張仕華

（成都中車四方軌道車輛有限公司，四川 成都 610100）

0 前言

地鐵車輛架修需要開展車輛重要部件的分解、檢查、清洗、探傷、修理，同時開展地鐵車輛的全面檢測、試驗、維修，以此保證地鐵車輛的綜合性能滿足標準。結(jié)合實際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，地鐵車輛架修會受到車輛技術(shù)類型因素、維修流程因素、人力因素、運營因素、設(shè)施設(shè)備因素、物料供應(yīng)因素、外部因素的直接影響，這類影響都需要在地鐵車輛修程修制改革中得到體現(xiàn)。

1 地鐵車輛架修方式及維修周期

為了深入地了解地鐵車輛修程修制，該節(jié)將圍繞地鐵車輛的架修方式分類、架修方式特點、架修維修影響因素、修程修制現(xiàn)狀4個方面進行深入地分析，以此為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

1.1 架修方式分類

地鐵車輛架修需要兼顧維修與保養(yǎng)，同時以預(yù)防性修理為主，地鐵車輛運行的可靠性和安全性能夠得到保障，先期破壞的可能性也能夠隨之降低?；诰S修能力、部件維修方式、部件維修地點、車輛架修組織方式，可以將地鐵車輛架修方式劃分為分修制、合修制、分散修、集中修、換件修、原件修、委外修以及自主修[1]。

1.2 架修方式特點

合修制存在較高的一次性投入和較大的場地需求，如保障維修質(zhì)量、降低維修成本、集中設(shè)施與人才資源等；分修制能夠減少架修停時及轉(zhuǎn)線時間，可以較好地保證維修質(zhì)量，但是可能導(dǎo)致重復(fù)投資問題；分散修無需長途運輸，能夠節(jié)約時間、提升檢修效率及靈活性，但是可能導(dǎo)致重復(fù)投資的問題；集中修能夠較好地實現(xiàn)專業(yè)人才集中，在專業(yè)設(shè)施利用、維修效率提高、重復(fù)投資規(guī)避方面表現(xiàn)出色，但是需要較大的設(shè)施投資；原件修能夠降低維修耗費，適用于沒有備件的情況；換件修能夠快速、及時地滿足維修要求，對維修人員和維修級別的技能要求不高，在節(jié)省人力、保證質(zhì)量、縮短修理停時方面表現(xiàn)出色；自主修有利于把控架修進度，且能夠不斷地提升員工的維修水平，但是同時存在較高的維修成本；委外修能夠有效地降低維修成本，充分利用外部資源[2]。

1.3 架修維修影響因素

地鐵車輛架修維修會受到多方面因素的影響，架修維修能力是其中的代表。地鐵車輛的架修維修能力可以細分為有效能力和設(shè)計能力，有效能力指的是車輛技術(shù)差異、車輛質(zhì)量因素、設(shè)備維修、個人時間在設(shè)計能力扣除下導(dǎo)致的維修能力降低，設(shè)計能力是指地鐵車輛在理想狀態(tài)下所能夠完成的架修數(shù)量。受到維修深度、地鐵車輛技術(shù)類型等因素的影響，設(shè)計能力一般大于有效能力，但是受到人員缺勤、設(shè)備故障等因素影響，有效能力一般大出實際產(chǎn)出。通過進一步分析，維修流程、運營因素、物料供應(yīng)因素、車輛技術(shù)類型因素、設(shè)施設(shè)備因素、人力因素以及外部因素等都會給地鐵車輛架修維修帶來影響，這種影響會在架修維修能力中直觀地體現(xiàn)。以維修流程為例，地鐵車輛的維修能力直接受到維修效率的影響，維修效率高低則直接由維修流程的決定。在地鐵車輛的架修維修過程中，維修效率為標準及生產(chǎn)工時的比值，前者指的是地鐵車輛架修需要的平均耗時，屬于正常生產(chǎn)下需要的成本及時間，后者是指實際需要的特定維修生產(chǎn)耗時，屬于實際投入維修的成本及時間。生產(chǎn)速度的穩(wěn)定性直接受到維修效率高低的影響，通過優(yōu)化架修維修流程并且提高維修質(zhì)量，地鐵車輛的架修維修能力就可以有效地提升，圖1為設(shè)備故障率浴盆曲線，地鐵車輛設(shè)備的故障率變化基本遵循該曲線，由此可以進行針對性的地鐵車輛架修維修。

1.4 現(xiàn)狀分析

以北京地鐵為例，其車輛架修選擇分修制，設(shè)置的架修周期為26萬km～30萬km以及24 d的庫停時間；上海地鐵采用分修制的車輛架修，設(shè)置有運營5 a或50萬km的架修周期以及25 d的庫停時間；廣州地鐵采用分修制的車輛架修，設(shè)置有運營6 a或52萬km～75萬km的架修周期，以及30 d的庫停時間；南京地鐵采用委外修與合修制的車輛架修，設(shè)置有運營5 a或50萬km～60萬km的架修周期，以及28 d的庫停時間[3]。

2 基于可靠性維修的地鐵車輛修程修制改革路徑

2.1 架修維修流程改革路徑

為了直觀地展示地鐵車輛架修維修流程改革路徑，該節(jié)將圍繞架修維修模塊化設(shè)計、架修維修流程優(yōu)化模型以及案例分析3個方面進行深入探討。

2.1.1 架修維修模塊化設(shè)計

圖1為地鐵車輛架修流程示意圖，結(jié)合該圖可以將地鐵車輛架修細分為6個部分，包括車輛的分解清洗、轉(zhuǎn)向架輪對系統(tǒng)檢修、檢修電氣系統(tǒng)、檢修制動系統(tǒng)、檢修車門內(nèi)裝系統(tǒng)、靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試。

圖1 地鐵車輛架修流程示意圖

在基于可靠性維修的地鐵車輛架修流程改革中，需要基于于“七步作業(yè)法”開展地鐵車輛系統(tǒng)的可靠性分析，選定的維修模塊涉及維修工時、維修內(nèi)容、維修人員、工器具、維修周期、維修條件、備配備件，具體包括以下7個步驟：1）關(guān)鍵設(shè)備選擇。需要針對性地確定架修維修模塊的工位數(shù)及名稱。2）關(guān)鍵設(shè)備性能及功能指標確定。需完成維修內(nèi)容的初選。3）確定所有合理功能故障。選定維修工器具、診斷工具。4）完成可最可信維修模式及后果確定。維修內(nèi)容明確。5）有效和可行維修策略選擇。維修條件確定。6）計劃制定和策略實施。確定維修的工時、人員、備品備件。7）維修策略優(yōu)化及效果評價開展。維修周期確定[4]。

將架修維修模塊細分為標準模塊和可變模塊，標準模塊指的是僅能單獨開展維修操作的工藝、架修維修中空調(diào)拆解等必不可少的工藝?？勺兡K指的是可以不修或少修的工藝以及可以同時與其他工藝一起維修的工藝。

2.1.2 架修維修流程優(yōu)化模型

對于存在維修時間約束的各模塊來說，模塊間同時存在互斥約束和裙帶約束，因此架修維修流程優(yōu)化模型的建設(shè)不能簡單地對所有架修工序、工藝進行拆分、組合，而是需要在明確各類維修的特殊維修條件和基本信息基礎(chǔ)上，完成模塊重組模型的建設(shè)，同時完成維修模塊組合的最佳求解，地鐵車輛架修的需要。地鐵車輛的運行的可靠性和安全性也能夠得到保障?；谔嵘罔F車輛利用效率和維修人員工作效率確定目標函數(shù)，由于二者存在一定的正相關(guān)性，在劃分地鐵車輛架修工藝維修模塊的過程中，基于不同模塊工作內(nèi)容，對維修人員數(shù)量進行精編，工作效率提升將順利實現(xiàn)，由此開展的目標函數(shù)構(gòu)建主要依據(jù)為地鐵車輛利用效率提升，即架修過程中地鐵車輛庫停時間的縮短，基于最少庫停時間的目標函數(shù)模型如公式（1）和公式 （2）所示。

式中：N、M、T分別為車輛架修工位總數(shù)、車輛架修維修模塊總數(shù)、架修維修中每天維修人員的標準工時；i、j分別為車輛架修工藝（第i個）、車輛架修維修模塊（第j個）；分別為每個工位標準模塊在車輛架修維修工藝中的維修總時間、車輛架修維修模塊（第j個）維修工作量、車輛架修維修可變模塊（第j個）維修工作量、車輛架修維修工藝（第i個）維修工作總量上限；xij=0、xij=1分別為架修維修工藝（第i個）與架修維修模塊（第j個）不在、在同一時間進行，j1、j2代表架修工藝中的2個工藝。深入分析上述模型可以發(fā)現(xiàn)，該模型存在3個約束條件，包括工作量約束（每個架修工位）、同一個架修工位中2個模塊是否可以同時進行、2個模塊必須在不同時間或不同的架修工位進行。在模型的求解中，該文采用模擬退火算法作為隨機的搜索算法，該算法具備魯棒性強、通用、簡單以及并行處理效果顯著等優(yōu)勢，在復(fù)雜的非線性優(yōu)化問題求解中有出色表現(xiàn)[5]。

2.1.3 案例分析

以某地鐵維修公司為例，該公司擁有工位12個，基于針對性的跟蹤統(tǒng)計，將該公司的車輛架修工藝細分為標準模塊和可變模塊，數(shù)量分別為22個、32個，同時存在50 h的標準模塊維修總時間，表2為可變模塊維修時間。

表 2 可變模塊維修時間

案例中模型求解采用模擬退火算法，N、M、T、Wi分別為12、32、5 h、24 人，Bt、由現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)決定，K取0.95，初始溫度T、終止溫度t分別設(shè)置為10000 ℃、10-12℃。通過求解能夠得到最優(yōu)解23，這說明優(yōu)化地鐵車輛架修流程后，存在23 d的車輛架修庫停時間。

2.2 架修維修周期改革路徑

為了直觀地展示架修維修周期改革路徑，該文將圍繞關(guān)鍵部件選擇與特征分析、架修維修周期優(yōu)化模型、案例分析3個方面進行深入探討。

2.2.1 關(guān)鍵部件選擇與特征分析

在地鐵車輛部件的分類過程中，可以采用ABC分類法和層次分析法，準則指標包括故障率、維修費用、運營服務(wù)性、運營安全性，然后確定車輛部件對準則的權(quán)重，這一環(huán)節(jié)ABC分類法，加權(quán)權(quán)重計算可基于層次分析法確定，最終ABC分類可基于車輛部件的加權(quán)權(quán)重開展，架修維修中車輛部件的針對性將大幅提升。

在選擇地鐵車輛的關(guān)鍵部件過程中，以設(shè)備部件的關(guān)鍵性為目標層，以故障率、維修費用、運營服務(wù)性、運營安全性為準則層，以設(shè)備部件為方案層，具體的權(quán)重計算公式如公式（3）所示。

結(jié)合矩陣A∶A（Aj）4×4（i，j=1，2，3，4），即可完成權(quán)重計算，其中aij數(shù)值為1、3、5、7、9，分別代表存在同等重要的2個影響因素、存在稍微重要的1個影響因素、存在比較重要的1個影響因素、存在非常重要的1個影響因素、存在極其重要的1個影響因素，2、4、6、8則代表處于上述相鄰情況之間的影響因素，每個影響因素對目標層的權(quán)重可以由此計算得出，進一步引入ABC分類法，可得到表3所示的ABC分類結(jié)果。

表3 ABC分類結(jié)果

通過對每個參與分類部件關(guān)鍵性的權(quán)重計算，由高到低排序權(quán)重，關(guān)鍵部件即可通過ABC分類順利獲取。以某地鐵檢修公司為例，統(tǒng)計該公司的車輛部件維修費用、故障統(tǒng)計等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用該文方法進行針對性分類，可以得到ABC分類權(quán)重分配及判斷依據(jù)詳情表，見表4。

表4 ABC分類權(quán)重分配及判斷依據(jù)詳情表

基于具體數(shù)據(jù)，可得到表5所示的車輛部件分類結(jié)果。

表5 車輛部件分類結(jié)果

2.2.2 架修維修周期優(yōu)化模型

為了判定設(shè)備部件可靠狀態(tài)，需要結(jié)合《國家城市軌道交通運營突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案》的相關(guān)要求，明確地鐵車輛不可靠狀態(tài)、次可靠狀態(tài)、可靠狀態(tài)，分別為0.09次/萬列公里以下的導(dǎo)致車輛退出服務(wù)部件故障率、小于等于0.1次且大于0.09次/萬列公里、大于0.1次/萬列公里，其中不可靠狀態(tài)屬于不可接受的可靠性。在架修維修周期優(yōu)化模型的建設(shè)中，考慮到較多的地鐵車輛部件種類一一統(tǒng)計的工作量過大，因此該研究只是圍繞影響地鐵車輛運行可靠性較大的關(guān)鍵部件開展，以此為架修修程的最佳維修周期確定提供依據(jù)。在具體的優(yōu)化過程中，優(yōu)化需要以安全可靠的部件運營為前提，以此實現(xiàn)維修周期延長和維持成本控制。因此需要以可靠性維修為約束條件，優(yōu)化目標為架修周期內(nèi)地鐵車輛安全運營最低平均維修費用，以此建立模型?？紤]到在架修庫或修理廠的拆解維修會直接影響地鐵運營，因此需要設(shè)法兼顧維修人工成本、維修材料成本、架修停機時間損失，由此可得到地鐵車輛關(guān)鍵部件架修周期優(yōu)化模型如公式（4）所示。

式中：C（L）、R（l）分別為一次架修流程中地鐵車輛單位安全運營里程總成本、關(guān)鍵部件可靠度函數(shù)；ca、cd、cr分別為單次架修維修總費用、庫停維修時間產(chǎn)生的損失費用、進入架修前地鐵車輛的部件維修單次費用，其中cd包括水電費、租賃費等，ca包括了維修材料費、分工成本和委外維保費用等。L、R（L）、Re分別為架修維修周期決策變量、關(guān)鍵部件在L運營里程時的可靠度、關(guān)鍵部件可靠度要求下限，f（l）、dl分別為關(guān)鍵部件故障概率密度函數(shù)、可靠運營里程（單個架修周期內(nèi)）。為了確定模型參數(shù)，需要對地鐵車輛架修流程記錄數(shù)據(jù)進行收集和分析，以此開展數(shù)理統(tǒng)計及針對性的分布檢驗，主要的分布函數(shù)、對應(yīng)的壽命分布類型、相應(yīng)的參數(shù)即可確定。還應(yīng)該結(jié)合員工工資維修消耗、維修記錄賬單等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，獲得維修材料相關(guān)費用數(shù)據(jù)，結(jié)合可靠度的約束條件進行模型求解，地鐵車輛架修維修的最佳里程周期即可順利求得?；诘罔F車輛架修維修的最佳里程周期，地鐵車輛的可靠安全運行能夠得到保障，維修成本節(jié)約可以同時兼顧，地鐵車輛架修維修經(jīng)濟性與部件可靠性的合理優(yōu)化平衡點能夠順利獲得。

2.2.3 案例分析

為了提升研究的價值，以某地鐵維修公司統(tǒng)計的已完成架修工作為研究對象，共涉及地鐵車輛61列，分別統(tǒng)計進入標準架修作業(yè)里程的地鐵車輛關(guān)鍵部件至實際執(zhí)行架修作業(yè)時里程范圍內(nèi)的故障情況，同時統(tǒng)計和分析地鐵車輛架修流程中的具體故障情況，選擇萬公里故障率作為可靠性分析指標，故障頻數(shù)與走行公里數(shù)的比值即為故障率，“次/萬公里”為故障率的單位。對故障率走勢進行分析可以得出地鐵車輛部件安全可靠運營里程范圍minL，如公式（5）所示。

基于公式（5），可確定存在[0，70.2]的安全可靠運營里程范圍。在對案例中61列地鐵車輛的統(tǒng)計中，走行公里數(shù)在75萬km以上的有7列，在75萬km以內(nèi)的有54列。進一步統(tǒng)計進入架修期的地鐵車輛走行里程數(shù)據(jù)，取0.05為置信度，基于計算得到的1.2738結(jié)果（威布爾分布檢驗統(tǒng)計量），可以確定分布檢驗條件得到滿足，因此61列地鐵車輛存在服從威布爾分布規(guī)律的部件故障率。進一步進行計算，可以得到地鐵車輛部件的可靠度函數(shù)和故障概率密度函數(shù)，如公式（6）和公式（7）所示。

在具體計算中，ca、cd、cr分別取2200000、5300、520000，m、Re、η分別取6.6、0.85、581128.553。在架修周期優(yōu)化模型中帶入相關(guān)參數(shù)，具體求解采用MATLAB數(shù)學(xué)工具，最終可以得到如圖2所示的維修費用與架修周期對應(yīng)關(guān)系。

基于圖2進行分析可以發(fā)現(xiàn)，能夠得到66.5×104km的地鐵車輛最佳架修維修周期，此時開展架修能夠得到最經(jīng)濟的效果。但是由于地鐵車輛運營中基于架修任務(wù)的固定運營里程控制存在較高難度，因此該文建議以[65×104，68×104km]為架修周期，這不僅能夠控制地鐵車輛架修維修費用，同時能夠保證地鐵車輛始終在可靠、安全的范圍內(nèi)運營，地鐵車輛的架修周期也能夠有效延長，較好地規(guī)避了維修資源浪費等問題。

圖2 維修費用與架修周期對應(yīng)關(guān)系

3 結(jié)論

綜上所述，基于可靠性維修的地鐵車輛修程修制改革具有較高的現(xiàn)實意義。在此基礎(chǔ)上，該文涉及的架修維修模塊化設(shè)計、架修維修流程優(yōu)化模型、關(guān)鍵部件選擇與特征分析、架修維修周期優(yōu)化模型等內(nèi)容，則提供了可行性較高的地鐵車輛修程修制改革路徑。為了更好地優(yōu)化地鐵車輛修程修制，車輛架修修精益化生產(chǎn)等精益管理思想的引入、智能化診斷及監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用同樣需要得到相關(guān)業(yè)內(nèi)人士的重視。