邴昱凱，王志勇

（中車長春軌道客車股份有限公司，長春 130062）

引言

另一方面，許多車輛維修維護(hù)公司必須滿足相關(guān)法規(guī)和安全當(dāng)局規(guī)定的維護(hù)程序。但是隨著鐵路運輸與其他形式的交通運輸互相競爭，諸多軌道交通公司分別提供運輸服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，客戶需求也是以較低的成本，獲得最好的服務(wù)，這些都迫使車輛制造維修公司和運營維護(hù)公司優(yōu)化包括維修規(guī)程在內(nèi)的各項工作。因此，有必要制定新的策略來處理這些問題。以可靠性為中心的維修策略（RcM）提供了最系統(tǒng)化和有效的解決車輛維修問題的策略。RcM結(jié)合風(fēng)險管理技術(shù)和工具，如失效模式、影響、危害性分析（FMEcA）和邏輯樹分析法[1]，根據(jù)車輛的技術(shù)狀態(tài)，得出現(xiàn)階段最有效的維修維護(hù)方案。

本文的結(jié)構(gòu)如下，第一節(jié)介紹了目前某車輛的維修策略和必要性，第二節(jié)介紹了RcM策略在輪對檢修過程中的應(yīng)用，第三節(jié)為本文的總結(jié)。

1 軌道車輛傳統(tǒng)維修策略

傳統(tǒng)的運營及維護(hù)公司多采用按規(guī)定的進(jìn)度計劃實施的預(yù)防性維修，也稱計劃維修。定期維修工作適用于呈現(xiàn)耗損故障規(guī)律產(chǎn)品，即隨著運用時間、里程等壽命單位的增加，故障率呈遞增趨勢?？煞譃槿缦拢?/p>

1）日常維護(hù)：輕微的維護(hù)，運營結(jié)束后立即進(jìn)行的工作，屬于列車運營結(jié)束后開展的小修活動，目的是發(fā)現(xiàn)和解決列車服務(wù)期沿途可能發(fā)生的故障。包括清潔、檢查和保養(yǎng)，這類維修是對各系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)維護(hù)說明進(jìn)行處理，如轉(zhuǎn)向架、制動、空調(diào)、車門等系統(tǒng)。一般根據(jù)計劃分為列檢、周檢、雙周檢、月檢、三月檢、半年檢、年檢等，按照時間與里程先到的原則入修，檢修工作根據(jù)實際車輛使用性需求及檢修能力通常在2小時至7天內(nèi)完成。

2）架修：該檢查及維修集中在轉(zhuǎn)向架上，要拆下轉(zhuǎn)向架并在專用設(shè)施上進(jìn)行檢查，根據(jù)相關(guān)維護(hù)說明，同時對其余系統(tǒng)進(jìn)行必要的檢查及維修。

3）大修：對整車各系統(tǒng)全面檢查和維修。除了轉(zhuǎn)向架以外，還要拆下其他重要設(shè)備的部件在專用設(shè)施上對設(shè)備的每個部件進(jìn)行檢查和維修。

部分公司還會根據(jù)修程中的維修內(nèi)容分解并重新組成許多小的工作包，以便可以在庫停期間分散而均衡地完成上述維修工作包。這種“化整為零”的維修方式可以大幅降低在修停時，顯著提高車輛使用率，但該策略對維修計劃的編制和管理提出了更高的要求。

對于類似機(jī)組主軸密封、迷宮環(huán)冷卻供水冷卻作用后直接流入流道的用戶，無法通過自循環(huán)供水系統(tǒng)實現(xiàn)冷卻功能，故該類用戶建議采用穩(wěn)定的施工支洞滲漏水或其他市政供水作為汛期的備用冷卻水源。對于消防供水建議設(shè)置消防水池作為汛期消防供水的備用水源。

因此，需要指出的是為了提高維修生產(chǎn)力，同時不影響車輛的使用性，基于固定時間的維修維護(hù)可能不具備足夠的靈活性。根據(jù)車輛的技術(shù)狀態(tài)需要重審并修改維修工作，現(xiàn)有策略的缺點如下：

1）未能考慮相似車輛性能方面的不一致性。

2）當(dāng)車輛很少使用時，成本效益低。

3）當(dāng)車輛使用頻繁，整體大修可能要提前進(jìn)行。

需要注意的是每種維修維護(hù)策略都有其優(yōu)缺點，預(yù)防修的目的是預(yù)防故障后果而不是故障本身，故障后果的嚴(yán)重程度是確定是否做預(yù)防修工作的出發(fā)點。預(yù)防修是有成本和代價的，各種故障都不計成本地進(jìn)行預(yù)防會得不償失，也是不可持續(xù)的，為此，需要通過綜合權(quán)衡，只對具有安全性、任務(wù)性和嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)性后果的重要產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)防修工作。針對產(chǎn)品不同特點和故障規(guī)律，應(yīng)“對癥下藥”，采取不同的預(yù)防性維修方式。對于以耗損故障為主的簡單機(jī)械裝備，定期檢修效果明顯；但對于復(fù)雜產(chǎn)品，除非有占主導(dǎo)故障地位的薄弱環(huán)節(jié)，一般無耗損故障趨勢，傳統(tǒng)“一刀切” 的“大拆大卸、開膛破肚”式定期分解修通常沒有明顯效果，有時反而會引入早期故障。即使是適于采用定期分解修的耗損部件，也應(yīng)把握好分解修時機(jī)，否則會修出更大隱患。如：軸承、齒輪箱等機(jī)械配合件，經(jīng)過一段時間的磨合運轉(zhuǎn)，可能正處于最佳的磨合匹配狀態(tài)，若此時進(jìn)行不恰當(dāng)?shù)姆纸鈾z查，將會破壞原有的最佳配合狀態(tài)，組裝后部件需要再次重新磨合，可能產(chǎn)生隱患。

產(chǎn)品的預(yù)防修工作類型不同，其資源消耗、費用、深度和難度是不相同的，應(yīng)根據(jù)需要選擇適用而有效的工作類型，從而在保證可靠性的前提下，節(jié)省資源與費用。通俗講就是“能吃藥不打針、能打針不開刀”，適用是指對癥下藥，有效是用藥的時機(jī)、頻度和數(shù)量要恰當(dāng)，用最經(jīng)濟(jì)有效的方式解決維修問題。

RcM可理解為維修中的辯證法，它將實事求是、具體問題具體分析、遵照客觀規(guī)律、全面系統(tǒng)分析問題等辯證法原理靈活運用到維修分析，為維修優(yōu)化工作提供了一套較為完整的方法論。針對給定的情況，最佳的解決方案只能是通過仔細(xì)考慮運行環(huán)境和規(guī)定的輸出特性來決定的，而安全性是軌道車輛的重要因素，最知名和廣泛應(yīng)用維修策略為以可靠性為中心的維修策略（RcM）。RcM提出了潛在故障和隱蔽功能故障概念。潛在故障是一種指示功能故障即將發(fā)生的可鑒別的狀態(tài)[2]。很多產(chǎn)品在出現(xiàn)功能故障之前，會表現(xiàn)出功能狀態(tài)逐漸劣化的潛在故障，利用相關(guān)監(jiān)測手段對潛在故障及時鑒別和判斷，進(jìn)而決定是否實施維修，即狀態(tài)修。狀態(tài)修可在充分發(fā)揮產(chǎn)品剩余壽命的同時防止功能故障，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。

一套完善的RcM對于改進(jìn)車輛可靠性和可用性意義重大，通過減少車輛故障率來提高生產(chǎn)力。當(dāng)故障被認(rèn)知時，故障的影響也同樣被認(rèn)知，因此選擇RcM策略可提高檢修生產(chǎn)力。

2 RCM在輪對維修過程中的實施

在本節(jié)介紹RcM是如何實施的。RcM實施分四個重要階段，在某些應(yīng)用中這些階段可以進(jìn)一步細(xì)分，但主要概念是類似的。

1）系統(tǒng)選擇和邊界定義；

2）系統(tǒng)功能及功能故障；

3）失效模式及影響（關(guān)鍵性）分析；

4）任務(wù)選擇。

第1階段：系統(tǒng)及組件的選擇以及系統(tǒng)邊界的定義包括在第一階段?？紤]到軌道車輛包括多個從屬的子系統(tǒng)，通過對車輛的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行的初步調(diào)研，輪對屬于最關(guān)鍵的子系統(tǒng)，在車輛運用過程中，它導(dǎo)致的車輛停機(jī)時間最高。因此，本文為了表明實施RcM所帶來的優(yōu)點，選擇了某項目拖車輪對進(jìn)行分析。拖車輪對物理配置上的五個主要部分：車輪、車軸、軸箱、軸承和降噪裝置。每個組件由一些部件構(gòu)成，鑒于篇幅所限，這里將不詳細(xì)論述。必須注意的是輪對在運行過程中能夠提供合適的速度并按照既定的方向引導(dǎo)車輛，尤其是連接部位。同時滿足規(guī)定的安全要求，能夠滿足舒適度要求并且在必要時滿足適當(dāng)?shù)闹苿右?為了便于表達(dá)本文僅用上述五部分進(jìn)行論述，其他系統(tǒng)可參考相同的方法。

第2階段：在本階段，本系統(tǒng)描述及邊界定義中給出的信息用于模擬具體功能及功能失效狀態(tài)。為此，將主要列舉功能及功能失效時的影響，以便于正確的指導(dǎo)PM任務(wù)的最終選擇。本階段的重要性在于所選系統(tǒng)的整體性能是否已經(jīng)給予考慮。每一項性能在功能所屬的類別項下均為已知的。如果無動作，該現(xiàn)象稱為功能故障。通常，每個輪對定義了三項功能。針對每項功能與運行相關(guān)的情況，在表1中定義并展示了三項功能及故障。

表1 輪對的功能/功能故障描述

第3階段：本階段可以細(xì)分為兩個主要階段：3-1階段和3-2階段。在3-1階段，針對所述失效部件之間的關(guān)系應(yīng)采用矩陣的格式展示。表2給出了輪對子系統(tǒng)的結(jié)果。該矩陣的垂直方向和水平方向的分量分別是第1階段的部件清單和第2階段的功能故障清單。此時的分析任務(wù)目的是識別出能夠潛在的產(chǎn)生一項或者多項功能故障的組件，并且在每個適當(dāng)?shù)倪x項框內(nèi)通過“X”勾選。

表2 功能故障矩陣圖

第3-2階段是RcM的核心。針對該系統(tǒng)，應(yīng)執(zhí)行一個完整的FMEcA流程。根據(jù)表2的內(nèi)容，所選的這些部件標(biāo)注了“X”并體現(xiàn)在FMEcA中，在故障原因列，將給出該特定損壞模式發(fā)生的各種原因。

在FMEcA中，故障影響欄體現(xiàn)了可能僅與輪對相關(guān)的損壞相關(guān)的影響。但是，其中的一些影響可能續(xù)存并影響整個車輛的性能，甚至可能威脅到乘客的安全。因此，最后，風(fēng)險順序數(shù)（RPN）體現(xiàn)的是每個系統(tǒng)中故障的優(yōu)先級。它與關(guān)鍵性的作用基本相同。后者針對每種失效模式通過可探測性、發(fā)生頻數(shù)和重要程度計算得出。因這三個數(shù)均是由1～10組成的三位數(shù)，1位最小值，10為最大值，則RPN介于1～1 000之間。重要一點就是，對于RPN來說，不設(shè)定具體的臨界參數(shù)。但是，針對本次研究，我們采用133作為臨界參數(shù)。這是在大多數(shù)類似項目上采用的RPN邊界值。RPN邊界值表明的是我們不能讓組件一直運行到發(fā)生故障。采用RPN的一個明顯優(yōu)勢就是以優(yōu)先性為基礎(chǔ)結(jié)合數(shù)量對破損進(jìn)行安排的可能性。它還能避免產(chǎn)生歧視性意見。鑒于空間有限，僅填寫了某輪對上獲取的數(shù)據(jù)。

第4階段：該階段的主要目的是針對每項停機(jī)確定檢修任務(wù)和間隔。根據(jù)FMEcA的內(nèi)容，相關(guān)列包括功能障礙、失效模式和故障原因。然后，根據(jù)圖1所示的邏輯樹決策流程，利用每次故障時通過前一階段獲得的RPN值來答復(fù)第1到7步邏輯決斷的內(nèi)容。

設(shè)計邏輯樹時，保證了安全處于第一優(yōu)先級。如果發(fā)生的故障對安全產(chǎn)生直接影響，則無論是否從質(zhì)量成本角度講，它對質(zhì)量的影響都不再重要。因此，流程圖的主旨是通過預(yù)測性維修（PdM）方法對故障進(jìn)行預(yù)測，例如狀態(tài)監(jiān)控（cBM）。通過該流程圖，能夠確定PM任務(wù)或者周期檢測內(nèi)容，以防止發(fā)生故障。如果故障不影響車輛的安全，則可以考慮其他的一些優(yōu)先級，例如質(zhì)量和成本，來確定檢修任務(wù)。如果所有這些因素都不重要，則流程圖可以完美的讓設(shè)備運行直至發(fā)生故障，這就是所謂的故障維修（cM）。出現(xiàn)某些故障時，將根據(jù)故障原因的不同而出現(xiàn)可以識別的失效模式，屆時可以獲取不同的RPN。這種情況下，將考慮擁有最高級別RPN的故障原因來執(zhí)行檢修任務(wù)。例如較高的RPN，如果能夠提供預(yù)測方法，則建議采用這些方法，而不考慮財務(wù)費用。例如利用在線監(jiān)測系統(tǒng)實時檢測軸箱狀態(tài)，檢測范圍包含軸承，防止出現(xiàn)溫度過高造成危險，則不需要人工執(zhí)行檢修任務(wù)。經(jīng)過邏輯樹決策并結(jié)合專家經(jīng)驗給出應(yīng)對措施和檢修時間間隔，表3中展示了FEMcA分析后的RcM決策過程。

表3 某型輪對的RCM決策過程（續(xù)）

表3 某型輪對的RCM決策過程

3 結(jié)論

本論文展示了RcM在輪對檢修場景中的應(yīng)用，它有助于專家確定檢修修程。以時間和里程為基礎(chǔ)的PM能夠制定一份簡單的檢修計劃。但是，考慮到車輛的差異性及其各種使用情況，無法保證能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的修級。換句話說，車輛中每個失效功能取決于其對整個系統(tǒng)的影響并需要一個專門的檢修任務(wù)，需要統(tǒng)籌安排制定檢修計劃。本論文的目的不是將RcM延伸到整個檢修單元和擴(kuò)大工作的復(fù)雜性，而是對車輛進(jìn)行利用。也就是說，輪對對于車輛停機(jī)時間影響極大。第4階段的結(jié)果是對檢修任務(wù)類型及其時間計劃的確定。RcM技術(shù)如能正確地被應(yīng)用到現(xiàn)行的維修中，在保證生產(chǎn)安全性和設(shè)備可靠性的前提下，可將日常的維修工作量降到40～70 %，可以減少欠修或過度修，并降低運用期間的停機(jī)時間，值得推廣。