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        關(guān)于軌道交通車(chē)輛維修策略制定方法的探討

        2021-01-05 03:26:32王大奎王海濤
        設(shè)備管理與維修 2020年21期
        關(guān)鍵詞:故障用戶功能

        王大奎,王海濤,藺 高,譚 洋

        (中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司,山東青島 266000)

        0 引言

        維修的目的是恢復(fù)設(shè)備性能,達(dá)到預(yù)期的可靠性水平,進(jìn)而降低使用故障率[1]。預(yù)防性維修主要是指在設(shè)備沒(méi)有發(fā)生故障或尚未造成損壞的前提下即展開(kāi)一系列維修的維修策略,通過(guò)定期對(duì)產(chǎn)品的系統(tǒng)性檢查、設(shè)備測(cè)試和更換以防止功能故障發(fā)生,使其保持在規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的全部活動(dòng)[2-3]。糾正性維修指設(shè)備已經(jīng)發(fā)生故障后,使其恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的非計(jì)劃性的一系列活動(dòng)[4]。

        隨著軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展,越來(lái)越多的軌道車(chē)輛逐漸進(jìn)入大修期。目前對(duì)于維修策略的制定缺乏統(tǒng)一的、充分的理論依據(jù),普遍采取相對(duì)保守的“預(yù)防性維修策略”,存在較多“過(guò)度修”行為,維修經(jīng)濟(jì)性較差,不符合用戶對(duì)維修成本的期望。

        軌道交通車(chē)輛由牽引、制動(dòng)、空調(diào)、車(chē)門(mén)、轉(zhuǎn)向架等一系列復(fù)雜系統(tǒng)構(gòu)成,涉及的部件達(dá)上萬(wàn)個(gè),究竟該如何選擇每一個(gè)部件的維修策略是制約維修成本的關(guān)鍵因素。

        國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者針對(duì)維修策略從不同角度進(jìn)行了探討和分析。文獻(xiàn)[5]在考慮失效相關(guān)和經(jīng)濟(jì)性相關(guān)的基礎(chǔ)上,采用聚合算法,建立了多部件系統(tǒng)折扣準(zhǔn)則模型,得到了維修費(fèi)率的最優(yōu)方程;文獻(xiàn)[6]在測(cè)試性D 矩陣基礎(chǔ)上,提出了一種基于單故障化的多故障診斷與維修策略(Multiple Fault Diagnosis and Maintenance Strategy by Translating into Single fault,MFDMSTS);文獻(xiàn)[7]提出了3 種根據(jù)產(chǎn)品使用時(shí)間進(jìn)行定期預(yù)防更換的服役年齡更換策略;文獻(xiàn)[8]基于RCM(Reliability Centered Maintenance,以可靠性為中心的維修)理論對(duì)預(yù)防性維修的決策模型進(jìn)行深入研究,建立了以費(fèi)用、可用度和概率風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)的定期更換、功能檢查、故障處置決策模型。

        1 維修策略制定方法

        1.1 最小可維修單元?jiǎng)澐?/h3>

        為合理選擇軌道交通車(chē)輛維修策略,需將車(chē)輛劃分成牽引、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向架等若干個(gè)系統(tǒng),再將每個(gè)系統(tǒng)分解為若干部件,最后精準(zhǔn)定位至每一個(gè)最小可維修單元(Line Replaceable Unit,LRU)進(jìn)行維修策略的分析。如空調(diào)系統(tǒng)可劃分為空調(diào)機(jī)組、空調(diào)控制柜、采暖設(shè)備等,空調(diào)機(jī)組由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥等零部件組成,維修策略分析時(shí)需選取至壓縮機(jī)層級(jí)進(jìn)行。最終由每一個(gè)最小可維修單元的維修策略整合為整個(gè)設(shè)備、系統(tǒng)乃至車(chē)輛的維修策略。

        1.2 失效模式及影響分析

        基于FMECA(Failure Mode and Effect Analysis,失效模式和效應(yīng)分析)數(shù)據(jù),分析LRU 的失效模式及影響,將對(duì)車(chē)輛運(yùn)營(yíng)的影響劃分為安全類(lèi)、功能/秩序類(lèi)、經(jīng)濟(jì)類(lèi)3 個(gè)等級(jí)。其中,安全類(lèi)指故障時(shí)會(huì)對(duì)車(chē)輛運(yùn)營(yíng)安全造成威脅,如軸箱軸承;功能/秩序類(lèi)指故障時(shí)會(huì)影響部件本身功能的實(shí)現(xiàn),但是對(duì)安全無(wú)影響,如空調(diào)失效時(shí)會(huì)降低旅客乘坐舒適度;經(jīng)濟(jì)類(lèi)指失效時(shí)對(duì)安全、功能及秩序均無(wú)影響,如內(nèi)裝板、客室電視等。根據(jù)影響等級(jí)的劃分再進(jìn)一步考慮其他影響因素,制定LRU 的維修策略。

        1.3 影響維修策略制定的因素

        除LRU 故障影響等級(jí)外,還應(yīng)充分考慮用戶需求、LRU 的可維修性、監(jiān)控措施、故障的顯隱性等因素。用戶需求指用戶對(duì)車(chē)輛維修后可靠性指標(biāo)的需求,如功能/秩序類(lèi)部件,若用戶要求較高可采用預(yù)防性維修策略,若用戶對(duì)維修成本更為關(guān)注則采用糾正性維修策略;可維修性指LRU 故障處置便利程度,能否在不耗費(fèi)較多資源的情況下快速修復(fù)或更換;監(jiān)控措施指LRU 故障時(shí)能否被及時(shí)發(fā)現(xiàn),主要依賴于新興的車(chē)輛視頻監(jiān)控系統(tǒng),如弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)、軸溫監(jiān)測(cè)等;故障顯隱性指車(chē)輛在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,LRU 的故障能否被司乘人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行相應(yīng)的處置,如管路泄漏會(huì)在司機(jī)室HMI(Human Machine Interface,人機(jī)界面)屏上顯示“總風(fēng)壓力不足”,為顯性故障,如車(chē)下某處螺栓松動(dòng)或斷裂不能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn),為隱性故障。

        1.4 維修策略制定技術(shù)路線圖

        綜合上述因素,形成了軌道交通車(chē)輛維修策略制定技術(shù)路線圖(圖1)。其中,PIS 系統(tǒng)即Passenger Information System,乘客信息系統(tǒng);VVVF 為Variable Voltage and Variable Frequency,即可變電壓、可變頻率,也就是變頻調(diào)速系統(tǒng);預(yù)防性維修屬于安全類(lèi),糾正性維修+檢查/監(jiān)控屬于功能/秩序類(lèi),糾正性維修屬于經(jīng)濟(jì)類(lèi)。

        該技術(shù)路線最重要的特點(diǎn)是,將用戶需求作為維修策略制定的重要依據(jù),體現(xiàn)了現(xiàn)代軌道交通行業(yè)以用戶需求為導(dǎo)向的服務(wù)潮流。

        圖1 城軌車(chē)輛維修策略制定技術(shù)路線

        2 維修策略制定實(shí)例

        2.1 工作原理

        中繼閥為制動(dòng)控制裝置LRU 級(jí)子部件(圖2):常用及快速制動(dòng)時(shí),根據(jù)制動(dòng)指令通過(guò)制動(dòng)電磁閥和緩解電磁閥產(chǎn)生要求的制動(dòng)缸預(yù)控壓力,再通過(guò)中繼閥進(jìn)行流量放大輸出制動(dòng)缸壓力;緊急制動(dòng)時(shí),采集空簧壓力信號(hào),通過(guò)空重閥輸出不同載重的下的緊急制動(dòng)預(yù)控壓力,再通過(guò)中繼閥流量放大向制動(dòng)缸輸出緊急制動(dòng)壓力。

        圖2 制動(dòng)控制裝置氣路原理

        2.2 失效模式分析

        根據(jù)產(chǎn)品自身特性及既有檢修運(yùn)用經(jīng)驗(yàn),梳理中繼閥的失效模式,識(shí)別每一種失效模式的失效原因、失效影響及相應(yīng)的應(yīng)急處置措施(表1)。

        基于失效模式分析結(jié)果,中繼閥屬于“影響功能/秩序”類(lèi)部件。

        2.3 維修策略分析

        中繼閥屬于“影響功能/秩序”類(lèi)部件,根據(jù)維修策略制定技術(shù)路線(圖1),需針對(duì)用戶需求制定不同的維修策略,同時(shí)需考慮失效模式自身屬性(圖3、圖4)。

        由圖3、圖4 可以看出,當(dāng)用戶對(duì)部件可靠性要求較高時(shí),均需對(duì)中繼閥進(jìn)行預(yù)防性維修;當(dāng)用戶對(duì)部件可靠性要求較低時(shí),顯性故障(卡滯)需進(jìn)行糾正性維修,隱性故障(泄漏)需糾正性維修和日常檢查相結(jié)合。

        表1 中繼閥失效模式分析

        根據(jù)上述分析,中繼閥維修策略見(jiàn)表2。

        3 結(jié)論與展望

        針對(duì)軌道交通車(chē)輛維修策略的制定缺乏統(tǒng)一、充分理論依據(jù)的現(xiàn)狀,基于產(chǎn)品FMECA 數(shù)據(jù),同時(shí)充分考慮用戶需求、設(shè)備可維修性、故障顯隱性等因素,提出了維修策略制定技術(shù)路線圖,并以中繼閥為例論證了該技術(shù)路線的可行性,為軌道交通車(chē)輛維修策略的制定開(kāi)辟了一條全新的道路。

        表2 中繼閥維修策略

        圖3 中繼閥卡滯維修策略技術(shù)路線

        圖4 中繼閥泄漏維修策略技術(shù)路線

        本文僅針對(duì)軌道交通車(chē)輛的維修策略進(jìn)行了探討,并未涉及具體的維修方案。隨著軌道交通行業(yè)的發(fā)展,用戶對(duì)車(chē)輛全壽命周期成本的關(guān)注度越來(lái)越高,而能夠提供合理的全壽命周期維修方案成為車(chē)輛制造廠關(guān)鍵的競(jìng)爭(zhēng)因素。RCM 已成為維修方案制定的重要理論支撐,將本文所述維修策略制定方法與RCM相結(jié)合,能夠制定出車(chē)輛完整的全壽命周期維修方案。

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