關(guān)金發(fā),吳積欽,王旭東,王 偉

接觸網(wǎng)RCM維修策略研究

關(guān)金發(fā),吳積欽,王旭東,王 偉

(西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,成都 610031)

現(xiàn)行的接觸網(wǎng)運(yùn)營維修模式是按固定周期檢測、按設(shè)備狀態(tài)維修,隨著電氣化鐵路運(yùn)營的日益繁忙,接觸網(wǎng)的天窗時(shí)間少,維修的工作時(shí)間也就少,為保持接觸網(wǎng)向電氣列車持續(xù)供電功能,要在有限時(shí)間完成維修任務(wù),需要投入大量的人力物力執(zhí)行維修計(jì)劃,這種運(yùn)維模式日益暴露出其不足。提出一種以可靠性為中心維修(RCM)的接觸網(wǎng)維修策略,根據(jù)RCM方法結(jié)合接觸網(wǎng)的特點(diǎn),建立接觸網(wǎng)RCM組成架構(gòu)、數(shù)據(jù)流模型,然后給出接觸網(wǎng)RCM決策的流程,由接觸網(wǎng)RCM決策機(jī)構(gòu)制定接觸網(wǎng)的維修計(jì)劃,意在減少維修項(xiàng)目,節(jié)省維修成本,提高維修效率。

電氣化鐵路;接觸網(wǎng);維修策略;RCM;主動維修

標(biāo)準(zhǔn)IEC 60300-3-11《可信性管理—Part3-11:應(yīng)用指南—以可靠性為中心的維修》中給出RCM的定義,RCM(Reliability-Centered Maintenance)即以可靠性為中心的維修,是一種辨識和篩選故障的管理策略,能夠有效地滿足系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可用性和經(jīng)濟(jì)性。故障管理策略包括維修活動、作業(yè)改變、設(shè)計(jì)修改或其他活動,其目的是根除故障后果[1]。RCM最早應(yīng)用在商業(yè)活動是在20世紀(jì)60年代末期,成熟應(yīng)用是在ATA MSG-3美國航空系統(tǒng),此后RCM被各大行業(yè)所使用,如核工業(yè)、海航工業(yè)、化工業(yè)、石油工業(yè)等。RCM在鐵路上的應(yīng)用也是越來越多,如歐盟的2000-RD.10810研究項(xiàng)目“通過提高鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性來確保鐵路的安全性”,具體研究內(nèi)容是RCM方法在鐵路基礎(chǔ)設(shè)施和后期保障管理中的應(yīng)用[2]。

現(xiàn)行接觸網(wǎng)的檢修方式是按固定周期檢測、按設(shè)備狀態(tài)維修。根據(jù)鐵道部發(fā)布的《高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修暫行規(guī)程》里的內(nèi)容,接觸網(wǎng)的維修巡視按固定周期進(jìn)行[3],如表1所示。

表1 接觸網(wǎng)巡檢項(xiàng)目及周期

這種維修模式需要投入大量的人力、財(cái)力和物力,才能保持或接近接觸網(wǎng)的固有可靠性,隨著電氣化鐵路快速發(fā)展,這種人力和物力的投入也必須保持同步增長,而且隨著電氣化鐵路運(yùn)輸?shù)娜找娣泵?鐵路運(yùn)輸能夠提供的天窗時(shí)間與接觸網(wǎng)維修的工作量的矛盾也日益突出。上述只是現(xiàn)行接觸網(wǎng)檢修方式的一部分不足,從一定程度上說明現(xiàn)行接觸網(wǎng)檢修方式已不太能符合接觸網(wǎng)的維修管理現(xiàn)狀。

關(guān)于接觸網(wǎng)運(yùn)營維修檢修的文獻(xiàn)有很多,如:方天濱提出客運(yùn)專線綜合維修天窗開設(shè)的時(shí)間研究[4];胡曉悅提出一種對比接觸網(wǎng)檢測值與限制的專家系統(tǒng)[5];李雪提出一種求解最優(yōu)接觸網(wǎng)維修計(jì)劃的混沌自適應(yīng)進(jìn)化算法[6]等。文獻(xiàn)[4-5]是采取一定手段優(yōu)化現(xiàn)行接觸網(wǎng)的檢修方式,文獻(xiàn)[6]是用一種數(shù)學(xué)方法研究接觸網(wǎng)的運(yùn)維模式,該方法在工程實(shí)際難以開展。

將RCM方法應(yīng)用到接觸網(wǎng)專業(yè)已開展了一些研究,商奇志提出以RCM為指導(dǎo)的接觸網(wǎng)設(shè)備維修策略[7];詹廣振提出通過對設(shè)備的可靠性進(jìn)行監(jiān)控來優(yōu)化維修時(shí)間[8]。雖然文獻(xiàn)[7- 8]已經(jīng)試探性地把RCM的概念引入到接觸網(wǎng)的維修檢修中,但尚未給出一個(gè)完整的接觸網(wǎng)RCM維修策略。論文提出一種以RCM為研究方法的接觸網(wǎng)維修策略,是與以往的周期檢測、狀態(tài)維修不同的維修模式,可以提高接觸網(wǎng)的運(yùn)行效率,節(jié)省維修成本,對優(yōu)化接觸網(wǎng)的運(yùn)維管理有積極意義。

1 接觸網(wǎng)RCM的組成及維修項(xiàng)目分類

美國宇航總署(NASA)的RCM包括了預(yù)防性維修、預(yù)測性測試和檢測、修理(也叫修復(fù)性維修)和主動性維修等一系列維修優(yōu)化方法,目的是在滿足系統(tǒng)或設(shè)備需要的可靠性和可用性前提下,通過減少系統(tǒng)或設(shè)備生命周期內(nèi)的維修和停機(jī)時(shí)間,以達(dá)到增加系統(tǒng)或設(shè)備的使用率,減少生命周期費(fèi)用的效果[9]。參考NASA的RCM結(jié)構(gòu),結(jié)合接觸網(wǎng)的特點(diǎn),給出接觸網(wǎng)RCM的基本組成如圖1所示。

接觸網(wǎng)RCM是以主動維修為主,非主動維修為輔的一套維修策略。主動維修是基于周期維修和檢測與監(jiān)測維修的,利用FMECA和FRACAS等方法,建立以接觸網(wǎng)的設(shè)備或結(jié)構(gòu)的狀態(tài)水平和關(guān)鍵度為基準(zhǔn)的維修管理辦法。其中周期維修的維修項(xiàng)目主要是故障模式以磨耗為主的或故障模式已經(jīng)確定的故障,如:檢修棘輪補(bǔ)償器,根據(jù)接觸網(wǎng)檢修工藝[10]中規(guī)定,棘輪的故障模式是ab值不符合標(biāo)準(zhǔn)、補(bǔ)償繩存在斷股散股或卡滯、棘輪卡滯、制動裝置不工作、墜砣破損等。檢測與監(jiān)測維修主要是以隨機(jī)故障的維修項(xiàng)目,如:某根吊線斷股、某根電連接松脫、某個(gè)絕緣子破裂,某組腕臂的零件松脫等,這些故障可以通過檢測或監(jiān)測的手段事先發(fā)現(xiàn)故障的征兆,預(yù)先維修,避免故障后產(chǎn)生的不良后果。檢測與監(jiān)測維修還包括周期維修的大部分維修項(xiàng)目,如:支持裝置的檢修,可以通過作業(yè)車拍攝圖片的方式,對比以往數(shù)據(jù),找出支持裝置有問題的地方,組織維修。非主動維修主要包括故障后維修和設(shè)備的更新,如:外界異物把接觸線拉斷導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸中斷,這種故障是突發(fā)性的,此時(shí)接觸網(wǎng)RCM應(yīng)馬上組織搶修隊(duì)伍,針對預(yù)先制定的接觸網(wǎng)斷線搶修方案組織接觸線的搶修。非主動維修也不是完全不能預(yù)測的,接觸網(wǎng)的RCM應(yīng)分析引起故障后維修的故障原因,通過一些糾正行動,避免同類故障的再次發(fā)生,或指定此類故障的搶修方案,以作備用。

圖1 接觸網(wǎng)RCM方法的組成部分

2 接觸網(wǎng)RCM數(shù)據(jù)流

接觸網(wǎng)RCM由上述幾方面內(nèi)容組成,但這些內(nèi)容絕不是簡單的拼湊就能完成一個(gè)維修策略的,接觸網(wǎng)RCM需要建立一個(gè)判斷決策機(jī)構(gòu)來組織和執(zhí)行相關(guān)的維修任務(wù),首先應(yīng)把握接觸網(wǎng)RCM的輸入輸出數(shù)據(jù),如圖2所示。

圖2 接觸網(wǎng)RCM輸入輸出數(shù)據(jù)

接觸網(wǎng)RCM的輸入數(shù)據(jù)有設(shè)計(jì)施工資料、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)施工資料包括接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)和施工階段所有有關(guān)接觸網(wǎng)維修的資料,如接觸網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)、接觸網(wǎng)的地理信息系統(tǒng)、接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)等,這些資料對建立接觸網(wǎng)的RCM模型尤為重要。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)指的是既有的維修方式和檢修工藝,如:運(yùn)行檢修暫行規(guī)程中對檢測監(jiān)測的周期規(guī)定及內(nèi)容。試驗(yàn)數(shù)據(jù)包括了線路試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)仿真,這些數(shù)據(jù)對分析接觸網(wǎng)故障,尋找故障原因,根除故障隱患尤為重要?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)是來自現(xiàn)場維修時(shí)記錄的數(shù)據(jù),包括現(xiàn)場環(huán)境和設(shè)備狀態(tài),如:檢修接觸網(wǎng)接地裝置時(shí),發(fā)現(xiàn)接地線夾有松脫跡象立即維修并記錄下?lián)p壞的情況。

接觸網(wǎng)RCM的輸出數(shù)據(jù)有接觸網(wǎng)反饋數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、主動或非主動維修計(jì)劃。反饋數(shù)據(jù)主要把維修時(shí)的環(huán)境條件和對日后接觸網(wǎng)整改有利的資料記錄下來,如:按周期維修時(shí),維修環(huán)境的變化,可能與設(shè)計(jì)維修的環(huán)境不一致,接觸網(wǎng)設(shè)備可能工作在不良的狀態(tài),在維修的同時(shí)應(yīng)該把這些環(huán)境因素記錄下來,以便為日后的接觸網(wǎng)整改提供參考數(shù)據(jù)。接觸網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)是提供給維修人員的參數(shù),是指導(dǎo)維修的依據(jù),在維修計(jì)劃完成后,須對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行評估,若達(dá)不到最低的設(shè)備功能狀態(tài)水平,則需要再次制定維修計(jì)劃,不是執(zhí)行完維修計(jì)劃即完成維修任務(wù)。接觸網(wǎng)維修計(jì)劃,分主動維修和非主動維修,主動維修根據(jù)設(shè)備的關(guān)鍵度和設(shè)備的狀態(tài)水平來決定是否采取維修措施。非主動維修如搶修,若RCM中有預(yù)先制定好的搶修方案,可以立即開展搶修活動,若RCM中沒有預(yù)制好的搶修方案,須根據(jù)故障狀況和現(xiàn)場人員經(jīng)驗(yàn)開展相關(guān)搶修活動。

3 接觸網(wǎng)RCM決策流程

接觸網(wǎng)RCM是一個(gè)維修策略,它除了檢測監(jiān)測手段外,還有故障判斷、故障原因分析,故障糾正行為和計(jì)算維修成本的功能,其中主動維修的決策流程見圖3。

圖3 接觸網(wǎng)RCM主動維修決策流程

根據(jù)圖3,接觸網(wǎng)RCM按照預(yù)先設(shè)定的主動維修周期進(jìn)行設(shè)備維修和檢測監(jiān)測,由RCM決策機(jī)構(gòu)判斷接觸網(wǎng)是否需要維修,若不需要維修則繼續(xù)按周期維修和檢測,若需要維修則由RCM數(shù)據(jù)庫中調(diào)出維修項(xiàng)目,配備足夠的后勤保障,執(zhí)行維修任務(wù),維修后需要判斷設(shè)備的狀態(tài)是否達(dá)到規(guī)定的功能,以保持設(shè)備輸出的性能。

圖3中關(guān)鍵的單元是RCM模型和2個(gè)判斷依據(jù)。RCM模型的設(shè)計(jì)方法主要運(yùn)用FMECA,FMECA是分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對系統(tǒng)造成的所有可能影響,并找出影響產(chǎn)品可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。通過建立接觸網(wǎng)FMECA,列出每一種設(shè)備或結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵度,這對維修周期的確定是十分重要的。關(guān)鍵度高的設(shè)備或結(jié)構(gòu),應(yīng)是檢測和監(jiān)測的重要環(huán)節(jié),此類設(shè)備性能稍有下降則需提出警報(bào),需要提早下次檢測該設(shè)備的維修周期。對于如何建立FMECA的書籍有很多,如《系統(tǒng)可靠性與維修性的分析與設(shè)計(jì)》[11],這里只舉例說明,表2是接觸網(wǎng)部分的FMECA表格。

表2 部分接觸網(wǎng)FMECA表格_

接觸網(wǎng)RCM中對設(shè)備狀態(tài)水平應(yīng)分多個(gè)評價(jià)等級,評價(jià)指標(biāo)可以是設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)、外觀形狀指標(biāo)或是能綜合反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)的系數(shù),如:接觸線的狀態(tài)水平可以用接觸線高度、張力、磨耗等表示。

接觸網(wǎng)RCM是根據(jù)設(shè)備的關(guān)鍵度和當(dāng)前、儲存狀態(tài)水平來決定是否進(jìn)行維修,假設(shè)把關(guān)鍵度(Criticality)分為5個(gè)等級,每一等級的分?jǐn)?shù)從低到高依次是1、2、3、4、5分。設(shè)備狀態(tài)(Status)分也分為5個(gè)等級,每一等級的分?jǐn)?shù)從差到優(yōu)依次是1、2、3、4、5分。

判斷是否維修有2個(gè)準(zhǔn)則:

(1)檢測監(jiān)測到當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)水平比儲存的狀態(tài)低2個(gè)級別及以上時(shí)應(yīng)采取維修措施;

(2)根據(jù)圖4維修判斷矩陣中有‘’標(biāo)志的,設(shè)備需要采取維修措施。

判斷準(zhǔn)則一比二具有優(yōu)先權(quán),即,如果設(shè)備狀態(tài)滑落兩個(gè)等級及以上就需要維修,若只是滑落一個(gè)等級則根據(jù)判斷矩陣判斷是否進(jìn)行維修。

圖4 維修判斷矩陣

接觸網(wǎng)RCM是一個(gè)維修策略,最終輸出的是維修計(jì)劃,維修計(jì)劃包括維修所需的后勤保障措施,如維修所需的機(jī)具、金具、備件等和維修的內(nèi)容、方法,維修后需要驗(yàn)證其是否達(dá)到規(guī)定功能的標(biāo)準(zhǔn)。

接觸網(wǎng)RCM是按設(shè)備的關(guān)鍵度和狀態(tài)水平制定維修周期的維修策略,如:接觸線的關(guān)鍵度是5,狀態(tài)水平是5,此時(shí)制定接觸線的維修周期為半年,但如果在下一次維修任務(wù)發(fā)現(xiàn)接觸線的狀態(tài)水平是4,此時(shí)應(yīng)調(diào)整接觸線的維修周期為3個(gè)月,當(dāng)接觸線的狀態(tài)達(dá)到5時(shí)又可以把接觸線的維修周期調(diào)整為半年。又如,一些零部件壞了完全不會影響接觸網(wǎng)的供電功能,其關(guān)鍵度為1,直至其故障損壞,才去維修。這樣動態(tài)的根據(jù)設(shè)備的重要性和狀態(tài)水平來調(diào)整維修計(jì)劃,能提高維修效率,節(jié)省維修成本。

4 結(jié)論

接觸網(wǎng)RCM是與以往接觸網(wǎng)運(yùn)營維修模式有區(qū)別的一種維修策略,是一種動態(tài)的調(diào)整技術(shù),旨在滿足接觸網(wǎng)功能性能包括可靠性、可用性、維修性、安全性等前提下,通過RCM決策機(jī)構(gòu),考慮設(shè)備的故障后果、維修成本和檢測監(jiān)測設(shè)備狀態(tài),及時(shí)調(diào)整維修周期,制定維修計(jì)劃,儲存并反饋接觸網(wǎng)維修數(shù)據(jù)。在設(shè)備狀態(tài)理想的情況下,延長維修周期,節(jié)省維修成本,在設(shè)備狀態(tài)不良的情況下,根據(jù)設(shè)備的重要性和故障后果,制定詳細(xì)的維修計(jì)劃,做到具體問題具體分析,優(yōu)化接觸網(wǎng)維修管理。

[1] The British Standard.BS EN IEC 60300-3-11可信性管理—Part3-11:應(yīng)用指南—以可靠性為中心的維修[S].The Standards Policy and Strategy Committee,2010.

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[4] 方天濱.客運(yùn)專線綜合維修天窗開設(shè)相關(guān)問題研究[D].北京:清華大學(xué),2010.

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[11]章國棟.系統(tǒng)可靠性與維修性分析與設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1992.

Study on Optim ized Maintenance Strategy of Overhead Contact Line System Based on RCMTechnology

GUAN Jin-fa,WU Ji-qin,WANG Xu-dong,WANGWei
(School of Electrical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

electrified railway;overhead contact line system;maintenance strategy;RCM; proactivemaintenance

U226.8

A

1004-2954(2013)07-0097-04

2012-11-22;

2012-11-29

鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃“高速鐵路接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)研究”(2011J017-A);國家科技支撐計(jì)劃“城軌交通基礎(chǔ)設(shè)施全息化移動檢測與運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)研制”(2011BAG01B04)

關(guān)金發(fā)(1986—),男,博士研究生,E-mail:kwanjinfa@ 163.com。

Abstract:Nowadays,two factors constitute the maintenance mode of overhead contact line system (OCS):inspection by fixed period,and condition-based maintenance.However,with the increasingly busy operation of electrified railways,themaintenancework time for OCShas becomes far less relatively. Moreover,for supplying power source continuously to electrified trains under this maintenance mode, there is always a need for carrying outmaintenance plan and task by great deal of human and material resourceswithin a limited time.In a word,the traditionalmaintenance mode is no longer suitable for railway development.For this reason,this paper provides a new maintenance strategy for OCS based on reliability-centered maintenance(RCM)technology.Firstly,according to RCMtechnology and combining with OCS characteristics,the RCMarchitecture and data flowmode should be setup.Next,a RCMdecision procedure forOCSshould be given,so thatamaintenance plan can beworked outby RCMdecision-making body.The new maintenance strategy for OCS can reduce maintenance items and cost, improving maintenance efficiency.