FMECA方法，对无锡地铁2号线地铁车辆转向架系统进行量化的分析研究。

2.4.1 RCM故障模式标准化

根据对转向架系统、部件的分解和分级，确定故障位置，然后根据数据统计分析选取的样本对转向架系统进行故障模式标准化，根据故障模式判定发生的故障原因，提出故障的解决措施，并对具体故障进行详细的等级划分［7］。

根据大量数据建立的故障标准模式，维修人员在日常检修过程中既可作为维护标准使用，也可作为故障操作指南，很有实际意义。表4重点分析了排名前三位的高频次故障和主要故障。

表4 故障模式标准化

续表

续表

2.4.2 转向架系统FMECA分析

建立转向架系统RCM故障标准模式后，通过样本中选取的高频次故障和重点故障进行FMECA分析，通过分析确定高频次故障和重点故障中最核心的影响要素(见表5)。

部件故障模式危害度Cm，i用来评价单一故障模式的危害性，产品第i个故障模式危害度的计算公式［8］，有

式中，λ为产品的故障率;α为故障模式频数比，表示产品的某一故障占其全部故障模式的百分比;β为故障模式影响概率;t为产品的工作时间。

产品危害度Cc用来评价产品的危害性，计算公式［8］，有

式中，n为产品故障模式的个数。

表5 故障模式FMECA分析

部件故障率采用平均故障率的计算方法，其计算公式［9］，有

式中，λ为部件故障率，N为某一部件在规定时间内的故障总次数，t为某一部件在规定时间内的工作时间。

故障影响概率β是指系统某故障模式发生时，导致确定故障等级的最终影响的条件概率。分析人员不但要分析出这些最终影响，还应进一步指明该故障模式引起的每一种故障影响的百分比，此百分比即为β，某一故障模式可能产生多种最终影响，多种最终影响的β值之和应为1［10］。

3 维修策略优化

通过对无锡地铁2号线地铁车辆转向架系统的RCM及FMECA分析，发现油压减振器渗油Cm为1.52、齿轮箱视液镜裂纹Cm为0.757，为最核心的影响要素，故障危害度最大，原有的维修策略中未对油压减振器渗油、齿轮箱视液镜裂纹有明确要求，故需结合地铁车辆转向架系统的实际故障发生情况，对原有的维修方式和检查周期进行针对性调整，形成新的维修修程，对原有维修修程进行优化，减低故障模式危害度。调整相应的维修方式和检修周期主要对比如表6所示［11］。

表6 维修策略优化分析

4 维修策略验证

通过对优化后的维修策略进行跟踪，产生的实际效益为:Cm最高的两个故障(油压减振器渗油、齿轮箱视液镜裂纹故障)近期有明显的下降趋势，初步估判Cm下降，部件可靠性提高，效益主要体现在:

1)新维修策略对原有维修方式进行了优化，新维修策略增加了油压减振器、齿轮箱等部件的检查周期，通过检查，对故障发生进行了预防，减少了故障率;

2)新维修策略增加的相关检查内容，提高了列车的安全性及可靠性，同时延长了部件的使用寿命，缩短了列车停库时间，提高了列车可用度。

5 结论

通过上面的实例应用和分析，可以看出RCM对于优化维修策略、提升维修管理水平，提高维修效率，降低维修成本等方面具有明显的优势。同时，对于及时发现主要故障、高频次问题，并解决主要故障和重要故障都有着很好的实际意义和效果。

本文基于RCM分析对无锡地铁2号线地铁车辆转向架系统的维修策略进行了初步研究，该分析方法、分析过程同样适用于地铁车辆其他系统及部件维修保养的研究。相信在不久的将来，随着RCM的分析思路及方法在地铁车辆其他系统的展开研究，地铁车辆的维修保养水平会逐步得到提高。

［1］贾希胜，程中华.以可靠性为中心的维修(RMC)发展动态［J］.军械工程学院学报，2002，14(3):29-32.

［2］严俊，周峰，许秀锋.以可靠性为中心的维修在地铁车辆制动系统中的应用［J］.城市公用事业，2008，22(4):30-33.

［3］潘忆宁，夏军，邢宗义，等.地铁车辆车门系统的FMECA分析研究［J］.轨道交通装备与技术，2013(5):16-19.

［4］何钟武.浅谈国内外RCM技术的应用与研究［J］.航空与标准化质量，2006(3):38-40.

［5］孙超.基于可靠性分析的轨道交通车辆转向架维修周期研究［D］.南京:南京理工大学，2014.

［6］贺国芳，许海宝.可靠性数据的收集与分析［M］.北京:国防工业出版社，1995.

［7］沈忠红.广州地铁车辆故障诊断系统［J］.机车电传动，2000(4):28-30.

［8］冯飞龚，张深逢，周勇.以可靠性为中心的维修决策研究［J］.华北水利水电大学学报:自然科学版，2014(4):79-84.

［9］MARTA S，CHIARA S，PAOLA L.Applying failure mode effects and criticality analysis in radio therapy:Lessons learned and perspectives of enhancement［J］.Radiotherapy and Oncology，2014(94):367-374.

［10］申桂香，李怀洋，张英芝，等.数控车床刀架系统故障分析［J］.机床与液压，2011(19):126-129.

［11］程祖国，王居宽，陈鞍龙.城市轨道交通车辆部件故障与均衡修修程周期［J］.城市轨道交通研究，2006(1):46-49.

(编辑:郝京红)

Application of Reliability Centered Maintenance (RCM)in Bogie System of Metro Vehicles

Li Zheng Xu Xu
(Vehicle Department，WuxiMetro Operation Branch Company，Wuxi，Jiangsu 214171)

Ideas andmethods of the Reliability Centered Maintenance(RCM)analysis were introduced in this paper,andmetro vehicle bogie system ofWuxiMetro Line 2 was examined as an example.Subsystem was divided based on the function of each module.Faultmodule sampleswere selected for being screened and analyzed.According to the theory of RCM,a quantitative analysis research was done on bogie system.We standardized fault pattern of each module,analyzed the causes of the failure mode,formulated solutions,divided the levels of the fault and assessed the ultimate influence of the fault.On the basis of this, themaintenance optimization strategy of the bogie system was put forward,and the results of themaintenance strategy were verified,which will provide references for bogie system maintenance.

urban rail transit;metro vehicle;reliability;maintenance;bogie system

U231

A

1672-6073(2016)02-0113-05

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.02.026

2016-02-22

2016-03-10

李争，男，本科，工程师，从事轨道交通车辆检修与技术研究，13655168744@163.com