轨道交通车辆全寿命周期检修需求分析

杨盛宇

中车大连电力牵引研发中心有限公司 辽宁 大连 116000

引言

在愈发激烈的轨道交通车辆市场竞争中，需要考虑用户对车辆检修维护的需求，减少车辆投用后改型成本。随着轨道交通国际化，系统供应商应将全寿命维修成本融入产品设计中。我国轨道交通车辆在产品设计阶段通常聚焦在满足客户提出的技术指标及列车可靠性，如何将检修需求融入全寿命周期管理前期的规划、设计、制造、选型等阶段，是赶超国际检修水平实现领先领跑的重要保证。轨道交通车辆全寿命周期检修要考虑如何将用户对车辆需求或期望转化为检修设计要求，如何确认车辆设计是否符合检修需求等问题。本文基于相关标准研究，给出全寿命周期检修需求设计方法。

1 轨道交通车辆全寿命周期管理研究

随着我国城市化进程推进，城市人口密度不断加大。交通拥挤情况严重影响城市运转，城轨交通以其速度快、环境舒适等特点成为解决交通拥堵问题的最佳方案。城轨交通成为居民出行的首选。随着技术的发展，现有列车管理系统存在信息孤岛等问题，不能满足轨道交通工作需求，制约城轨交通相关技术的发展。轨道交通车辆管理系统具有数据量大等特点，要求规范合理记录保存车辆信息。

轨道交通车辆包含大量重要信息，记录车辆重要零部件购买运用到报废全寿命周期重要数据，规范合理运用轨道交通车辆信息对保证列车安全运营具有重要意义[1]。由于以往管理工作存在计算机技术不成熟等原因，产生信息无法形成闭环等问题，随着轨道交通列车维修评估等技术迅速发展，如何高效管理车辆信息成为急需解决的问题。要加强对轨道交通车辆信息全寿命周期管理，为车辆检修提供基础。国内城轨交通行业专家意识到列车管理中的问题，业内专家采用大数据技术城轨信息化体系解决方案，通过资源地共享方式提高资源利用率。统一建设各信息系统共用云平台，有利于解决信息孤岛问题。

随着城轨交通的快速发展，轨道交通跨城市运营趋势明显，需要连入云平台信息系统增多，原有云平台难以满足需要，建设维护需要不断增加云平台，不利于列车运营公司发展。研究提出基于网络平台的信息采集平台，允许使用支持信息采集平台功能的便携式移动设备，特定条件下可将信息数据上传至管理信息系统。降低人为因素对车辆信息采集产生的不利不影响，但采集信息存在信息异构等问题。本文建立基于全寿命周期的轨道列车维修管理系统，根据车辆维修信息数据量大，信息孤岛等特点，选取适合的系统开发工具，进行列车管理系统对比分析，设计管理系统结构，明确信息录入管理，系统维修管理等模块。根据设计系统结构采用选定开发工具验证。

2 轨道交通列车全寿命周期维修管理系统

列车履历系统是列车零部件的身份证，是城轨交通车辆检修与技术分析的重要依据。列车履历档案记录零部件采购使用维修到报废的全寿命周期使用信息。列车履历管理是城轨交通行业日常管理的重要内容，对管理维修辅助决策具有重要指导作用。有助于了解列车零部件使用维护中的问题，便于维修人员了解列车重要部件安全状况，提升列车使用寿命。

轨道交通列车信息具有多维性，按实体分类分为供应商信息、车型结构信息、零部件信息等；根据列车零部件管理过程分为初始信息、维修信息等。日常管理信息包括零部件存储，测量等信息，维修信息包括零部件维修与更换信息等。存储形式包括图像文本等多种方式。维修信息是列车履历信息的重点。故障维修是列车零部件发生故障采用维修处理方式，维修厂工作人员通过操作系统上报，审核确认后与调度人员制定维修工单，班组长派维修工到现场维修记录信息。城轨交通列车维护维修包括日常与定位维修，定期维修分为大修与定修，日常维修由日周月检修组成。

随着轨道交通相关技术的发展，对车辆履历系统要求更加严格。现有列车履历管理问题成为制约列车行业发展的重要因素。目前列车履历管理系统存在信息孤岛，履历信息利用率较低，各城市系统不统一等问题[2]。地铁列车履历包括车辆重要部件购买使用到检修报废全过程重要数据，列车履历信息内容繁杂，记录列车全寿命信息。传统履历管理方式不合理，不同线路存在信息异构等问题，不利于线路信息整合。信息缺失现象时有发生，不利于履历信息闭环；不能明确故障信息内容，人为因素影响大，导致信息准确率无法保证。需要研究设计实时更新故障字典信息，存储工序保证完整性的多线通用列车履历管理系统。

根据现场调研，系统应具备用户功能，根据用户不同权限对列车履历信息增删。系统功能要求包含基础信息管理，统计分析等重要功能模块，可自动汇总列车故障等履历信息，减少人员消耗，提高履历信息利用率，对列车安全运营具有重要意义[3]。系统非功能性需求涵盖用户界面美观性，高效服务响应，可扩展性等方面。

3 车辆全寿命周期检修需求指标体系

车辆是城轨交通工程中的核心部分，城轨交通车辆采购招标比选往往忽略全寿命周期各阶段发生成本。城轨交通车辆设计寿命普遍为30年。车辆检修中大修会有大量必换件。需要对车辆维修全寿命周期成本分析，保证车辆安全运营下节约维护成本。电客车寿命管理是设备使用中运维管理，具有为保障设备稳定运行维修管理内涵。电客车管理中经历系列部件管理维修记录，对电客车使用经济性与管理成本分析，可以更换先进的电客车系统，使原设备历史数据进行科学管理。

表1 车辆服务可靠性指标体系

检修需求设计目的是将服务可靠性，带故障运行等相关维修需求应用于轨道车辆设计中，维持车辆高可用性，建立车辆检修需求指标体系。轨道交通车辆维修成本是维修花费人工材料费用。车辆服务可靠性影响客户满意度，出库中断率衡量车辆服务可靠性[4]。车辆安全性体现在DMC上。改善车辆维修性水平可以缩短维修人工时。

4 轨道交通车辆检修需求寿命周期设计

建立车辆检修需求设计流程，需定量化分析检修设计需求，包括检预计控制，将检修需求分配至系统部件。车辆交付使用后监控检修需求指标。需搜集竞争车型数据，涉及计划维修成本数据等。

车辆维修可靠性目标值考虑中断费用成本等方面，给出服务可靠性要求。新研制车型可靠度必须高于96.61%时成本具有优势。检修需求指标分配目分解到系统部件级，服务可靠性检修需求指标分配方法较为成熟，按竞争车型成比例分配。

表2 任务中断成本对比结果

DMCi-新=DEC新×DMCi-竞争/DMC竞争,DMC竞争为竞争车型整车DMC值，较低可靠性指标包含复杂性高的子系统、长期工作稀缺等。较高可靠性指标主要包含核心系统及部件；可靠性指标已明确的产品可不参与可靠性指标的单独分配。

维修任务预计是基础，检修需求从部件向整体级汇总，针对不符合分配要求顶点给出设计更改措施[5]。DMC维修任务预计计算公式为DMC=F·Q·（H+M），F=[1/INTi]1×n为频次库,Q=[QPAi]n×n为数量阵，TMtc为维修人工时。服务可靠性检修需求指标是任务中断率，预计模型为MIRc=QTYc×λc×F任务中断×D运行。F任务中断表示部件可能引起车辆任务中断LRC故障模式占比。检修需求监控与反馈，统计维修需求。不符合检修需求担保要求，总结经验在新车型研制中规避。以SS传感器出库可靠性低为例，给出设计更改措施。

5 实验结果分析

验证检修需求设计，开展DMC轨道交通车辆检修需求设计，以CRH380A系列动车空调机组为例，维修任务输入数据来自维修分析结果。数量阵Q为13行13列矩阵，汇总空调系统维修任务，不符合分配要求，审查DCM审批构成中空调机组检查成本占比最高，通过原因分析发现排水堵与车辆结构干涉，拆卸底板导致维修时间过长。给出设计实现途径设计改进措施，改进设计后维修任务人工时降低至0.5h，空调系统运用预防性检修成本降低至1896.31元/万公里。通过优化设计解决维修性差问题，降低车辆投用后车辆改型成本。