王永生，徐桂紅

（1 西安開天鐵路電氣股份有限公司，陜西西安710077；2 北京瑞思天創(chuàng)科技有限公司，北京100081）

基于UNIFE模型的鐵路電氣產(chǎn)品LCC分析的應(yīng)用研究

王永生1，徐桂紅2

（1 西安開天鐵路電氣股份有限公司，陜西西安710077；2 北京瑞思天創(chuàng)科技有限公司，北京100081）

介紹了UNIFE-LCC模型，并以鐵路用電磁接觸器為例，闡述了如何應(yīng)用UNIFE-LCC模型進(jìn)行LCC分析，來響應(yīng)顧客關(guān)于LCC的要求，為進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品LCC水平，提升產(chǎn)品品質(zhì)奠定基礎(chǔ)。

LCC；UNLIFE模型；電磁接觸器

對于鐵路運輸裝備而言，運營維持費用遠(yuǎn)大于其購置費用。據(jù)統(tǒng)計，鐵路機車車輛的購置費用是其全壽命周期費用（即LCC）的12%～34%，而運營維護(hù)費用卻占LCC的66%～88%。由此可見，進(jìn)行鐵路運輸裝備的LCC分析研究具有重要的意義。在歐洲鐵路行業(yè)，自1986年瑞典高速列車X2000的采購合同中首次增加了LCC要求后，LCC要求一直是招標(biāo)標(biāo)書中必不可少的重要內(nèi)容。鑒于此，本文以鐵路電氣產(chǎn)品（電磁接觸器）為例，介紹如何應(yīng)用UNLIFE模型進(jìn)行LCC分析。

1 UNIFE-LCC模型介紹

UNIFE（歐洲鐵路工業(yè)協(xié)會）在1997年成立了工作組以協(xié)調(diào)并統(tǒng)一對LCC（全壽命周期費用）的理解和分析計算，并陸續(xù)發(fā)布了全壽命周期費用的系列指南，其中最重要的就是形成了以UNIFE-UNILIFE和UNIFE-UNIDATA（以下分別稱為UNILIFE和UNIDATA）為主的UNIFE-LCC模型。

該模型是由UNILIFE和UNIDATA兩個軟件（微軟電子表格格式）組成的，用于鐵路系統(tǒng)的LCC工具。UNILIFE用于子系統(tǒng)（設(shè)備）制造商LCC的數(shù)據(jù)傳送，而UNIDATA用于零部件供應(yīng)商的LCC的數(shù)據(jù)傳送。UNIDATA是UNILIFE的子集，與UNILIFE相比去除了LCC計算功能，僅用于收集供應(yīng)商提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。以鐵路機車車輛為例，鐵路運營商提出LCC總要求給主機廠，主機廠將其分解到各子系統(tǒng)（設(shè)備）制造商，后者又進(jìn)一步將LCC要求分解到零部件供應(yīng)商。零部件供應(yīng)商用UNIDATA將實際的LCC相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳送給子系統(tǒng)（設(shè)備）制造商，子系統(tǒng)（設(shè)備）制造商利用UNILIFE整合各零部件供應(yīng)商的LCC信息，形成子系統(tǒng)（設(shè)備）的完整LCC結(jié)果和報告，用UNILIFE傳送給主機廠進(jìn)行整合，以使主機廠完成整機的LCC分析報告。圖1給出了在LCC要求和結(jié)果的數(shù)據(jù)傳送過程之間的用戶接口和軟件接口示意圖。在系統(tǒng)、子系統(tǒng)/設(shè)備制造商及組件之間數(shù)據(jù)的傳送過程中，數(shù)據(jù)的載體是通過模型中如圖2所示的結(jié)構(gòu)樹的模式實現(xiàn)的。

圖3給出了UNIFE模型的全壽命周期總費用的費用結(jié)構(gòu)分解示意。其中LSC（維修保障費用）部分包括預(yù)防性維修、糾正性維修和能源費用等，這些可依據(jù)不同的列車配置得以區(qū)分。對于那些不以特定的維修活動為驅(qū)動的所有費用收集，如投資、能源和年度費用（主要為土建、通信等與鐵路系統(tǒng)運營相關(guān)的費用），在模型（微軟電子表格）中被歸集到＂其他費用＂中。由總費用還可以進(jìn)一步計算得到折現(xiàn)費用。

UNILIFE和UNIDATA是微軟電子表格格式的軟件，當(dāng)輸入相關(guān)數(shù)據(jù)后，可實現(xiàn)自動計算結(jié)果的功能。這兩個軟件都包含了許多工作表，這些工作表被命名為封面、項目信息、版本信息、全局?jǐn)?shù)據(jù)（工作周期）、糾正性和預(yù)防性維修費用、其他固定的和運營的費用（如能源、投資、培訓(xùn)、文件和工具）等。所不同的是UNILIFE還包括了一個包含LCC計算結(jié)果的報告工作表。

UNIFE的LCC模型是以顧客導(dǎo)向的LCC模型，該模型著重關(guān)注投資費用、運營費用，特別是壽命周期內(nèi)的維修保障費用。對諸如報廢處置、管理延遲及配品配件的物流費用關(guān)注相對較少。

2 UNIFE-LCC模型在鐵路電氣產(chǎn)品LCC分析中的應(yīng)用

為了說明UNILIFE-LCC模型在鐵路電氣產(chǎn)品LCC分析中的應(yīng)用，特設(shè)定以下的合同環(huán)境：

圖1 UNIFE-LCC模型的供求關(guān)系中不同角色及數(shù)據(jù)傳送示意圖

圖2 UNILIFE的結(jié)構(gòu)樹模式

圖3 UNIFE模型的費用分解結(jié)構(gòu)示意圖

某主機廠為滿足10列25G、25T客車項目的需要，決定從其供應(yīng)商處以每臺5 800元人民幣的單價、采購720臺某規(guī)格的電磁接觸器。該25G、25T客車共由18節(jié)車輛組成，每節(jié)車輛配備該規(guī)格的電磁接觸器為4臺。（注：本文出現(xiàn)的失效率、費用等數(shù)值皆為示例值，僅為說明LCC計算過程，并不代表實際水平。）

本例從電磁接觸器制造商的角度，以該規(guī)格的電磁接觸器為例，介紹如何用上文介紹的UNILFE-LCC模型對鐵路電氣產(chǎn)品進(jìn)行LCC預(yù)計分析。本例應(yīng)用模型中UNILIFE軟件進(jìn)行計算。

2.1 LCC分析的信息收集及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

在進(jìn)行LCC分析前，就計算所需的信息及數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并整理如表1所示。

表1 UNILIFE－LCC分析用的全面數(shù)據(jù)表

2.2 糾正性維修（CM）費用的計算

鐵路電氣產(chǎn)品雖然有高的安全性和可靠性，但在運營過程中還會有故障發(fā)生，這就會涉及到故障發(fā)生后的維修費用問題。要計算電磁接觸器的糾正性維修費用，必須依據(jù)電磁接觸器及其可維修部件的故障率，這樣才能得到可能故障的次數(shù)、維修的人工工時、更換的配件材料等費用。例如表2中的“標(biāo)志1：電磁接觸器”，在每列車上共有72臺在用，每臺故障率為1.6 847× 10－6/h，為修復(fù)這些故障所需的平均維修工時為0.47 h，這些故障中有8.2%為機破，除了發(fā)生因維修導(dǎo)致的人工費用和配件材料費用外，每次機破還會產(chǎn)生2萬元的罰款費用；這些故障的91.8%為其他類故障，會發(fā)生因維修導(dǎo)致的人工費用和配件材料費用。在所有類似的故障率、維修工時等數(shù)據(jù)輸入后，UNILIFE會自動計算出如表2所示的結(jié)果。本例計算出的壽命周期內(nèi)的糾正性維修費用為34 592元，故障懲罰費用為6 239元。

表2 電磁接觸器的糾正性維修計算及結(jié)果

2.3 預(yù)防性維修（PM）費用的計算

為了盡可能少地發(fā)生故障，必須適當(dāng)?shù)亻_展必要的預(yù)防性維修活動，如本例的電磁接觸器安排了小修、年檢和中修三級預(yù)防性維修活動。同樣為了計算預(yù)防性維修費用，需輸入每列車各級別維修活動的次數(shù)、每次維修的人工工時、每次維修所需的備品備件等數(shù)據(jù)。例如表3中的“標(biāo)志1.01：接觸機構(gòu)”，在每列車上共有72臺在用。對于接觸機構(gòu)，存在兩級預(yù)防性維修活動，即年檢（在機車現(xiàn)場進(jìn)行）和中修（在機務(wù)段電檢車間進(jìn)行）。在年檢時，需要更換接觸機構(gòu)的可能性為1%，即有1%的可能會發(fā)生表3中的材料費用，否則，只會發(fā)生有年檢的人工工時費用。在年檢過程中，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)不好，會導(dǎo)致發(fā)生例外的中修活動。同樣在中修時，除了發(fā)生中修的人工工時費用外，還有2%的可能需要更換接觸機構(gòu)。在輸入所有類似各級別的維修活動、維修工時等數(shù)據(jù)后，UNILIFE會自動計算出如表3所示的結(jié)果。本例計算出的全壽命周期內(nèi)的預(yù)防性維修費用為64 183元。

2.4 維修工具設(shè)備費用的計算

為了使糾正性維修和預(yù)防性維修活動能夠順利展開，用戶還需考慮必要的維修工具設(shè)備費用。對于本例，電磁接觸器所需的維修工具設(shè)備的費用結(jié)果如表4所示，計算出的費用為5 231元。

2.5 其他費用的計算

除了維修相關(guān)的費用外，也必須考慮諸如購置費用，隨機交付的備品備件費用，由供應(yīng)商進(jìn)行提供的培訓(xùn)，產(chǎn)品相關(guān)的文檔費用，壽命周期內(nèi)的能耗，年度運營費用等。對于本例，購置費用為每列車72臺電磁接觸器（單價為5 800元）的總費用，即72×5 800＝417 600元；能耗費用由每列車的72臺電磁接觸器在其8年的壽命周期內(nèi)的總耗電量來算得，此處按1 000元計。此處的維修設(shè)備、備件、培訓(xùn)和文檔費用按合同的10列車總計。電磁接觸器無其他的年度費用，此處列出是為了保持模型的完整性。

表3 電磁接觸器的預(yù)防性維修計算及結(jié)果

表4 電磁接觸器的維修工具設(shè)備計算及結(jié)果

表5 電磁接觸器的其他費用計算及結(jié)果

2.6 LCC分析計算的結(jié)果

基于以上各部分的計算，UNILIFE可以自動得出整個LCC費用的結(jié)果。本例的合同環(huán)境為10列車的電磁接觸器的采購，但2.3和2.4項的計算是按每列車計算得到的，而2.4和2.5項中除能耗外都是按整個合同計算的。為此，統(tǒng)一將每列車的費用轉(zhuǎn)化為合同10列車的費用計算結(jié)果如表6所示。

對于10列25G、25T客車項目的720臺的電磁接觸器采購合同而言，該合同的LCC總費用為5 358 447元，而這些費用中的諸如維修費用是要在電磁接觸器的整個8年中陸續(xù)支出的，故折合成購置時的費用為1 322 038元（即總的折現(xiàn)費用）；在電磁接觸器的8年壽命周期中，顧客除了一次購置720臺電磁接觸器的采購費用417 600元外，在整個8年的運營中，還需要為這批電磁接觸器支出1 060 137元（壽命周期內(nèi)的維修保障費用，亦即LSC），平均每年的LSC費用為132 517元。

表6 電磁接觸器的LCC分析計算的結(jié)果（按合同的10列車計）

2.7 LCC分析結(jié)果的傳送

就本例的電磁接觸器采購合同而言，該產(chǎn)品的LCC預(yù)計分析結(jié)果已經(jīng)得到。若此結(jié)果能滿足主機廠的25G/25T列車的LCC要求，則將按合同交付720臺接觸器；否則，將對影響電磁接觸器的費用敏感因素進(jìn)行識別，開展針對性的優(yōu)化設(shè)計和改進(jìn)后，重新進(jìn)行LCC預(yù)計分析，滿足顧客要求后交付接觸器。

在此供應(yīng)鏈中，電磁接觸器的LCC分析數(shù)據(jù)及結(jié)果，通過UNILIFE軟件傳送給主機廠進(jìn)行列車的LCC預(yù)計分析。主機廠將此結(jié)果集成到同為UNILIFE模型的LCC分析軟件中，得到25G/25T列車的LCC預(yù)計分析結(jié)果。

2.8 LCC分析結(jié)果的驗證

從2.1到2.7的過程可知電磁接觸器的LCC分析結(jié)果，是在設(shè)計實現(xiàn)過程中的預(yù)計結(jié)果。而產(chǎn)品交付后8年壽命周期內(nèi)發(fā)生的實際費用，是否與預(yù)計分析的結(jié)果在一定程度上相吻合還需后續(xù)驗證。為此，供需雙方必須在一定期間內(nèi)，收集關(guān)于電磁接觸器的可靠性（故障率）、維修性（MTTR）和LSC費用等相關(guān)數(shù)據(jù)，并一起對LCC的預(yù)計結(jié)果進(jìn)行驗證。其目的不僅僅在于得到是否吻合的結(jié)論，更重要的是找到影響LSC費用的敏感因素進(jìn)行后續(xù)的改進(jìn)優(yōu)化，以提升系統(tǒng)的RAMS和LCC績效。

3 結(jié)束語

通過應(yīng)用UNIFE－LCC模型對電磁接觸器進(jìn)行了LCC預(yù)計分析，介紹了如何在鐵路車輛的供應(yīng)鏈中應(yīng)用UNILIFE軟件進(jìn)行LCC分析和數(shù)據(jù)傳送。同時，分析結(jié)果也進(jìn)一步證實了鐵路裝置的運營支持費用（LSC）遠(yuǎn)大于其購置費用的結(jié)論。故此在鐵路裝備購置過程中，以往在購置時刻只關(guān)注的性價比的觀念，必須轉(zhuǎn)變到在全壽命周期內(nèi)關(guān)注效費比的觀念上來。

［1］ （Sweden）Ulf Kjellsson，（Germany）Oliver Hagemann.UNIFE-UNILIFE and UNIFE-UNIDAT-The first European Life Cycle Cost Interface Software Model［C］.World Congress on Railway Research in 2001（2001年世界鐵路科研全球會議論文），2001.

［2］ 董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

Research and Application of LCC Analysis of Railway Electrical Product Based on UNIFE Model

WANG Yongsheng1，XU Guihong2
（1 Xi’an Kaitian Railway Electric Co.，Ltd.，Xi’an，710077 Shaanxi，China；2 Beijing RelSPACE Sci－Tech Co.，Ltd.，Beijing 100081，China）

This paper introduces the UNIFE-LCC model briefly，and presents how to conduct the LCC analysis with the example of railway electro-magnetic contactor，which lays the foundation for response the LCC requirements from customers，further product LCC optimization and quality improvement.

LCC；UNILIFE model；electro-magnetic contactor

U269

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.23

1008－7842（2014）04－0098－05

0—）男，工程師（

2014－01－06）