地铁列车系统修维修策略*

2018-09-27程祖国朱士友苏钊颐李兆新赵润生

城市轨道交通研究 2018年9期

程祖国朱士友苏钊颐李兆新赵润生

(1.同济大学铁道与城市轨道交通研究院,201804，上海；2.广州地铁集团有限公司运营事业总部,510030，广州//第一作者，高级工程师)

地铁列车的维护维修间隔期应随列车实际状态动态变化，使维修既不欠量而导致故障呈现，又不过量而浪费列车维护资源。为了最大量地投运列车，充分发挥国有资产的动能，许多地铁运营企业想方设法减少列车的维护维修停库时间，合理切割作业深度，大胆探索新维修策略。其中，广州地铁集团有限公司首创了地铁列车系统修维修策略。

1 系统修维修策略

1.1 系统修维修策略定义

系统修以支撑地铁运营的装备群的列车为核心对象，在可靠性理论指导下，采用信息实时采集、安全传输及应用解析等新技术，监测、检测列车状态群的评估及统计结果，构建列车全服役期阶段服役性能约束指标，优化并动态重组列车维修手册及维修建议书方案，充分利用列车全服役期的窗口时间，科学地对列车及列车最小可更换单元进行综合维护维修，以保障列车服役性能约束指标的实现。列车各最小可更换单元的维护维修规则、工艺等可作为系统修的维护维修规程。维护维修规程集则构成列车系统修维修策略。

1.2 系统修维修策略要素

系统修维修策略维度由10要素构成。

(1) 维修对象：以列车为核心对象。列车运行需耦合的城市轨道交通其它装备亦在考虑范围内。

(2) 维修深度：维修深度可达列车全系统各微单元(在线可更换单元)。维护维修列车一般可分解成车型、车辆系统、系统部件及部件在线可更换单元等四级拓扑结构。若在线可更换单元(如电控板卡类)在车间进一步维修，则拓扑结构深达五级，覆盖了各最小单元。

(3) 维修指导理论：系统修以可靠性理论为指导。理论依据包括列车维修手册及维修建议书等。列车的许多在线可更换单元的故障分布规律及寿命特征在交付用户前没有严谨准确的描述，列车运行是可靠性识别试验的延展。在可靠性理论指导下统计识别列车各级构成的故障特征，支撑维修周期走向精准。

(4) 维修技术：即科学手段。系统修的维修方法、维修工具、维修工艺等维修技术会随着相应工程技术的进步不断更新。随着维修技术的进步，微单元维修因对维修工装及维修环境等要求较高，可到线外实施。

(5) 维修间隔期：维修间隔期根据对列车群各级构成的寿命分布规律、检修、故障修等信息经统计分析、优化形成，是动态的。维修间隔期相对稳定的微单元固定在每年的某个月份实施维修，被整合为“固定包”；维修间隔期不稳定的微单元，被整合、离散成“可变包”。有些微单元的维修周期不是1 a，则该微单元的维修今年在某组，明年会在另一组，或过几年才需维修一次，也被视为“可变包”。故障修也被视为“可变包”。“可变包”与周期离散值相同或略小的“固定包”一起实施。周期离散值略小指允许适度提前维修，以避免欠修，减少因维修不及时而出现故障。无论微单元的故障特征怎样，应都能得到及时维修。

(6) 维修评价度量：维修评价以列车服役性能约束指标来度量。列车服役性能约束指标族主要指维修后故障率及维修工时数等维修质量技术评估维度。列车服役履历记录系统详细记录维修作业情况。如维修后故障率明显偏离该件固有故障特性，则表明此次维修质量欠佳。维修工时数表征了维修总量。企业管理者结合系统修实施前的经验，根据能接受的运营故障综合成本(包括社会成本)，定期调整下阶段允许的维修工时总数，从而促进维修水平的不断提升。

(7) 维修作业触发：维修触发源自列车状态检测、列车群系统状态评估结果及经验值。故障也可触发维修作业。所触发的维修作业含预防性维护维修和故障修。

(8) 维修作业时长：维修应充分利用窗口期。受列车数量、季节及社会活动等因素的影响，每天的地铁运营窗口大小不一，故维修作业需依靠先进的调度技术支撑。若“可变包”、“固定包”作业累计时长超过当下窗口大小，则由调度依据技术管理条例进行协调。

(9) 维修作业地点：在列车窗口期停车所(停车场或大修厂)作业。这预示着原计划修修程中的架修、大修作业场所将与列车窗口期停车所统一使用。

(10) 维修策略有效期：维修策略有效期覆盖列车全服役期，即从列车全服役期考虑列车各微单元的维护维修。原架修、大修的众作业对象不必再集中在一起，而是被“可变包”及“固定包”分化。维修策略还可指导新车采购。从这层意义上讲，维修策略覆盖了列车的全生命周期。

系统修维修策略内涵丰富，其维度多达10阶，可用于各种类型列车。借助信息采集及传导技术，系统修维修策略可覆盖列车拓扑结构全部级别。

2 系统修维修策略与现行其它维修策略比较

系统修维修策略的核心是对设施设备进行维护维修，使其符合使用需求。

2.1 地铁列车现行维修策略

国内地铁开通早期，列车维修策略主要借鉴传统干线铁路方式。地铁的运行方式及载荷特征与干线铁路有较大差异，地铁列车的故障模式、损耗方式、损伤部位、损坏程度及损毁率等也同干线铁路动车组及高速列车不尽相同。为此，上海市科学技术委员会早在2004年就启动了地铁列车均衡修维修策略研究。随后，又有一些地铁运营企业提出了不同于传统干线铁路的列车维修策略，如全效修策略、精益(维)修策略、系统修维修策略(其维修作业触发量有列车运营日历时间及列车运行里程之别)等。为使列车，以及车辆各单元及部件能在最合理的时间内得到相应修程的维修，各维修策略在具体实施时又会发生变化。

常见的维修策略核心内容如下：

(1) 均衡修：把车辆的原周检、月检和扣车定修规程统筹整合、分解。分解后的维修作业量符合列车窗口时间。分解时，依据可靠性理论，结合零部件的故障间隔时间特点，从而确定修程周期。分解后的作业集合相对稳定，变动量小。

(2) 全效修：列车的年度维护总量不变，将原计划修的作业内容(如双周检，三月检，定修等) 按月度均分，充分利用车辆运营高峰回库的窗口时间完成维修作业。均分时还以价值工程理论为指导，利用AHP(层次分析法)从人、机、物、法、环等功能层面构建基于价值工程的评估体系与模型，使全效修在实施过程中的功能回复与成本投入匹配度良好。

(3) 精益(维)修：精益(维)修强调精益思想——突出维修人员在维修活动中的主导作用，并将其定位为维修企业最具价值的资产。在地铁列车均衡修策略的基础上，增加企业管理要素(如物流、生产、维修人员和维修过程等)，发现和消除维修过程中的各种“浪费”，从而创造更多的维修“价值”。

可见均衡修、全效修、精益(维)修及系统修等策略仍以预防修为核心，强调利用列车运营窗口时段进行维护维修。其中，均衡修、全效修及精益(维)修仍保留架修及大修修程；而在系统修中，架修及大修已被分化。从列车全生命周期的全服役期维修性来看，结合状态、并预测可靠性实态来进行维修的系统修策略是全新的维修策略。

2.2 系统修策略与均衡修策略

系统策略修与均衡修策略有不少相同处：用可靠性理论指导，充分利用运营窗口时段进行维修作业，保留巡检取消定修修程，每月进行特定内容的检修，等等。

系统修策略与均衡修的维修策略的不同之处主要有：系统修维度定义了10个要素，均衡修没有作出如此周全的定义；系统修取消了架修及大修，均衡修仍保留；系统修每年对应月的作业内容会调整，均衡修相对稳定；系统修覆盖全服役期，均衡修仅覆盖1 a。

2.3 系统修策略与全效修策略

系统修策略与全效修维修策略都有完整理论的指导，都充分利用窗口时间，都保留巡检、取消定修。二者不同之处在于：系统修指导理论集中在维修技术与技术经济性层面，全效修还强调了成本管理；系统修取消了架修及大修，全效修仍保留；系统修每年对应月的作业内容会调整、对列车故障特性变化敏捷响应，全效修相对稳定；系统修覆盖全服役期每年不同，全效修则覆盖1 a，周而复始。

2.4 系统修策略与精益(维)修策略

精益修策略脱胎于均衡修策略及全效修策略，突出了精细化管理经营的理念。系统修与精益修的异同点同系统修与均衡修的异同点相似。相对精益修，系统修仅强调了维修技术经济性，缺乏全面经营理念族维度。

2.5 系统修策略相对各维修策略的综合特色

结合城市轨道交通设施设备维修支撑理论的研究比较，地铁列车系统修策略是具有特色的全新维修策略，具有以下特点：

(1) 系统修利用国家863项目最新研究成果产业化的先进手段，嵌入式地智能化监测地铁列车状态族信息群，并将之实时传输到分析中心。对列车状态的把握能做到实时快捷。

(2) 系统修具有较完整的前瞻性的维修决策支撑软件平台。系统修能根据分析优化结果，动态组合修程的“可变包”；使维修工作在列车单元 “需要”时进行，避免了定周期维修的周期“一刀切”带来的欠修及过修；要求维修管理者对列车状态的细微变化敏锐发觉并响应。

(3) 系统修弱化了架修及大修概念，能避免列车较长时间的库停，可减少本线列车配车数，在指导新线建设时能降低一次性成本投入。

(4) 系统修覆盖全服役期，能策划微单元的维护维修，全寿命周期成本有望降到最合理程度。

3 系统修维修策略典型维度指标

3.1 维修间隔期

系统修维修策略的可靠性理论分析软件平台提供了多种维修间隔期统计分析方法。维修间隔期根据故障间隔期来确定。如列车车门的系统修维修间隔期，可按线网来统计对比各线的车门故障间隔期，可按车型来统计对比各型车的车门故障间隔期，可按门类型来统计对比各型车门的故障间隔期，还可综合统计分析单门故障间隔期。如目的不同，则分析计算不同。

以按线网综合统计为例，列车某类故障的平均故障间隔时间tMTBF定义为：

(1)

式中：

tijm——第i线第j车第m个分析对象某类故障的故障时刻，无故障时以观察期结束时刻代替；

tijm-1——第i线第j车第m个分析对象某类故障的上次故障时刻，其初始值为观察期开始时刻；

Nijm——观察期第i线第j车第m个分析对象的该类故障数;

Dj——第j车的分析对象总数;

Ti——第i线的列车总数；

Ln——线网中的线路数。

为简化起见，分析中的观察期定为1 a，且仅考虑1条线的1种型号列车。以广州地铁8号线列车为例进行计算，其相关数据来自文献[1]。结合式(1)计算，可得车门故障与贯通道故障的tMTBF,如表1所示。