基于RCM的25Hz轨道电路维修策略研究

梁哲华 中国铁路上海局集团有限公司杭州电务段

RCM是基于功能和故障、后果与严重程度因素进行的可靠性状况分析后实施的维修模式，是一种维修的理念和维修的策略，其应用的逻辑判断方法是既要保证设备的安全运营，同时又要以最小的维修资源消耗作投入。轨道电路是实现铁路信号自动控制的基础设备，而其中25 Hz轨道电路在铁路范围的应用非常广泛，而轨道变压器是25 Hz轨道电路系统中至关重要的功能结构，因此本文举例25 Hz轨道电路系统中变压器发生故障时研究维修策略的选择及运用，以帮助电务现场分析维修策略的选择及优化。

1 维修策略概况

综合现行铁路各种维修策略的适用条件、适用范围的基础上，提出三类维修策略的分类：（1）复原性维修，主要指故障维修方式。（2）主动性维修，主要包含定期轮修及视情维修。（3）改善性维修，主要包括设备重新设计改造及技术方案改进。

2 制定维修策略

维修策略的制定需要对系统的故障影响及危害性进行梳理，采用逻辑综合决断法和模糊矩阵法相结合，去对轨道电路故障进行去定性和定量的分析，最后选择最合理的维修策略。

2.1 逻辑综合决断法

逻辑综合决断法以RCM思想为理论基础，把设备分类后,根据决策目标的要求，就设备性能指标提出一系列逻辑问题，根据答案决定建议实施的维修方式。逻辑综合决断法主要是一种定性分析方法，结合实际及维修流程判定逻辑制定流程图1。

图1 维修策略逻辑判断流程图

2.2 模糊综合评判法

模糊综合评判法指的是认为设备特征参数与维修方式之间存在着模糊关系：B=A•R（其中B为维修方式的模糊集合，A为设备特征参数模糊集合，R为识别矩阵，•为模糊算子）。模糊综合评定法克服了逻辑综合决断法只能定性进行维修决策的缺点,能定量地进行维修决策，能够反映问题的本质。

2.2.1 性能评价指标

主要从安全性、可靠性、维修性、经济性和可检测性这几个方面进行性能评价。

2.2.2 评价指标的量化

经过分析本文列出了25 Hz轨道电路维修策略的性能评价指标，对这些指标需要引入模糊数来量化，将上面权重比例放在[0,1]区间上，指标重要程度越高，它相应模糊数越接近于1，重要程度越低，则越接近于0。经过研究各子评价指标优先级，将子评价指标的量化见表1。

表1 维修方式评价指标及其权重分配表

2.2.3 权重向量的确定

考虑到各个总评价指标对不同维修方式来说意义、重要程度不同，确定一个具体值也没有意义，因此这一级按照逻辑判断流程进行决策。

2.2.4 模糊判断矩阵法分析

通过数学模型得到维修方式的集合子评价指标的评价集，首先要确认对应的权重向量分配Ai={ai1,ai2,……ain},子评价值可以由表1权重比例得到。

其次通过将风险评价集合划分为5档风险程度分类，将V风险集合与S评价指标结合得到R评价矩阵，R是可以描述轨道设备维修对象的功能结构指标的评价矩阵；

其中上文分析出有五项总评价指标，依次将其标注为S1,S2,S3,S4,S5,将总评价指标的元素集合定义为：S={S1,S2,S3,S4,S5},推导出具体子评价指标设定为Si={Si1,Si2,……Sin},n表示相应的子评价指标个数。

风险评价集合是用来评价故障影响程度，本文将影响程度分为五级，设定风险评价集合为：V={V1,V2,V3,V4,V5},风险评价指标则为Vi={Vi1,Vi2,Vi3,Vi4,Vi5}。

然后将风险评价集合划分为均匀的5档不同程度的风险等级分类，将V风险集合与S评价指标结合得到R评价矩阵，R评价矩阵是可以描述25 Hz轨道电路设备维修功能结构指标的评价矩阵：

综上所述，得到25 Hz轨道电路维修方式数学模型的集合子评价指标的评价集为：

公式（1）

2.3 确定25 Hz轨道电路系统结构的维修策略

通过分析风险等级分布和评价指标优先级的量化得到轨道变压器故障维修策略的评价权重表如表2所示：

表2 轨道变压器维修策略的评价权重表

根据25 Hz轨道电路运用现状，通过分析可以得到子评价集合的判定矩阵，注意的是特定的风险项进行评估，确认有发生概率但在选取的故障数据中并未出现的，为客观分析取0.1作为低概率事件。25 Hz轨道变压器的判定矩阵如表3所示。

表3 25 Hz轨道变压器的判定矩阵

用公式（1）运算，可以得到各自评价的评价集。分别为：

通过运算此处得到了维修对象轨道变压器的子评价指标的评价集Bi后，就满足进行维修策略的决断条件了。将得到的维修指标最大值和最小值的平均数作为逻辑判断的阈值，得到为0.23。见流程判定图1中第一个流程判断中取b1max、b2max中的最大值来判断，是因为安全性和可靠性是生产中最为重要的两个指标，往往对生产具有严重影响，因此只要有其中有一个评价指标超过阈值，那么设备或系统就不能采用事后维修方式。

综上得到：b1max=0.24；b2max=0.26；b3max=0.24；b4max=0.28；b5max=0.36；结合图1逻辑判断图定性和定量两个角度来选择维修策略，判定流程逻辑如下：

（1）max(b1maxb2max)大于0.23判断巡检能发现且不影响系统运行；

（2）max(b1maxb3max)大于0.23判断故障对列车运行影响比较大；

（3）b5max大于0.23判断故障诊断能被监测监控；

（4）通过分析变压器故障模式来判断故障发生是否存在一定周期性规律，对变压器故障主要有以下几种情况：变压器配线破皮造成开路或短路；变压器变压波动；轨道电压变压失效等，取两个自然年轨道电路变压器故障事件进行分析，没有发现变压器存在周期性故障现象，故障发生较多呈现不定期且随机的现象。继续拉长取样时间也无法证明存在周期性规律，因此判断轨道电路变压器的故障模式不存在周期性规律。

根据逻辑判定流程图，25 Hz轨道电路中轨道变压器子系统的维修方式应该选择运行状态监测。

对维修策略进行验证，实际分析轨道变压器发生的故障类型，取两个自然年36项轨道变压器故障中33项发现可以能够被微机监测所检测，即为有预兆的故障，存在电压电流曲线波动等反馈。剩下的3项都是即时故障，为不可预兆突发性的故障，并且其中一项为其他部件故障后损坏导致的连锁故障。占比达到91.7%认为策略符合维修实际。

3 维修策略的优化

对得到的决策模型进行反向验证，较为符合实际的维修策略。从各方面也能满足这一项维修方法的实现。但仍需要考虑的是，在不同的功能结构需要选择不同的阈值，维修部门应该在实践中研究并加以调整，去逐步得到较为完善正确的决策结果。

维修模式和系统功能并不是一成不变的，时代变化很快，因此对得到的决策结论加以优化是必不可少的一部分。在上文故障分析流程中，本文已经考虑过日常巡检的可行性，但因为在轨道变压器故障方面阈值的设定，本文选择了状态监测。结合现场实际，在日常巡检中可以发现部分故障隐患，如螺丝松动导致的电压波动，变压器受潮或进灰导致的电缆配线绝缘下降等；那么日常巡检必然是有助于故障的防范，这里认为安全角度上需要加上日常巡检作业作为辅助预防性维修方法。