李姝辰，陳國(guó)寶，周義萱3，，江昶霆，鄭 凱，任 爽

（1.北京交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京100044；2.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司 物資處，上海 200040；3.北京印刷學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 102600；4.北京交通大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100044）

1 引言

截至2016年底，全國(guó)高速鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到2.2萬(wàn)km以上，完成旅客發(fā)送量14.43億人次（均占世界高鐵營(yíng)業(yè)里程和旅客發(fā)送量60%以上）；累計(jì)安排開(kāi)行動(dòng)車(chē)組2 332.5對(duì)，占總旅客列車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)65.3%；動(dòng)車(chē)組擁有量達(dá)到2 586標(biāo)準(zhǔn)組、20 688輛。伴隨著動(dòng)車(chē)組的迅猛發(fā)展，動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件呈現(xiàn)出數(shù)量大與管理復(fù)雜的趨勢(shì)。

中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)：上海局）已經(jīng)開(kāi)展應(yīng)用二維碼對(duì)動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件全生命周期管理，對(duì)提升動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件管理質(zhì)量起到了重要作用[1]。本文以上海動(dòng)車(chē)段為例，以牽引電機(jī)、一系垂向減振器、抗蛇行減振器與車(chē)端減振器為動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件的典型研究對(duì)象，在文獻(xiàn)整理和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，應(yīng)用流程分析法，歸納基于二維碼的動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件全生命周期管理特征；應(yīng)用失效函數(shù)法，分析基于二維碼的動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件的安全監(jiān)測(cè)效果，對(duì)提高動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件管理質(zhì)量和管理效率提供決策支持。

2 研究綜述

既有成果集中于研究設(shè)計(jì)動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件管理系統(tǒng)方面，應(yīng)用二維碼對(duì)動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件全生命周期管理的相關(guān)成果甚少。代表性的學(xué)者有管江旗等人。管江旗等[2]立足于CRH型動(dòng)車(chē)組關(guān)鍵配件全生命周期跟蹤管理的實(shí)際需求，提出建立基于RFID的CRH型動(dòng)車(chē)組關(guān)鍵配件全生命周期跟蹤系統(tǒng)。陳彥等[3]結(jié)合動(dòng)車(chē)組檢修實(shí)際，梳理關(guān)鍵配件檢修追蹤信息以及檢修業(yè)務(wù)流程，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)和功能。

本文借鑒了失效函數(shù)的既有成果，其中楊紅雄等[4]分析了失效因子與質(zhì)量保證的關(guān)系，基于個(gè)體失效模式、可靠性、隨機(jī)過(guò)程，構(gòu)建了公路項(xiàng)目失效函數(shù)。Chulho Bae等[5]為提高城市交通的安全性，研究建立兼顧安全和成本的維修計(jì)劃，應(yīng)用失效函數(shù)，在估計(jì)失效率和平均故障間隔時(shí)間的基礎(chǔ)上，給出了各部件的維修時(shí)間。

3 動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件全生命周期管理特征

根據(jù)動(dòng)車(chē)組檢修作業(yè)相關(guān)規(guī)定，動(dòng)車(chē)組運(yùn)用年限約為20年，動(dòng)車(chē)組檢修分為五個(gè)等級(jí)。其中，牽引電機(jī)、一系垂向減振器、抗蛇行減振器與車(chē)端減振器的一級(jí)和二級(jí)檢修作業(yè)為運(yùn)用檢修，三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)檢修作業(yè)為高級(jí)檢修。

如圖1所示，完成24次一級(jí)修后進(jìn)入二級(jí)修；完成288次一級(jí)修和11次二級(jí)修后進(jìn)入三級(jí)修，完成三級(jí)修后再次進(jìn)入一級(jí)修和二級(jí)修；完成552次一級(jí)修、22次二級(jí)修和1次三級(jí)修后進(jìn)入四級(jí)修，完成四級(jí)修后再次進(jìn)入一級(jí)修和二級(jí)修；完成1 104次一級(jí)修、44次二級(jí)修、2次三級(jí)修和1次四級(jí)修后進(jìn)入五級(jí)修，完成五級(jí)修后再次進(jìn)入一級(jí)修和二級(jí)修，直至動(dòng)車(chē)組全生命周期的20年。

圖1 動(dòng)車(chē)組檢修作業(yè)周期與檢修作業(yè)次數(shù)示意圖

3.1 各級(jí)檢修作業(yè)流程分析

（1）一級(jí)修與二級(jí)修流程分析。如圖2所示，動(dòng)車(chē)組一級(jí)與二級(jí)檢修作業(yè)過(guò)程中，如果無(wú)故障的行車(chē)關(guān)鍵配件更換，共計(jì)經(jīng)過(guò)3個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)。僅經(jīng)由動(dòng)車(chē)運(yùn)用所內(nèi)部的檢修部門(mén)和調(diào)度部門(mén)。掃描二維碼次數(shù)為1次，用于動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件質(zhì)量狀態(tài)信息記錄及檢查作業(yè)狀態(tài)信息記錄。

圖2 一級(jí)修與二級(jí)修流程分析示意圖

（2）三級(jí)修與四級(jí)修流程分析。如圖3所示，動(dòng)車(chē)組三級(jí)與四級(jí)檢修作業(yè)過(guò)程中，共計(jì)經(jīng)過(guò)17個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)。經(jīng)由動(dòng)車(chē)段內(nèi)部的物資、檢修和修理3個(gè)部門(mén)，還需經(jīng)由上海鐵路局物資處（局內(nèi)1單位）和配件供應(yīng)商（局外1企業(yè)）。掃描二維碼次數(shù)為9次，主要用于動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件質(zhì)量狀態(tài)、故障配件更換狀態(tài)、配件采購(gòu)與物流狀態(tài)等信息記錄，以及檢修作業(yè)的狀態(tài)確認(rèn)。

（3）五級(jí)修流程分析。如圖4所示，動(dòng)車(chē)組五級(jí)檢修作業(yè)過(guò)程中，共計(jì)經(jīng)過(guò)5個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)。本單位僅經(jīng)由動(dòng)車(chē)運(yùn)用所內(nèi)部的調(diào)度部門(mén)，還需經(jīng)由委托修理商（局外1企業(yè)）。掃描二維碼次數(shù)為4次，主要用于動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件質(zhì)量狀態(tài)、配件檢修狀態(tài)的信息記錄及檢修作業(yè)的狀態(tài)確認(rèn)。

圖3 三級(jí)修與四級(jí)修流程分析示意圖

圖4 五級(jí)修流程分析示意圖

3.2 全生命周期管理特點(diǎn)

（1）配件的唯一標(biāo)識(shí)碼特點(diǎn)。應(yīng)用二維碼的動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件全生命周期管理特點(diǎn)，見(jiàn)表1。應(yīng)用二維碼，實(shí)現(xiàn)每個(gè)動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件的唯一標(biāo)識(shí)，成為實(shí)現(xiàn)動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件全生命周期可追溯、可視化管理的前提。

在全生命周期管理的過(guò)程中，每個(gè)動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件總計(jì)掃描二維碼次數(shù)約1 919次。其中上海局動(dòng)車(chē)運(yùn)用所或動(dòng)車(chē)段內(nèi)參與部門(mén)類(lèi)型1-3個(gè)，上海局內(nèi)參與單位為物資處，上海局外參與企業(yè)類(lèi)型2個(gè)。因此，要想保證動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件全生命周期信息的一貫標(biāo)識(shí)，不僅需要保證每一次掃描二維碼信息的及時(shí)、準(zhǔn)確，而且需要保證20年間，所有掃描二維碼信息的可讀、可保存、可查詢(xún)、可分析。

（2）多級(jí)、多周期與多單位復(fù)雜管理特點(diǎn)。基于二維碼的動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件全生命周期呈現(xiàn)出多級(jí)與多周期的管理特點(diǎn)，見(jiàn)表1。其中一級(jí)修至五級(jí)修為多次周期性循環(huán)，直至動(dòng)車(chē)組全生命周期的20年。根據(jù)一級(jí)修至五級(jí)修的規(guī)定時(shí)間與里程，初步計(jì)算出一級(jí)檢修作業(yè)次數(shù)約1 800次，二級(jí)檢修作業(yè)次數(shù)約70次，三級(jí)檢修作業(yè)次數(shù)約3次，四級(jí)檢修作業(yè)次數(shù)約2次，五級(jí)檢修作業(yè)次數(shù)1次。

根據(jù)上述一級(jí)修至五級(jí)修的流程示意圖，可以整理出基于二維碼的動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件全生命周期呈現(xiàn)出多單位的復(fù)雜管理特點(diǎn)。在不同級(jí)別修程中，動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件的檢修項(xiàng)目參與單位類(lèi)型、數(shù)量不盡相同。在一級(jí)和二級(jí)修程中，如果無(wú)故障配件更換，檢修參與單位僅為1個(gè)，檢修單位內(nèi)部參與部門(mén)2個(gè)。其他級(jí)別的檢修作業(yè)，不僅要經(jīng)由局內(nèi)若干參與單位（物資處、動(dòng)車(chē)段），還要經(jīng)由局外若干參與企業(yè)（配件供應(yīng)商、修理商）。

表1 動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件全生命周期管理特點(diǎn)

4 動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件安全質(zhì)量管理效果

4.1 單個(gè)配件安全管理

在行車(chē)過(guò)程中，為了確保動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件的安全質(zhì)量，首先應(yīng)用失效函數(shù)法，繪制相應(yīng)的失效函數(shù)圖像，具體分析過(guò)程如下：

通常用一個(gè)非負(fù)隨機(jī)變量X來(lái)描述產(chǎn)品的壽命，則X的相應(yīng)分布函數(shù)為F(t)=P{X＜t}=1-e-(λt)α，可靠度函數(shù)為R(t)=P{X＞t}=1-e-(λt)α，失效率函數(shù)為。

當(dāng)λ=1，α=3時(shí)，r(t)=3t2，失效函數(shù)圖像如圖5所示。

其次，根據(jù)上述失效函數(shù)圖像，對(duì)失效率r(t)關(guān)于時(shí)間t的函數(shù)求反函數(shù)，得到時(shí)間t關(guān)于失效率r(t)的函數(shù)。根據(jù)對(duì)應(yīng)比例，將時(shí)間t與檢修次數(shù)n相聯(lián)系，得到檢修次數(shù)n關(guān)于失效率r(t)的函數(shù)圖像，提出基于二維碼的單個(gè)行車(chē)關(guān)鍵配件無(wú)故障情況下的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)間，如圖6所示。

圖5 失效函數(shù)圖像示意圖

圖6 基于二維碼的單個(gè)配件安全監(jiān)測(cè)示意圖

根據(jù)上述結(jié)果，一級(jí)修至三級(jí)修的檢修次數(shù)為299次，將單個(gè)行車(chē)關(guān)鍵配件失效率分為4級(jí)，分別標(biāo)注綠色，黃色，橙色和紅色。當(dāng)掃描二維碼次數(shù)分別達(dá)到149次，212次，259次和299次時(shí)，失效率分別為25%，50%，75%和100%。據(jù)此，可對(duì)行車(chē)中的單個(gè)配件安全進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)與重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

4.2 所有配件安全管理

由圖7可知，同一種類(lèi)的動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件在同一輛車(chē)上的安全質(zhì)量狀態(tài)不同，而不同種類(lèi)的動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件在同一輛車(chē)上的安全質(zhì)量狀態(tài)更是不同。

以上海局每日開(kāi)行動(dòng)車(chē)組列車(chē)633對(duì)為例，在行車(chē)過(guò)程中，為了確保全局所有行車(chē)關(guān)鍵配件的安全質(zhì)量，基于二維碼信息的可讀、可保存、可查詢(xún)、可分析等特點(diǎn)，將所有行車(chē)關(guān)鍵配件的安全質(zhì)量分別標(biāo)注為綠色，黃色，橙色和紅色。據(jù)此，可對(duì)全局所有行車(chē)關(guān)鍵配件的安全狀態(tài)進(jìn)行全面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，如圖7所示。

圖7 基于二維碼的所有配件安全監(jiān)測(cè)示意圖

5 建議

（1）通過(guò)二維碼監(jiān)測(cè)維修次數(shù)，可以監(jiān)測(cè)動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件的失效狀態(tài)，當(dāng)其失效級(jí)別達(dá)到橙色和紅色（失效率分別為75%和100%），應(yīng)當(dāng)對(duì)此動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件給予高度關(guān)注，做好相應(yīng)的檢修準(zhǔn)備，從而對(duì)行車(chē)中配件的安全進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（2）某一動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件進(jìn)行換裝后，其質(zhì)量狀態(tài)和維修狀態(tài)發(fā)生改變，應(yīng)當(dāng)通過(guò)二維碼對(duì)動(dòng)車(chē)組行車(chē)關(guān)鍵配件重新錄入質(zhì)量狀態(tài)信息和維修狀態(tài)信息，避免與原有信息混淆，影響行車(chē)中配件的安全監(jiān)測(cè)。

[1]王輝.應(yīng)用信息化技術(shù)探索創(chuàng)新動(dòng)車(chē)組配件物流管理新模式[J].鐵路采購(gòu)與物流,2016,11(12):29-30.

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[3]陳彥,李新全,李樊,王璞.基于換件修的動(dòng)車(chē)組關(guān)鍵部件檢修追蹤系統(tǒng)研究[A].第十一屆中國(guó)智能交通年會(huì)大會(huì)論文集[C].2016.

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