張 慧,董兆兵

(南京地鐵運(yùn)營(yíng)分公司,江蘇南京210012)

以可靠性為中心的維修(RCM)是近40年發(fā)展起來(lái)的一種新的維修觀念,按GJB1378—92《裝備預(yù)防性維修大綱的制定要求與方法》中RCM定義為:“按照以最少的資源消耗,保持裝備固有可靠性和安全性的原則,應(yīng)用邏輯決斷的方法確定裝備預(yù)防性維修要求的過程或方法”。它打破了傳統(tǒng)的以定期維修為主的維修方式,是目前國(guó)際上通用的確定設(shè)備維修需求、優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)工程方法。

南京地鐵客室車門維修時(shí),著重考慮引入RCM理論的核心理念,即一切維修活動(dòng),歸根到底是為了保持和恢復(fù)設(shè)備的固有可靠性。項(xiàng)目在實(shí)施過程中,著重依據(jù)客室車門的可靠性狀況,以最少的維修資源消耗,運(yùn)用邏輯決斷分析法來(lái)確定其所需維修的零部件、維修方式或類型、維修間隔期和維修級(jí)別,制定出預(yù)防性維修大綱,從而達(dá)到優(yōu)化維修的目的。

1 研究?jī)?nèi)容

在調(diào)研客室車門運(yùn)營(yíng)近3年來(lái)具體維修數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,著重從下述7個(gè)方面進(jìn)行研究:客室車門維修數(shù)據(jù)特征分析、客室車門的功能和性能指標(biāo)分析、客室車門所有合理的功能故障分析、客室車門顯隱性故障后果分析、客室車門維修策略的優(yōu)選分析、實(shí)施客室車門維修驗(yàn)證及其效果評(píng)估分析和客室車門維修規(guī)程優(yōu)化調(diào)整策略分析等。

2 研究過程中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)合客室車門運(yùn)營(yíng)3年來(lái)的故障數(shù)據(jù)特征,采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的χ2檢驗(yàn)法對(duì)客室車門故障分布規(guī)律進(jìn)行科學(xué)檢驗(yàn),從而為選擇合理的維修策略評(píng)判模型和風(fēng)險(xiǎn)決策模型提供理論支持。

運(yùn)用價(jià)值工程學(xué)的基本原理,結(jié)合驗(yàn)證列車客室車門的數(shù)據(jù)變化規(guī)律,采用價(jià)值替代方案進(jìn)行客室車門維修價(jià)值評(píng)估;通過模型測(cè)算確定最佳維修手段,從而達(dá)到降低維修成本、提高維修價(jià)值的目的。

客室車門系統(tǒng)設(shè)備龐雜、功能故障及其影響項(xiàng)目繁多且輕重緩急各不相同,采用FMECA(功能、故障與影響分析法)方法控制整體RCM分析流程,并通過設(shè)計(jì)規(guī)范化的FMECA分析單,主要圍繞降低故障后果角度從定性、定量?jī)煞矫娲_定故障的嚴(yán)酷程度,從而指導(dǎo)客室車門維修內(nèi)容的調(diào)整,確定更為合理的維修內(nèi)容。

常用的RCM維修策略選擇依靠邏輯決斷圖,從定性角度選擇相應(yīng)的維修工作類型;考慮到定性決策的主觀性以及在確定維修周期方面的欠缺,結(jié)合灰色局勢(shì)決策法,通過系統(tǒng)建模選擇最佳維修策略及維修周期。同時(shí)考慮到車門系統(tǒng)維修策略的決策受多方面因素的影響,其評(píng)價(jià)信息包括模糊和灰色2種,需定性與定量分析相結(jié)合,因此在研究過程中,采用邏輯決斷圖、灰色局勢(shì)決策法相結(jié)合的優(yōu)化分析方法確定設(shè)備維修策略和維修周期。

對(duì)于車門系統(tǒng)RCM分析成果產(chǎn)生的維修策略及維修內(nèi)容,在常規(guī)閉環(huán)反饋控制評(píng)價(jià)維修效果基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性地應(yīng)用可拓優(yōu)度法建立維修效果評(píng)估模型,對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)。該方法是以物元理論為依據(jù),以可拓?cái)?shù)學(xué)為計(jì)算工具,能很好的解決決策系統(tǒng)中的各種矛盾問題,在設(shè)備管理及各類維修效果評(píng)估方面都具有良好的實(shí)用性。

3 RCM分析步驟

3.1 車門子系統(tǒng)功能分析

對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的可靠性分析要從對(duì)系統(tǒng)功能的掌握入手。在對(duì)車門系統(tǒng)功能進(jìn)行分析時(shí),共分兩層,包括總功能和分項(xiàng)功能。

車門系統(tǒng)的總功能是完成乘客站臺(tái)與車廂之間位置的轉(zhuǎn)移;

分項(xiàng)功能是開門功能、關(guān)門功能、狀態(tài)檢測(cè)功能、緊急解鎖功能、車門切除功能、車門防夾功能、通信功能。

3.2 繪制車門子系統(tǒng)功能框圖與可靠性框圖

系統(tǒng)功能框圖和可靠性框圖一般按照分層、分級(jí)的方法繪制。通常情況下整個(gè)大系統(tǒng)一般分為系統(tǒng)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)、部件級(jí)和組件級(jí)。對(duì)于車門系統(tǒng)而言,我們主要考慮按子系統(tǒng)—設(shè)備—部件這幾層進(jìn)行分析。

在具體繪制過程中,結(jié)合實(shí)際采用按各個(gè)功能分別繪制其功能框圖和可靠性框圖的方法,而不是繪制一個(gè)大系統(tǒng)圖,主要原因?yàn)?(1)大部分的部件都要參與多個(gè)功能的實(shí)現(xiàn),若繪成整體圖反而使各個(gè)功能、部件的作用不清楚,連線過多不利于區(qū)分;(2)功能框圖和可靠性框圖主要是為RCM分析用的,按照從分系統(tǒng)—部件—組件的劃分方式更利于從各個(gè)功能出發(fā),找到薄弱環(huán)節(jié),最終考評(píng)可靠性。例如開門的功能框圖和可靠性框圖繪制如圖1、圖2。

圖1 開門的功能框圖

圖2 開門的可靠性框圖

3.3 車門子系統(tǒng)故障模式分析

車門子系統(tǒng)故障模式眾多,通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的整理,盡量用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言、規(guī)范化表達(dá)故障模式。例如車門無(wú)法關(guān)閉,車門不能切除。

為了記錄和統(tǒng)計(jì)的方便,并且防止記錄人員對(duì)故障的表達(dá)記得不清楚,而設(shè)計(jì)了防差錯(cuò)的故障記錄表,無(wú)需手寫,只需要對(duì)照當(dāng)時(shí)所處情況,在表格內(nèi)打勾,這樣既不會(huì)出錯(cuò),也方便省時(shí),便于統(tǒng)計(jì)。設(shè)計(jì)的表如表1。

針對(duì)不同級(jí)別故障模式的表達(dá),按照預(yù)先劃分的分析層次,并遵循RCM理論中“本層的故障原因是下一層的故障模式”這一規(guī)則,將之前歷史數(shù)據(jù)記錄的所有故障模式進(jìn)行級(jí)別的劃分,將故障模式落到設(shè)備級(jí),而部件級(jí)作為故障原因,可以從表1看出。

將整理出的故障模式對(duì)應(yīng)到各個(gè)子系統(tǒng)的分功能。如切除功能對(duì)應(yīng)的故障模式是車門無(wú)法關(guān)閉,車門不能切除。

表1 故障記錄表

3.4 車門子系統(tǒng)故障原因分析

故障原因是RCM分析中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),只有真正找到引起故障的原因,才能找到薄弱點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn),進(jìn)而通過影響分析、后果評(píng)價(jià)、危害度分析找到關(guān)鍵設(shè)備,從而對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行故障率、故障特征分析,把握規(guī)律進(jìn)而實(shí)現(xiàn)維修策略的優(yōu)選。

3.5 車門子系統(tǒng)故障影響分析

在RCM分析中故障影響分析通常要從3層來(lái)考慮:一是對(duì)本層的影響,二是對(duì)高一層的影響,三是最終影響。對(duì)應(yīng)到車門子系統(tǒng),對(duì)本層的影響是對(duì)該設(shè)備本身及其同一層其他設(shè)備的影響;對(duì)上一層的影響是指對(duì)車門子系統(tǒng)的影響,即對(duì)車門的功能實(shí)現(xiàn)有何影響,如開門功能能否實(shí)現(xiàn),是否能緊急解鎖等;最終影響是對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響,是清客、救援還是下線等(表2)。

表2 故障影響分析表

3.6 車門子系統(tǒng)故障后果分析

故障后果分析主要考慮故障模式是顯性故障還是隱性故障。

隱性故障是指如果由該故障模式本身所引起的設(shè)備或系統(tǒng)功能的喪失對(duì)操作者來(lái)說是不明顯的,那么該故障就是隱性故障。其類別主要包括:(1)與保護(hù)裝置相關(guān)聯(lián)的隱性故障;(2)現(xiàn)有維修技術(shù)或檢測(cè)手段無(wú)法識(shí)別的隱性故障。

顯性故障是指若故障模式本身所引起的設(shè)備或系統(tǒng)功能的喪失對(duì)維修操作者來(lái)說是顯而易見的,那么該故障就屬于顯性故障。其類型包括:(1)造成安全或環(huán)境危害的故障;(2)影響電客車運(yùn)營(yíng)的故障;(3)不影響運(yùn)營(yíng)而只耗費(fèi)直接維修費(fèi)用的故障。

3.7 車門系統(tǒng)故障危害度分析

危害度分析的目的是按照風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)的排序找出危害度最大的故障模式或故障原因,也即找到關(guān)鍵設(shè)備的過程。需要考慮故障發(fā)生的頻次、檢測(cè)難易程度和故障等級(jí)。

除故障發(fā)生頻次是根據(jù)歷史故障數(shù)據(jù)的篩選和整理準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)外,檢測(cè)難易程度和故障等級(jí)都是由對(duì)車門最熟悉的工程師組成的專家系統(tǒng)決策得出。

3.8 應(yīng)用FMECA合理確定檢修內(nèi)容(圖3)

依據(jù)邏輯決斷圖、灰色局勢(shì)決策法相結(jié)合的優(yōu)化分析方法確定設(shè)備維修策略和維修周期(圖4)。

圖3 故障模式影響及危害性分析

圖4 邏輯決斷圖

維修策略按照大類來(lái)分,主要分為預(yù)防修和事后修,其中預(yù)防修包括傳統(tǒng)計(jì)劃預(yù)防修、計(jì)劃修修程變更和狀態(tài)修;事后修包括硬件改型或軟件設(shè)計(jì)和故障后維修兩類。

3.9 應(yīng)用可拓優(yōu)度法進(jìn)行維修效果評(píng)估

對(duì)于車門系統(tǒng) RCM分析成果產(chǎn)生的維修策略及維修內(nèi)容,在常規(guī)PDCA閉環(huán)反饋控制評(píng)價(jià)維修效果基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性地應(yīng)用可拓優(yōu)度法建立維修效果評(píng)估模型,對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)(圖5)。

圖5 維修效果評(píng)估框圖

3.10 設(shè)備故障管理優(yōu)化軟件的開發(fā)與應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)客室車門故障的自主化管理,輔助RCM分析決策,在推行客室車門系統(tǒng)RCM 分析過程中,自主開發(fā)了RCM設(shè)備故障管理優(yōu)化軟件。該軟件應(yīng)用常規(guī)Visual Basic程序開發(fā)工具,以ACCESS 2003作為數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)后臺(tái),結(jié)合Matlab7.1強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理軟件作為支撐,涵蓋RCM項(xiàng)目分析的主要功能,可以提高設(shè)備故障處理和維修決策分析的可操作性,降低管理者工作的復(fù)雜性,保障分析結(jié)果的可靠性。界面示例如圖6。

圖6 故障管理優(yōu)化圖像界面示例

4 成果應(yīng)用

根據(jù)客室門系統(tǒng)的RCM分析結(jié)果,優(yōu)化了客室門維修的檢修規(guī)程、檢修周期、工作流程和檢修工藝,深入落實(shí)關(guān)注功能實(shí)現(xiàn)、關(guān)注故障后果的 RCM實(shí)施。從2008年開始將研究成果成功應(yīng)用到實(shí)際維修過程中,到目前為止客室車門系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

5 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析

(1)應(yīng)用RCM分析成果,優(yōu)化了車門系統(tǒng)維修作業(yè)內(nèi)容、檢修周期后,在保證系統(tǒng)可靠性的前提下大大減小了維修工作量,車門檢修時(shí)間由原來(lái)的3天縮短為1天。

(2)檢修時(shí)間縮短,增加了運(yùn)能,產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益每年約160萬(wàn)元(按每列車每年多運(yùn)營(yíng)2天,每天載客2萬(wàn)人,每人2元計(jì)算:2元×20列車×2天×20 000人=160萬(wàn)元)。

(3)節(jié)約檢修成本約10萬(wàn)元(每列車每年可節(jié)約16人、2天的工時(shí),按20元的工時(shí)單價(jià)計(jì)算:20元/h×2天×8 h×16人×20列車=102 400元)。

合計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)收益約170萬(wàn)元/年。

6 結(jié)束語(yǔ)

我們先選擇地鐵車輛8大系統(tǒng)中的車門系統(tǒng)作為研究對(duì)象,以車門系統(tǒng) RCM分析作為樣板,充分驗(yàn)證將RCM分析方法導(dǎo)入電客車維修體系的可行性,證明RCM分析方法是科學(xué)有效的,現(xiàn)正不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),今后逐步在地鐵車輛其他子系統(tǒng)及地鐵其他專業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行推廣應(yīng)用。