薛海峰, 黃 挺, 尹洪權(quán), 李啟磊

(南京中車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限責(zé)任公司， 江蘇南京 210000)

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地鐵車輛車門維修工作重要及關(guān)鍵零部件的確定方法研究

薛海峰, 黃 挺, 尹洪權(quán), 李啟磊

(南京中車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限責(zé)任公司， 江蘇南京 210000)

車門系統(tǒng)是地鐵車輛的關(guān)鍵系統(tǒng)，為了確定車門維修工作中的重要零部件和關(guān)鍵零部件，提出了一種基于FMECA(故障模式影響及危害性分析)和ABC分類原則的零部件分類方法。該方法首先通過FMECA計(jì)算各零部件嚴(yán)酷度和危害度，然后以嚴(yán)酷度、產(chǎn)品危害度、采購價格為評價指標(biāo)，利用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，最后利用綜合評分法建立了基于ABC分類原則的零部件分類模型，并以某地鐵車輛客室車門系統(tǒng)為例進(jìn)行了實(shí)例分析，通過分析發(fā)現(xiàn)該方法能夠較為準(zhǔn)確的確定車門維修工作中的重要及關(guān)鍵零部件，符合現(xiàn)場檢修工作的實(shí)際要求。

地鐵車輛; 車門系統(tǒng); 零部件分類; ABC分類法; 層次分析法

維修工作中的重要及關(guān)鍵零部件指涉及車輛的運(yùn)行安全、運(yùn)營任務(wù)、故障率較高且故障后果嚴(yán)重的零部件。車門系統(tǒng)屬于地鐵車輛較為關(guān)鍵的系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)用與維修的過程中，車門故障的發(fā)生較為頻繁、對地鐵運(yùn)營影響也較大，這對車門系統(tǒng)的維修工作提出了較高要求。為了使車門的維修工作更有重點(diǎn)、有針對性地開展，根據(jù)車門系統(tǒng)各零部件在維修工作中的重要程度進(jìn)行分類，以確定車門維修工作中的重要零部件和關(guān)鍵零部件以提高維修工作的合理性和效率是十分必要的。

目前，確定系統(tǒng)的重要及關(guān)鍵零部件的方法較多。許多工程應(yīng)用以GJB 1378A-2007《裝備以可靠性為中心的維修分析》[1]提出的確定原則作為參考依據(jù)，但該標(biāo)準(zhǔn)未對重要件和關(guān)鍵件的判斷準(zhǔn)則和程序進(jìn)行細(xì)致地規(guī)范，易導(dǎo)致在分類界定上過于冒進(jìn)或保守而使分類分析失去了應(yīng)有的作用。除了主觀上的邏輯判斷法，較常見的分類法還有ABC分類法、VED分類法以及XYZ分類法等[2]。其中，VED分類法和XYZ分類法屬于單因素分析法，ABC分類法(Activity Based Classification)也稱巴雷托(帕累托)分析法，該方法依據(jù)事物在經(jīng)濟(jì)或技術(shù)方面的重要特征進(jìn)行分類，能夠有效地區(qū)分出重點(diǎn)事物和一般事物，進(jìn)而有區(qū)別地明確管理方式[3]。與單因素方法相比，ABC分類法屬于多因素分析法，更加全面合理。因此，提出了一種基于ABC分類原則的地鐵車輛重要及關(guān)鍵檢修件的確定方法，該方法首先對地鐵車輛車門系統(tǒng)零部件進(jìn)行FMECA(故障模式影響及危害性分析)，在此基礎(chǔ)上，確立了分類的定量指標(biāo)并運(yùn)用層次分析法(AHP)確定了指標(biāo)權(quán)重，通過綜合評分法定量地對車輛零部件進(jìn)行評分，最終依據(jù)ABC分類原則最終確定地鐵車輛車門維修工作中的重要件及關(guān)鍵件。

1 基于FMECA和ABC分類法的零部件分類方法

1.1 零部件分類的思路

本文提出的確定地鐵車輛車門系統(tǒng)重要及關(guān)鍵維修件的方法的分析流程如圖1所示。從圖1中可以看出，方法的實(shí)施包括兩部分：一是根據(jù)車門故障記錄、維修保養(yǎng)手冊、檢修工藝文件以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，對地鐵車輛車門系統(tǒng)零部件進(jìn)行FMECA分析；二是依據(jù)分析結(jié)果，綜合考慮安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等方面的因素，構(gòu)建評分指標(biāo)，并利用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，最后利用綜合評分法，基于ABC分類法對車門零部件進(jìn)行評分和分類。

圖1 車門零部件分類的思路和方法

1.2 故障模式影響及危害性分析(FMECA)

FMECA是一種重要的可靠性分析技術(shù)。在車輛的運(yùn)用與維修階段，依據(jù)故障數(shù)據(jù)和檢修技術(shù)資料對零部件進(jìn)行FMECA，能夠明確車門在使用過程中可能或?qū)嶋H發(fā)生的故障模式、故障原因、故障后果、故障率、危害性等，可以為維修決策等提供依據(jù)。FMECA包括FMEA(故障模式及影響分析)和CA(危害性分析)兩部分，其中CA危害性分析的方法有定性和定量兩種。為了得到定量的評價指標(biāo)，需要對地鐵車輛車門系統(tǒng)進(jìn)行FMECA定量分析和計(jì)算，F(xiàn)MECA分析的過程包括如圖2。

圖2 FMECA分析流程

1.3 零部件分類模型的建立

文中提出的零部件ABC分類模型的主要實(shí)施步驟如圖3所示。

(1) 確定分類對象

由于車門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，零部件數(shù)量龐大，為了便于分析，選取可維修或更換的最低層次的零部件，即FMEA分析中的最低約定層次零部件作為分類對象。

(2)分類影響因素分析

文中零部件的分類是為了區(qū)分各零部件在車門維修任務(wù)中的重要性，以確定車門維修工作的重點(diǎn)。因此，從維修重要性的角度出發(fā)，參考現(xiàn)有的產(chǎn)品分類程序，對影響車門零部件分類的因素以及評價項(xiàng)目進(jìn)行整理和總結(jié)，如表1所示。

圖3 零部件ABC分類模型的主要步驟

考慮因素評價項(xiàng)目評價指標(biāo)安全性故障的安全性后果乘客有無傷亡、傷亡人數(shù)、受傷情況任務(wù)性故障的任務(wù)性后果是否救援、是否清客、晚點(diǎn)時長可靠性發(fā)生故障的概率故障率、失效后果概率、故障發(fā)生概率經(jīng)濟(jì)性故障的經(jīng)濟(jì)損失零部件價格、間接經(jīng)濟(jì)損失等

①故障后果——運(yùn)營安全與任務(wù)

不同零部件失效可能造成的后果的嚴(yán)重程度各不相同，在以可靠性為中心的維修分析中，將分析零部件故障對車輛運(yùn)行安全、運(yùn)輸任務(wù)完成以及其他設(shè)備的影響作為首要工作任務(wù)。因此，零部件故障后果若比較嚴(yán)重就將被列為重點(diǎn)檢修對象。

②發(fā)生故障的概率——可靠性

零部件發(fā)生故障的概率能夠反映零部件的可靠性，可將故障概率較高的零部件應(yīng)該在維修工作中將被列為重點(diǎn)檢修對象。

③零部件采購價格——經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是維修工作過程中必須考慮的因素，通常情況下價值昂貴的零部件備件成本高，備件數(shù)量少，故障所導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失較大?？蓪⒉少弮r格列為影響零部件在維修工作中重要程度的重要因素。

經(jīng)過分類影響因素的分析，確定出了“故障后果、故障發(fā)生的概率、零部件價格”3個評價項(xiàng)目。

(3) 確定評價項(xiàng)目及權(quán)重分配

為了確定3個評價項(xiàng)目的權(quán)重值，采用AHP法進(jìn)行計(jì)算，基本思路為：將影響系統(tǒng)的各個因素進(jìn)行整理，劃分為相互關(guān)聯(lián)的多個層次，然后對比各個因素的影響大小，用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出層次之間的權(quán)重關(guān)系，進(jìn)而進(jìn)行排序并計(jì)算出所有因素的相對于總目標(biāo)的權(quán)重值，并據(jù)此進(jìn)行決策[5]。權(quán)重確定的基本過程為：

①構(gòu)建評判因素集U

評價因素集合可抽象為：U={u1,u2,u3}，u1,u2,u3分別對應(yīng)故障后果、故障發(fā)生的概率、零部件價格。

②確定判定結(jié)果V

文中車門零部件的分類策略是，按照在維修工作中的重要程度，對零部件進(jìn)行分類。因此，維修工作中的重要程度即為判定目標(biāo)或判定結(jié)果。

③確定評判項(xiàng)目之間的判斷矩陣R

構(gòu)建判斷矩陣的目的是，衡量評價項(xiàng)目u1～u3相互之間的重要程度，可用表rij示項(xiàng)目ui相對于uj的重要程度。

(1)

由于評判項(xiàng)目和判定結(jié)果之間的關(guān)系較為復(fù)雜，不容易直觀地表達(dá)，需要運(yùn)用模糊理論對兩者之間的相對重要度進(jìn)行評價和估算。可確定評價項(xiàng)目的對比取值[6]如表2所示。

表2 評價項(xiàng)目的對比取值依據(jù)

按照rij的取值依據(jù)，由兩位現(xiàn)場技術(shù)專家，對3個評價項(xiàng)目的相對重要度進(jìn)行評判，可確定出與兩位現(xiàn)場技術(shù)專家的評判結(jié)論相對應(yīng)的兩個判斷矩陣R1與R2的表達(dá)形式 ，

(2)

④確定評價項(xiàng)目的權(quán)重分配

step1：對矩陣R=(rij)n×n每一個元素按列進(jìn)行向量歸一化：

(3)

step2：對歸一化之后的元素Wij按行求和：

(4)

step3：將 進(jìn)行歸一化計(jì)算：

(5)

(6)

即兩種評判方案中3個評價項(xiàng)目的權(quán)重分配情況如表3所示。

表3 兩種評判方案的權(quán)重分配情況

⑤對權(quán)重分配的合理性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述權(quán)重值分配的合理性，需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。一致性檢驗(yàn)的過程如下：

(7)

然后，計(jì)算一致性檢驗(yàn)指標(biāo)C·I：

(8)

表4 一致性指數(shù) 的取值標(biāo)準(zhǔn)

最后，由一致性檢驗(yàn)指標(biāo)C·I和一致性指數(shù)R·I(按照表4取值)，計(jì)算得到隨機(jī)一致性指標(biāo)：

(9)

當(dāng)隨機(jī)一致性指標(biāo)C·R<0.1時，即可認(rèn)為判斷矩陣R能夠滿足一致性要求，不滿足則需要重新調(diào)整。經(jīng)過一致性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩種方案的判斷矩陣R1、R2都滿足要求，如表5所示。因此，兩種權(quán)重分配方案都是較為合理的。

表5 一致性指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果

在此基礎(chǔ)上，將同一評價項(xiàng)目在兩種權(quán)重分配方案中所對應(yīng)的權(quán)重值進(jìn)行平均，得到故障后果、故障發(fā)生的概率、零部件價格3個評價項(xiàng)目的權(quán)重值分別為0.73,0.19,0.08。至此，即可利用AHP確定了3個評價項(xiàng)目的權(quán)重值。

(4)確定評價指標(biāo)及取值標(biāo)準(zhǔn)

對于前面確定的“故障后果、故障發(fā)生的概率、零部件價格”3個評價項(xiàng)目，分別選擇“嚴(yán)酷度、產(chǎn)品危害度、采購價格”作為評價指標(biāo)。

① 嚴(yán)酷度 Severity

嚴(yán)酷度也稱故障后果嚴(yán)重度或故障等級，是評價故障后果嚴(yán)重程度的指標(biāo)。參考文獻(xiàn)[4]中的嚴(yán)酷度等級(ESR)評分準(zhǔn)則，本文對城市軌道車輛零部件制定了如表6所示的嚴(yán)酷度評分標(biāo)準(zhǔn)。

② 產(chǎn)品危害度 Item Criticality Number

產(chǎn)品危害度(Item Criticality Number)與危害性(Criticality)不同，它反映的是零部件在某一嚴(yán)酷度等級和某一階段發(fā)生故障的頻率，因此產(chǎn)品危害度是可以反映出零部件故障發(fā)生頻率水平的。對故障模式發(fā)生概率等級(OPR)[4]的評分準(zhǔn)則，本文對城市軌道車輛零部件制定了如表6所示的產(chǎn)品危害度的評分標(biāo)準(zhǔn)。其中，為了便于使用，將零部件產(chǎn)品危害度占車門系統(tǒng)總危害度的比重代替產(chǎn)品危害度來使用，并用C來表示，C可按式(10)計(jì)算：

(10)

式中Ci為第i中零部件的危害度占車門系統(tǒng)總危害度的比重，無量綱；

Cri為第i種零部件的危害度，無量綱；

n為車門系統(tǒng)零部件的種類總數(shù)。

③ 采購價格 Price

零部件的采購價格，即地鐵或輕軌公司向零部件供貨商進(jìn)行備件采購時所需支付的單價，能夠反映出零部件的昂貴程度。參考文獻(xiàn)[3]中設(shè)備管理的價格分類評分準(zhǔn)則，本文對城市軌道車輛零部件制定了如表6所示的采購價格評分標(biāo)準(zhǔn)。

(5) 確定評分分類依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)

對(4)中所述的嚴(yán)酷度、產(chǎn)品危害度以及采購價格這3個指標(biāo)的分類評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行匯總，本文制定了城市軌道車輛零部件的綜合評分標(biāo)準(zhǔn)(即表6)。

在故障模式及影響分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)零部件評分標(biāo)準(zhǔn)可完成對零部件各項(xiàng)指標(biāo)的評分。然后，根據(jù)式(11)計(jì)算出零部件的總得分，由得分高低即可確定零部件的分類。

(11)

式中，S為零部件嚴(yán)酷度指標(biāo)的評分，無量綱；

C為零部件產(chǎn)品危害度指標(biāo)的評分，無量綱；

P為零部件采購價格指標(biāo)的評分，無量綱；

ωs為嚴(yán)酷度指標(biāo)的權(quán)重，本文取ωs=0.73，無量綱；

ωc為產(chǎn)品危害度指標(biāo)的權(quán)重，本文取ωc=0.19，無量綱；

ωp為價格指標(biāo)的權(quán)重，本文取ωp=0.08，無量綱。

通常情況下，對產(chǎn)品進(jìn)行ABC分類時，A類總分最高，約占總數(shù)的5%～10%；B類總分次之，約占總數(shù)的20%～30%；C類總分最低，約占總數(shù)的60%～75%[3，7]。由零部件的綜合評分結(jié)構(gòu)，定義城市軌道車輛零部件的分類描述如下：

A類零部件：為關(guān)鍵維修零部件，故障后果非常嚴(yán)重，故障發(fā)生的概率很高，如果發(fā)生故障可能會對乘客的人身安全和車輛的正常運(yùn)行造成很大的影響；

B類零部件：為重點(diǎn)維修零部件，故障后果比較嚴(yán)重，故障發(fā)生的概率比較高，如果發(fā)生故障可能造成乘客輕傷或列車輕微延誤；

表6 城市軌道車輛零部件綜合評分標(biāo)準(zhǔn)

C類零部件：為普通維修零部件，故障后果輕微，故障發(fā)生的概率不高，如果發(fā)生故障可能造成列車輕微晚點(diǎn)或非計(jì)劃性維修。

2 實(shí)例應(yīng)用

本文以某地鐵4號線二期車輛的客室車門系統(tǒng)為研究對象，以全部28列車在近3年的故障數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。通過實(shí)施FMECA，得到車門零部件的故障后果嚴(yán)酷度、產(chǎn)品危害度、采購價格等信息，并據(jù)此對車門系統(tǒng)的零部件進(jìn)行評分?？傻玫搅悴考脑u分表，如表7所示。

表7 車門系統(tǒng)零部件的綜合評分表

為了便于直觀地了解車門零部件的得分情況，畫出了零部件的得分直方圖，如圖4所示。通過直方圖可以很清楚看出，行程開關(guān)和EDCU的得分最高，而攜門架橡膠緩沖頭、玻璃門和車門開關(guān)指示燈的綜合得分最低。得分的高低能夠直接反應(yīng)零部件在車門檢修工作中的重要程度。

由表7零部件的評分結(jié)果和ABC分類法的零部件分配比例，對車門系統(tǒng)的零部件進(jìn)行分類，得到的分類結(jié)果如表8所示。

3 結(jié) 論

針對地鐵車輛車門的檢修工作，提出了一種基于FMECA和ABC分類法的零部件分類方法。根據(jù)零部件在維修工作中的重要性，從故障后果、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面出發(fā)，建立了基于ABC分類法、層次分析法和綜合評分法的零部件分類模型。

根據(jù)該方法對某地鐵4號線二期車輛車門系統(tǒng)的零部件進(jìn)行分類，將行程開關(guān)和電子門控器等確定為關(guān)鍵維修零部件；將驅(qū)動電機(jī)、絲桿螺母等7個零部件確定為重點(diǎn)維修零部件；將攜門架坦克鏈、傳動絲桿等19個零部件列為一般維修零部件。該實(shí)例分類結(jié)果比較符合現(xiàn)場的檢修工作實(shí)際，得到了現(xiàn)場檢修技術(shù)人員的認(rèn)可，對于現(xiàn)場檢修工作具有一定的參考價值。

[1] GJB 1378A-2007. 裝備以可靠性為中心的維修分析[S].

[2] 王海峻. 南京地鐵車輛維修資源優(yōu)化配置研究[D].南京：南京理工大學(xué),2011.

[3] 李葆文. 現(xiàn)代設(shè)備資產(chǎn)管理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[4] GJB/Z 1391-2006 故障模式影響及危害性分析指南[S].

[5] 蘭繼斌,徐 揚(yáng),霍良安,劉家忠. 模糊層次分析法權(quán)重研究[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,2006,(9):107-112.

[6] 葉 珍.基于AHP的模糊綜合評價方法研究及應(yīng)用[D].廣州:華南理工大學(xué),2010.

[7] 胡啟軍,尹 迪,羅 兵. 基于ABC分類的備件多階段多類別分類法[J]. 物流技術(shù),2009,(11):246-248.Method Research on Determining the Important and Key Components in Metro Door Maintenance

XUEHaifeng,HUANGTing,YINHongquan,LIQilei

(1 Nanjing CRRC Puzhen Rail Transport Co., Nanjing 210000 Jiangsu, China)

Door system is the key system of metro vehicles. In order to determine the important parts and key components in door maintenance work, a kind of part classification method is proposed in this paper based on FMECA and ABC taxonomy.Using this method, firstly we do FMECA and calculate severtity and criticality number of the door parts; then severity, criticality number, the purchase price is chosen as the evaluation indexes, which weights are set by AHP; finally a classification model based on ABC classification principle and the comprehensive scoring system to classify components is built in this model. Futher more a metro vehicle door system is analyzed as an example case in this paper. We find out that the method is more accuracy in determining the important and key components during the door maintenance, which will make the door maintenance job has a great rationality.

metro car; doors system; parts classification: FMECA; ABC classification

??)男，高級工程師(

2016-05-16)

1008-7842 (2016) 05-0115-06

U239.5

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2016.05.27