丁敏

（廣州中車軌道交通裝備有限公司，廣東 廣州 510000）

1 前言

截止到2021年4月，我國(guó)已有37座城市開通地鐵，運(yùn)營(yíng)里程超過100km的城市有13座，城市軌道交通能夠有效緩解城市交通壓力，是城市發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)性建設(shè)。城軌車輛是運(yùn)輸?shù)闹苯虞d體，是乘坐體驗(yàn)的第一媒介，同時(shí)也是保障乘客安全的首道屏障，伴隨著人們對(duì)服務(wù)質(zhì)量越來(lái)越高的要求，地鐵運(yùn)營(yíng)公司需要在各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，地鐵車輛優(yōu)化更是重中之重。目前，地鐵車輛維修多數(shù)沿用鐵路車輛維修策略，維修效率較低、成本較高，伴隨人工智能、大數(shù)據(jù)、設(shè)備檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，以智能化、數(shù)字化為特征的車輛智能化維修管理體系也在不斷推廣。

隨著我國(guó)科技水平進(jìn)步，地鐵車輛維修也向著智能化方向發(fā)展，檢測(cè)設(shè)備更加精密、科學(xué)、準(zhǔn)確，檢測(cè)平臺(tái)更加系統(tǒng)、智能，根據(jù)長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得出，傳統(tǒng)的檢修策略效果有待提升，經(jīng)常出現(xiàn)部件過度維修，造成人力、時(shí)間成本的增加。目前主導(dǎo)維修體系主要分為兩大體系，預(yù)防為主與以可靠性為主，即以以磨損理論為基礎(chǔ)的計(jì)劃預(yù)防維修與以故障統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)的狀態(tài)預(yù)防維修，以可靠性為主成為近年各大學(xué)者的研究重點(diǎn)，通常僅需調(diào)度最少的維修資源保證機(jī)車的可靠性和安全性，并引入成熟風(fēng)險(xiǎn)管理方法——影響分析和危害性分析（PMECA），符合實(shí)際檢修場(chǎng)景，保證檢修效果、降低檢修成本。

本文選定狀態(tài)檢修方向，為優(yōu)化車倆維修策略，開展城市軌道交通智能化維修策略分析及研究，首先介紹車輛信息管理與運(yùn)營(yíng)安全問題，分析車輛維修管理現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種基于模糊綜合判斷的改進(jìn)故障模式及影響分析和危害性分析（PMECA）方法，提高故障數(shù)據(jù)分析的深入性，科學(xué)呈現(xiàn)車輛部件狀態(tài)和故障趨勢(shì)，并以此為基礎(chǔ)針對(duì)性制定維修策略，為提升城市軌道車輛智能化維修水平提供新的參考。

2 車輛運(yùn)營(yíng)管理現(xiàn)狀

2.1 車輛信息管理問題

信息管理是現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展的重要組成部分，隨著我國(guó)地鐵運(yùn)行規(guī)模的飛速發(fā)展，車輛維修信息管理問題也是愈發(fā)重要。地鐵車輛維修信息管理受到越來(lái)越多的重視，主要存在以下幾點(diǎn)問題。

（1）車輛每日運(yùn)行數(shù)據(jù)較多，數(shù)據(jù)整理、錄入、傳輸?shù)裙ぷ髡加么罅康墓ぷ魅藛T的時(shí)間成本，降低現(xiàn)場(chǎng)工作效率。（2）采集得到的數(shù)據(jù)中重復(fù)性數(shù)據(jù)占比較高，例如車輛故障會(huì)在每日?qǐng)?bào)告、故障報(bào)告、結(jié)交班記錄等多項(xiàng)報(bào)告中重復(fù)出現(xiàn)，容易造成數(shù)量冗余，并且易出現(xiàn)信息轉(zhuǎn)述出錯(cuò)，降低工作效率。（3）由于每日新增數(shù)據(jù)過多，人員工作變動(dòng)，存儲(chǔ)介質(zhì)損壞、更換，造成舊數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象越來(lái)越多，直接影響數(shù)據(jù)后期的查詢與歸檔出現(xiàn)問題。（4）雖然歷史信息能夠?qū)崿F(xiàn)搜索，但是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)審核時(shí)，通常需要較長(zhǎng)時(shí)準(zhǔn)備時(shí)間，并且常出現(xiàn)文件編號(hào)不連續(xù)，文件檢索不全的現(xiàn)象，造成工作被動(dòng)。

2.2 車輛運(yùn)營(yíng)安全問題

運(yùn)營(yíng)車輛數(shù)據(jù)與日俱增，不僅帶來(lái)信息管理壓力，車輛安全問題也是日漸突出。一方面車輛是乘客安全的直接保障，其安全隱患對(duì)乘客安全將直接產(chǎn)生威脅，另一方面因車輛為題造成車輛晚點(diǎn)、清客甚至救援，會(huì)對(duì)城市正常運(yùn)行造成不良現(xiàn)象，影響城市形象，對(duì)地鐵行業(yè)口碑也是較大沖擊。因此為保證良好的社會(huì)形象，需要最大程度保證車輛運(yùn)行狀態(tài)，提升車倆生產(chǎn)質(zhì)量與維修品質(zhì)，將軌道交通事故隱患降至最低，這成為車輛生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)方的巨大挑戰(zhàn)。

車輛在交付運(yùn)營(yíng)后，運(yùn)營(yíng)方需要對(duì)車輛大量電氣及機(jī)械設(shè)備進(jìn)行科學(xué)維修，保證車輛連續(xù)可靠運(yùn)行，通常需要在故障出現(xiàn)后，準(zhǔn)確查找故障點(diǎn)，分析故障產(chǎn)生原因，解析故障全過程，并制定整改措施；同時(shí)需要對(duì)車輛制定科學(xué)的檢修保養(yǎng)方案，將安全隱患進(jìn)行消除，確保車輛始終處于良好的工作狀態(tài)。

3 基于模糊綜合判斷的PMECA方法

3.1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程

與其他神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型類似，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同樣將誤差error變化作為訓(xùn)練評(píng)估目標(biāo)，利用梯度下降法來(lái)調(diào)整和更新網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)。

首先，利用式（1）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)誤差error：

式中，yd分別為網(wǎng)絡(luò)實(shí)際輸出；ye為網(wǎng)絡(luò)期望輸出。

然后，根據(jù)誤差error按式（2-4）調(diào)整和更新網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

式中，pij為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系數(shù)，a為學(xué)習(xí)率。

3.2 改進(jìn)PMECA方法

結(jié)合模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，制定改進(jìn)PMECA流程圖，如圖1所示。

圖1 改進(jìn)PMECA流程圖

收集現(xiàn)場(chǎng)得到的車輛運(yùn)行過程中的故障數(shù)據(jù)，選取部分典型故障數(shù)據(jù)，應(yīng)用傳統(tǒng)FMECA方法對(duì)故障模式與原因進(jìn)行分析；確定評(píng)價(jià)因素集M，制定故障模式3個(gè)常用評(píng)價(jià)指標(biāo)：

M=｛發(fā)生度，嚴(yán)重度，可探度｝

專家組評(píng)定評(píng)估等級(jí)與不確定度，由專家組選定高斯隸屬度函數(shù)，評(píng)估故障模式分線與不確定度，計(jì)算基本概率分配指標(biāo)并進(jìn)行歸一化處理。

專家組對(duì)某一因素集評(píng)估結(jié)果確定基本概率分配矩陣。

確定權(quán)重集與系統(tǒng)故障危害度確定。

對(duì)故障模式危害度排序，危害度越大，引發(fā)的安全性事故風(fēng)險(xiǎn)越大。

4 智能化維修策略

4.1 車輛維修要求

提升車輛系統(tǒng)可靠度，優(yōu)化車輛系統(tǒng)的維修計(jì)劃，需要在車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初對(duì)車輛的維修性要求進(jìn)行明確。車輛的維修性要求主要分為定量要求與定性要求。

（1）定量要求。定量要求是指車輛系統(tǒng)在維修計(jì)劃中的具體量化參數(shù)，只有對(duì)車輛系統(tǒng)維修性進(jìn)行具體量化，才能以對(duì)車輛進(jìn)行定量分析，并以此為基礎(chǔ)制定維修計(jì)劃，并確定維修過程中維修指標(biāo)。

（2）定性要求。車輛系統(tǒng)維修是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，定性要求作為定量要求的補(bǔ)充，是輔助達(dá)成定量要求的一種措施。通常情況下具有幾點(diǎn)要求：①以完成修復(fù)指標(biāo)為目標(biāo)，確保維修過程的安全性；②對(duì)車輛系統(tǒng)進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)劃分與電氣化分；③維修過程應(yīng)具備可達(dá)性；④降低維修難度與對(duì)維修技術(shù)的技術(shù)要求，減少維修項(xiàng)目數(shù)；⑤提升維修過程中標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程度與零部件互換域度；⑥車輛系統(tǒng)貴重零部件需具備可修復(fù)性；⑦車輛系統(tǒng)關(guān)鍵零部件需加強(qiáng)其運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視。

4.2 生產(chǎn)策略

根據(jù)改進(jìn)PMECA，明確維修度M(t)、維修率μ(t)、平均修復(fù)時(shí)間MTTR、平均預(yù)防性修復(fù)時(shí)間Mpt等，例如，已知車輛部件故障1000km范圍內(nèi)各部分故障統(tǒng)計(jì)。

表1 車輛部件故障1000km內(nèi)各部分故障統(tǒng)計(jì)表

車輛在充分考慮重要性、可靠性、可達(dá)性、檢修方法、可拆卸性等影響因素前提下，結(jié)合車輛主要部件對(duì)維修性的隸屬度進(jìn)行打分，得到車輛系統(tǒng)各部件對(duì)維修性指標(biāo)要求的高低程度，求解出車輛各部件所應(yīng)分配的修復(fù)時(shí)間，根據(jù)計(jì)算出所分配的修復(fù)時(shí)間，如表2所示，進(jìn)而指定合理的維修計(jì)劃，來(lái)保障車輛的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)維修過程中兼顧系統(tǒng)可靠性與資源分配，提升經(jīng)濟(jì)效益提供重要的理論支持。

表2 各單元修復(fù)時(shí)間分配結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的一種基于模糊綜合判斷的改進(jìn)故障模式及影響分析和危害性分析（PMECA）方法，提高故障數(shù)據(jù)分析的深入性，并以此為基礎(chǔ)針對(duì)性制定維修策略，保障車輛的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)維修過程中兼顧系統(tǒng)可靠性與資源分配，為提升城市軌道車輛智能化維修水平提供新的參考。