地铁运营车辆检修管理模式研究.pdf
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1、82MODERN URBAN TRANSIT 3/2024 现代城市轨道交通设备检修戴 杰(无锡地铁运营有限公司,江苏无锡 214171)第一作者:戴杰,男,工程师引用格式:戴杰.地铁运营车辆检修管理模式研究J.现代城市轨道交通,2024(03):82-89.DAI Jie.Research on the maintenance management of metro operating vehiclesJ.Modern Urban Transit,2024(03):82-89.DOI:10.20151/ki.1672-7533.2024.03.0141 引言地铁作为主要的城市交通工具,车辆行
2、车安全和运营准点到达一直是乘客安心出行的必要条件。另一方面,随着线网扩张,运营成本也随之增加,如何在保证列车安全质量的同时,控制好运营成本,是值得探索的问题,同时对车辆精简细修、高效节约提出更高要求。地铁车辆作为复杂的机电综合系统,在运营实践中,如何制定合理的修程修制保证列车运营质量,如何高效精准监测列车运行状态,减少人工脏、苦、累工作,以及摘 要:无锡市已开通运营 4 条地铁线路,列车运行速度为 80 km/h,地铁车辆维修主要采用旧有预防修模式,定点定时维修,各部件基本策略沿用维护手册、既有经验方式进行。各部件运维管理缺乏理论支撑,存在一定安全稳定性风险及过度修情况,车辆各部件依赖人工判断
3、,缺乏有效实时检测、及时报警及处置的机制。文章系统研究目前地铁车辆检修需求,对新技术运用体系进行探究,结合日常维修数据对可靠性理论进行应用研究,提高检修技术应用的科学合理性,并对智能设备系统整合,结合生产,对修程修制制定提出参考建议。经实践证明,新模式在提质增效的同时,具备较好的经济效益,可为后续线路建设及老线改造提供参考,对行业管理模式优化具备一定的借鉴意义。关键词:地铁;检修;可靠性;管理模式;优化;修程修制;车辆 中图分类号:U239.5如何建立车辆智慧运维体系,统一协调好各类智能设备及检修,一直是行业内研究的核心课题。无锡市城市轨道交通第三轮建设规划(20202025 年)和无锡市城市
4、轨道交通线网规划(20192035)描绘了无锡地铁近、远期线网蓝图。根据该规划,无锡地铁已建及在建线网约 114 km,第三轮建设规划新增建线网约 87.3 km,至远期 2035 年,线网总规模预计达到约 300 km,在现有规划规模下,组织精简高效、智能协同的检修管理模式势在必行。随着线网运营规模不断扩张,需要建立科学有效、具备支撑的检修管理模式,基于此,文章对行业内检修模式、市场上的智能设备、车辆智慧运维建设的情况进行调研分析,并结合近几年无锡地铁智慧运维体系建设及修程修制优化等实践进行研究,旨在提出因地制宜的检修模式优化方案。2 行业内车辆检修现状根据现行 GB 50157-2013地
5、铁设计规范规定,车辆全寿命周期内的检修项目分为列检(日检)、月检、定修(年检)、架修、厂修(大修),其间隔如表 1 所示。表 1 维修周期间隔类别检修规程走行里程/万 km时间间隔检修时间/天定期检修大修12010 年35架修605 年20定修151.25 年7日常维修三月检33 月2双周检0.50.5 月0.5列检-每天或 2 天-地铁运营车辆检修管理模式研究83 现代城市轨道交通3/2024 MODERN URBAN TRANSIT设备检修地铁运营车辆检修管理模式研究2.1 维修策略行业内车辆维修策略随着维修实践的发展和车辆信息化、自动化程度的提高而发展起来。维修策略可以分为 4 种,即事
6、后维修、计划预防性维修、状态维修、以及以可靠性为中心的维修。(1)事后维修。事后维修也可以称为故障修,即在故障发生后采取的维修策略。对于涉及安全容量大、使用比较可靠,不易发生故障的部件可以采用此维修策略。(2)计划预防性维修。计划预防性维修也称计划修,是基于车辆的磨耗理论,按照时间计划对装备进行分解检查、更换修理。随着地铁车辆装备的部件数量增多,工作机理更加复杂,若发生故障停机将造成重大影响,计划预防性维修也成为国内地铁车辆大量采用的维修策略。这种维修与事后维修相比,显然在防止故障、减少停时、提高效益等方面有较大优势。(3)状态维修。状态维修是指根据先进状态监测和诊断技术提供的设备状态信息,判
7、断设备异常,预知设备故障,在故障发生之前进行检修的方式。只要设备运营参数在规定状态界限之内,就一律不进行。实施状态修的确可以规避计划预防性维修可能会出现的“过修”“欠修”问题,但需要采用大量的新技术、新设备、新材料、新工艺,才能提高设备的可靠性和使用寿命,并且要实现检测方法现代化,制定合理的检测周期,准确掌握运营参数的动态,使设备始终处于受控状态。(4)以可靠性为中心的维修。以可靠性为中心的维修理论(RCM)于 20 世纪 60 年代末起源于美国航空业,后广泛运用于美国军方及国内的军用装备的维护工作。其基本目标是以最少的资源消耗保持设备的可靠性和安全性。为达到上述目的,需对设备各系统进行功能及
8、故障分析,明确系统故障后果。用规范化的逻辑决断程序,确定各种故障后果的预防性对策。2.2 存在的问题行业内大部分仍沿用传统的故障修和计划修,在此基础上,修程修制进行了一定的优化,演变成均衡修,但过渡较为粗糙,修程内各部件维修周期的制定缺乏理论基础,过修和欠修仍然存在。随着智能技术发展,设备状态实时监控、状态数据关联性分析、运维故障数据搜集及分析等越来越成熟,智能化维修技术为状态维修、以可靠性为中心的维修提供了很好的基础,但如何转化落地仍是难点。3 检修模式优化探索目前国内车辆检修大多沿用铁路机车传统检修模式,即根据里程数和运营时间进行维修以及故障事后维修的方式。随着整车制造水平日益提高,现有修
9、程修制存在一定的优化空间。行业内各地铁公司也在结合自身特点,对检修制度进行改革,以更合理的优化修程修制,保证检修质量。随着信息技术的发展,地铁车辆也逐渐走向信息化、智能化,并以此推动由传统故障修逐步向状态修、预防修管理迈进。状态修的实现将依赖大量状态数据及维保数据管理和运用(包括车辆状态数据、检修数据、架修数据、大修数据等),并促使维保管理模式发生转变,状态监控与维保管理将逐步成为不可分割的整体,通过大量数据及算法分析模型运用,支撑工艺、作业管理不断优化改进,为状态修的实现打下基础。4 无锡地铁检修模式无锡地铁至今已运营 6 年以上,未来还将形成 8+1线网,在此期间积累了大量的实践经验,但也
10、暴露出诸多不足。线网的逐步成型让车辆维保面临着越来越大的人员、设备维护、生产组织压力。伴随着车辆大数据积累及以可靠性为中心的维修思想不断深入,技术不断发展、迭代,高技术产品和装备性能越来越先进,如何运用目前科技成果和新发展的维护理念,优化及创新现有检修管理模式,以及降低检修作业成本,是值得深入研究的课题。目前,无锡地铁运用检修前期主要按照车辆供货商建议的维修保养计划以及参照国铁既有检修模式,按照定点(在车辆段固定轨道)、定时(按运用时限或公里数)、定量(按照检修规程进行分解、检查、修理、组装、试车、竣工交验)的方式进行,后期进行了一定的修程修制优化,目前检修周期如表 2 所示。表 2 无锡地铁
11、检修周期类别检修修程运行里程/万 km时间间隔日常维修隔日检-4 天(日检全套)均衡修(1 月-12 月)-1 月定期维修架修60805 年大修12016010 年84MODERN URBAN TRANSIT 3/2024 现代城市轨道交通设备检修地铁运营车辆检修管理模式研究5 无锡地铁运营车辆检修管理模式探索5.1 基于可靠性的修程修制优化5.1.1 研究方向以可靠性为中心的维修管理体系,依据功能与故障分析的后果与严重程度,应用安全可靠理念、最小的维修资源消耗逻辑判断方法,形成包含维修内容、维修类型、维修间隔期、维修级别的维修大纲,完成基于可靠性的修程修制优化,合理降低运维成本,达到优化维修
12、的目的。5.1.2 以可靠性为中心维修管理策略以后果评价作为维修方法选择的依据,在评价故障后果以便制定维修策略时,每个设备的所有功能和故障模式都应加以考虑,并进行分析,制定出每一设备的维修方针,具体思路有 4 个方面。(1)潜在故障(对设备无直接影响,但故障发生后后果严重)采用强制预防维修,包括实时状态监测、点检、周期性预防维修。(2)安全故障问题采用强制预防维修方式,包括实时状态监测、点检、周期性预防维修。(3)经济性故障(故障发生影响正线运营)根据经济性选取预防、预测或事后维修。(4)经济性故障(故障发生不影响正线运营)采取事后维修方式。5.1.3 部件级维修优化技术路线建立部件级维修优化
13、路线,综合各项智能设备检测数据、人工维护数据,按照安全性、功能性和经济性要素进行决策树判断,拟定关键部件维修周期,并进行动态管理。另一方面,强化关键部件总体修程修制和关键部件状态修路线设计探索,车辆零部件修程优化技术路线如图 1 所示。5.1.4 修程整体优化技术路线对日常检修数据按照设备功能、功能故障、故障原因及影响进行定义分类整理。通过故障模式及影响分析(FMEA)对设备进行故障审核分类评估,然后根据故障后果的严重程度,对每一故障式做出“是采取预防性措施、还是不采取预防性措施待其发生故障后再进行修复的”决策,形成整体优化方案,并与既有方案进行比较,形成最终维修方案,具体有 5 个步骤。(1
14、)数据前期准备。进行地铁车辆现场数据收集和处理,来源数据包括各子设备制造数据、计划修检测数据、日常故障数据、日常运营数据、日常维护费用等。对车辆重要设备进行构型,构建产品功能结构树,并根据功能结构树形成标准故障数据统计表,计算出某一里图 1 车辆零部件修程优化技术路线图否否否否否否否是是是是是是是预防维修比事后维修更经济吗?故障直接影响安全吗?有功能隐患吗?不需要进行预防维修重要维修项目表故障模式影响分析预防更换 是否有效?可靠性和时间 成相反关系吗?预防维修是否有效?有功能隐患改进设计改进设计需要进行预防维修可靠性下降能探测出来吗?以安全性、功能性和经济性为目标的维修方式优化定期预防修优化和
15、设计(关键部件的各级修程修制)状态修设计(关键部件状态修)故障分析及性能分析部件包括:转向架(轮对、轴箱轴承、一系悬挂、构架、二系悬挂、齿轮箱、基础制动系统、钩缓)、车体、受电弓、牵引电机、车门系统等多失效样本故障状态分布分析状态维修故障检测事后维修预防更换预防维修车辆各部件状态参数和故障数据的选择、整理、分析分析状态参数和故障容忍度评估现有修程修制合理性车辆在线检测系统车辆各级检修系统车辆检测数据库故障产生机理建立故障寿命模型设备状态评估设备状态预测状态修策略设计车载状态检测系统地面入库检测系统优化有计划状态修间隔期优化成组设备维修内容和周期优化设备维修内容和周期极少失效样本和无失效样本故障
16、85 现代城市轨道交通3/2024 MODERN URBAN TRANSIT设备检修地铁运营车辆检修管理模式研究程范围内的失效率 (t):(t)=NfN0t(1)式(1)中,t 为统计间隔里程,km;Nf为在 t 内发生故障的零部件数;N0为在统计间隔里程前完好零部件数,重新更换的也仍认为是完好零件。(2)部件 FMECA 分析。基于 FMECA 分析与优化方法,针对各组成部分不同故障对系统工作的影响进行逐一分析,分析流程如图 2 所示。全面识别设备关键项点及薄弱环节,为部件评价及可靠性改进提供依据。其中危害性 CA 计算公式如下:Cj=jjjt(2)Cr=j=1N Cj(3)式(2)中,j=
17、1,2,3,N,为部件故障模式总数;j(故障模式频数比)为部件第 j 种故障模式发生次数与部件的所有可能故障模式发生次数的比率,满足 j=1N j=1;j(故障模式影响概率)为第 j 种故障模式发生的条件下,其最终影响导致“初始约定层”出现其严酷度等级的条件概率,主要通过经验和故障数据分析进行定量估计;j为部件在其某一任务阶段内的故障率,1/km。维修总成本费用如下:Cz=Np Cp+Nr Cr+Nt Ci(4)式(4)中,Cz为该时间段内对产品进行维修的总成本费用;Np为该时间段内进行预防性维修工作的次数;Cp为对产品进行一次预防性维修工作的费用;Nr为该时间段内进行故障后维修的次数;Cr为
18、对产品进行一次故障后维修的费用;Nt为该时间段内因故障造成的停机次数;Ci为产品故障导致一次性停机的损失费用。(3)RCM 逻辑决断。对重要部件的每一个故障原因按照逻辑决断图进行决断,提出该故障原因的预防性维修工作与工作间隔期,形成零部件设备单元的健康评估。(4)系统综合,形成优化维修方案。基于零部件设备单元的健康状态评估,结合现有的维修制度,将不同部件预防性维修工作按间隔时间靠入相邻的预定间隔期,制定整车各部件检修优化策略建议。(5)优化维修方案评估。对优化方案执行后的维修方案工时、系统故障率、整体维修成本进行分析,与既有方案进行对比,若平均每公里故障率降低,总工时减少,整体维修成本降低,则
19、优化维修方案有效。5.1.5 基于可靠性修程修制优化实践按照以可靠性为中心的维修管理策略,无锡地铁对牵引、制动、转向架、车门、控制、辅助、车载信号、空调、乘客信息、车体车钩、贯通道系统进行可靠性分析,并经逻辑决断确定维修周期。以无锡地铁 1 号线转向架系统为例,具体分析过程如下。(1)功能故障及典型故障分析。列车转向架关键设备为轮对、轴箱、齿轮箱、一系弹簧和二系弹簧。转向架系统故障调研起止时间为 2021 年 7 月 4 日2023 年12 月 22 日,故障统计如表 3 所示。每车每年走行距离为 126 998.16 km;列车每天走行时间为 18 h;每年走行天数为 365 天;列车数量
20、23 列、列车编组为 6 节。故列车总共行驶约 132.09 百万 km。(2)故障模式信息单分析。绘制列车制动系统信息单,对列车转向架系统基础功能异常状态下的故障模式、故障现象进行描述,并给出维修措施。(3)故障模式决断单分析。针对列车转向架系统信息单中列出的故障模式,分析其自身显隐性、列车影响程度,形成列车转向架系统决断单。(4)风险等级分析。根据风险矩阵,可以判断出列车转向架系统对应设备的风险等级,如表 4 所示。5.2 维修策略优化对车辆转向架关键设备轴箱、轮对、齿轮箱、一系弹簧以及二系弹簧进行逻辑决断,以轴箱为例:设备为轴箱,故障模式为变形,是显性故障,故障频率高,故障机理与时间寿命
21、相关,状态可监测,通过逻辑决断图对其进行分析,如图 3 所示,通过逻辑决断,其维修方式需要进行调整,调整结果为状态图 2 FMECA 分析流程故障模式及影响分析(FMECA)故障模式分析故障原因分析故障检测方法分析故障影响及严酷度分析设计改进措施分析使用补偿措施分析危害性分析(CA)FMECA报告分析对象定义系统定义86MODERN URBAN TRANSIT 3/2024 现代城市轨道交通设备检修地铁运营车辆检修管理模式研究监测维修。因此根据逻辑决断可知关键设备如轴箱、轮对、齿轮箱、一系弹簧和二系弹簧均需将维修方式调整为状态监测维修,如表 5 所示。充分采集无锡地铁 1 号、2 号线运维数据
22、,按照可靠性工具,对 10 个系统按照上述方式进行验证,并经现场核验,共计调整作业项点 572 个,通过对各个作业项点后果的严重性、故障频率高低、故障诊断难易、维修保障能力强弱判断,计算出各个作业项点重要性评分,得出需要延长的有 95 个作业项点。基于可靠性、可用性、可维修性及安全性管理的作业项点优化率为16.6%。各部件维修间隔调整后,结合生产条件,优化均衡修修制,均 4 修程、均 5 修程、均 11 修程均减少表 3 无锡地铁 1 号线列车转向架系统设备故障统计设备故障总数故障率/件百万 km-1平均无故障间隔时间/天轮对2081.5713.23轴箱10.012 751.00齿轮箱750.
23、5736.68构架70.05393.00减振器1100.8325.00一系弹簧270.20101.89二系弹簧260.20105.8抗侧滚扭杆350.2678.60联轴节80.06343.88轮缘润滑装置220.17125.05中心牵引装置70.05393.00轴端监测装置420.3265.50表 4 无锡地铁 1 号线列车转向架系统设备风险等级设备故障总数故障频次/年风险等级轮对20827.60R3轴箱10.13R4齿轮箱759.95R3构架70.93R4液压减振器11014.59R4一系弹簧273.58R3二系弹簧263.45R3抗侧滚扭杆354.64R4联轴节81.06R4轮缘润滑装置2
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