地铁车辆维修修程与优化研究_吴强.pdf

88电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering在传统轨道交通地铁车辆维修模式下，主要依据时间间隔与运行里程开展“计划性维修”，用于预防地铁车辆故障问题，并于地铁车辆发生故障问题后进行“事后故障修”，但随着轨道交通的发展及城市化进程的推进，地铁车辆数量增加，此时应根据实际情况优化维修修程，调整维修机制，力图在提升维修质量与效率的同时，延长维修间隔，减少维修成本。1 地铁车辆维修修程分析1.1 维修方式地铁车辆维修作业受物料供应、设施设备、车辆运营、人力规划、维修流程、技术类型等因素影响，为更好地实现地铁车辆维修修程优化，需综合分析维修方式类型及特征1。第一，维修方式类型。地铁车辆质量直接影响轨道交通安全性，故在维修期间，不仅需注重故障维修工作，还需做好地铁车辆的保养工作，同时落实预防性计划维修，尽可能提升地铁车辆的运行可靠性。结合当前维修模式来看，主要可分为分修制、集中修、合修制、换件修、自主修、委外修、原件修等，在实际维修作业期间，应根据实际情况选择适宜的维修方式。第二，维修方式特征2。（1）分修制可在一定程度上减少转线时间，并保障地铁车辆维修质量，维修效果较好，但却可造成重复投资问题。（2）集中修是集中现有人才资源，并在专业设施设备应用下保障维修效率，该维修方式可避免重复性成本投资，但设施设备投资较大。（3）合修制对于场地的依赖性较大，且一次性投入较高。（4）换件修是替换故障零部件的维修方式，可在较短时间内完成维修工作，且该方式对维修人员的专业能力要求不高，更易完成。（5）自主修能够有效控制维修进度，且可通过不断的维修练习提升维修人员专业水平，但维修成本相对较高。（6）委外修是借助外部资源进行维修的方式，可减少一定的维修成本。（7）原件修多在无备件时应用，相对而言，可减少维修耗费。1.2 影响维修修程的因素地铁车辆维修修程主要受维修能力的影响，对维修能力进行划分，可将其定义为有效能力、设计能力，其中有效能力是指受到设备维修、车辆质量因素、技术差异等因素的影响而降低了地铁车辆的维修能力；设计能力为理想状态下的地铁车辆维修数量。在实际维修期间，受限于技术类型、维修深度，通常情况下有效能力低于设计能力，但可能发生设备故障、人员缺勤等非理想状态情况，导致有效能力通常会大于实际产出。除维修能力外，地铁车辆的运营因素、维修流程、物料供应、设施设备、技术类型、人力因素等均可影响地铁车辆的维修工作，影响程度可直接体现在实际维修过程中。结合维修流程来看，其可直接决定地铁车辆的维修效率，而维修效率又可影响维修生产速度，为提高维修质量，应结合地铁车辆实际情况对维修修程进行优化，用于延长地铁车辆的维修间隔，减少维修次数。2 地铁车辆维修修程优化路径2.1 模块化设计维修修程地铁车辆维修修程示意图如图 1 所示，为提升地铁车辆维修质量，可将“七步作业法”作为维修修程优化依据，对地铁车辆维修修程进行模块化划分，即维修内容、维修工时、工器具、维修人员、备配备件、维修条件、维修周期。确定维修修程模块后总结地铁车辆维修步骤，具体如下：（1）选择关键部件，结合实际情况明确维修模块的名称及工位数；（2）明确关键设施设备的功能指标性能参数，初步完成维修内容的选择；（3）对地铁车辆的故障情况进行分析与定位，以此为依据选择诊断工具及维修工器具；（4）根据现有维修模式明确维修内容，并对维修效果进行预测；（5）制定与选择行之有效的地铁车辆维修方案，在此基础上确定维修条件；（6）制定维修计划并实施维修策略，对备品备件、维修人员、维修工时进行确定；（7）对维修计划及策略进行优化，评价维修效果，以此为依据确定维修周期。2.2 修程优化模型受到维修时间条件限制，部分维修模块之间存在裙带约束、互斥约束，故搭建地铁车辆维修修程优化模型时，不可地铁车辆维修修程与优化研究吴强胡佳乔束长健（中车南京浦镇车辆有限公司 江苏省南京市 210031）摘要：本文首先分析了地铁车辆维修修程，提出地铁车辆维修修程优化路径，进一步结合某轨道交通地铁车辆实际情况展开实例分析，用于检验该维修修程优化路径的实践应用效果。关键词：模块化设计；优化模型；修程优化；维修技术89电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering简单化拆分或组合维修工艺，需立足于地铁车辆基本信息及特殊维修条件，建设维修模块重组模型，以此得出地铁车辆维修模块的最佳组合方式，以此提高维修质量，为地铁车辆的稳定可靠运行奠定基础。以维修效率与地铁车辆利用效率为依据明确目标函数，两者具有正相关关系，在划分与确定地铁车辆维修模块时，应根据维修模块内合理配置维修人员数量，尽可能最大限度提升维修效率3。提升地铁车辆利用效率后，则会减少地铁车辆在维修期间的库停时间。此时可围绕最少库停时间建立地铁车辆目标函数模型，具体如下：（1）（2）式（1）、（2）中，N 为地铁车辆维修总工位数，M 为地铁车辆总维修模块数量，T 为地铁车辆维修人员的每日标准工时，i 为第 i 个地铁车辆维修工艺，j 为第 j 个地铁车辆维修模块，Bt为各工位标准模块的总维修时间，Kwj为第 j个地铁车辆维修模块的工作量，Ktj为第 j 个地铁车辆可变维修模块的工作量，Wi为第 i 个地铁车辆维修工作总量，xij=0 为第 i 个维修工艺与第 j 个维修模块不在同一时间进行，xij=1 第 i 个维修工艺与第 j 个维修模块在同一时间进行，j1与 j2 为两个地铁车辆维修工艺4。对上述维修修程优化模型进行分析，发现该模块内工具有三个约束性条件，即各维修工位的工作量约束、两个模块在同一维修工位内是否同时进行、两个模块在不同架修工位或不同时间进行。在上述维修修程优化模型求解期间，所采用的随机搜索算法为模拟退火算法，该算法在适用性、鲁棒性、处理效果、等方面存在明显优势，可有效解决非线性优化问题，故在本次维修修程优化期间采用该算法是极为有效的。3 地铁车辆维修修程优化实例分析3.1 实例概况为验证上述地铁车辆维修修程优化效果，本次以某地铁车辆维修作业为例展开分析。现有 12 个工位，地铁车辆维修工艺共有 32 个可变模块与 22 个标准模块，且标准模块总维修时间为50小时，32个可变模块的总维修时间为90小时。在该优化案例中，仍运用模拟退火算法求解维修修程优化模型，结合该案例实际情况，对模型中的各参数数值进行确定，其中 N 为 12，M 为 32，T 为 5 小时，K 为 0.95，Wi为 24人，Bt、Ktj与 Kwj根据地铁车辆维修现场实际数据进行确定，T（初始温度）定为 10000，而 t（终止温度）设定为10 12，将上述参数带入模型算法内，可得出 23 为该模型的最优解，证明优化后的地铁车辆维修库停时间为23日。3.2 确定关键部件结合地铁车辆实际情况选择关键部件，并进行分类，在此期间，可引入层次分析法、ABC 分类法展开分析，以维修费用、故障率、运营安全性、运营服务性为依据衡量地铁车辆各部件的权重，通过层次分析计算加权权重，运用ABC 分类法，以地铁车辆加权权重为依据进行最终分类，在地铁车辆维修期间有针对性地提升各部件的综合性能。为更好定位地铁车辆关键部件，可将目标层确定为部件关键性，准则层定为运营安全性、运营服务性、维修费用、故障率，将方案层定为设备部件。权重公式如下：（3）设定矩阵 A：，将式（3）与矩阵A结合，以此进行权重计算，上述式中，aij取值为9、7、5、3、1，代表 1 个影响因素的重要程度，分别指极其重要、非常重要、比较重要、稍微重要、同等重要；当 aij取值为 8、6、4、2 时，图 1：地铁车辆维修修程示意图90电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering则指上述影响因素的相邻情况，由此可计算得出目标层受到的影响因素程度权重情况。在此基础上进行 ABC 分类法，最终 ABC 分类结果如表 1 所示。完成 ABC 分类分析后进一步计算地铁车辆部件的关键性权重，其中可根据ABC分类情况顺利获取关键部件情况。结合上述案例进行分析，确定地铁车辆的故障统计数据及部件维修费用情况，通过该方式展开针对性分类，由此得出的判断依据及 ABC 分类权重分配情况如表 2 所示，地铁车辆具体部件分类结果见表 3。3.3 修程优化模型对地铁车辆维修修程的优化主要是为了提高各部件的可靠性，按照国办函201532 号文件国家城市轨道交通运营突发事件应急预案来看，将地铁车辆的可靠性程度设定为三个层次，即可靠状态、次可靠状态、不可靠状态，其中导致地铁车辆退出服务的部件故障率每万列公里大于 0.1次为可靠状态；导致地铁车辆退出服务的部件故障率每万列公里大于 0.09 次且小于等于 0.1 次为次可靠状态；导致地铁车辆退出服务的部件故障率每万列公里 0.09 次以下为不可靠状态5。搭建地铁车辆维修修程优化模型期间，若全面考虑部件种类情况并逐一统一，则会造成较大工作量，故在实际研究中，主要围绕影响程度较高的关键部件进行分析，以此确定地铁车辆的最佳维修修程。在实际优化过程中，应以部件的稳定安全运行为基础，在保障其稳定性与安全性后，控制地铁车辆的维修成本，并延长地铁车辆的维修间隔，减少其维修次数。将修程优化模型的约束性条件定为维修可靠表 1：最终 ABC 分类结果影响因素分类原则分类结果维修费用由低到高的设备部件维修费用A 类0 20%B 类20%50%C 类50%100%故障率由低到高的设备部件故障率A 类0 20%B 类20%50%C 类50%100%运营安全性由低到高的设备部件故障造成的人员伤亡及经济损失情况A 类0 20%B 类20%50%C 类50%100%运营服务性由低到高的设备部件故障对地铁车辆运行造成的影响严重性A 类0 20%B 类20%50%C 类50%100%表 2：ABC 分类权重分配情况影响因素权重具体分类分类依据权重维修费用0.2A 类500005B 类100003C 类100002故障率0.1A 类在整个系统故障率中占 10%以上5B 类在整个系统故障率中占 1 10%3C 类在整个系统故障率中占 1%以内2运营安全性0.4A 类造成人员伤亡或重大经济损失5B 类故障严重的部件给人员带来轻微伤害3C 类性能下降的部件影响较小，不会引发人员伤害2运营服务性0.3A 类地铁车辆因故障原因而无法运行，需清客或及时救援5B 类地铁车辆因故障出现下线或晚点情况3C 类部件故障不会对地铁车辆的运行造成影响2表 3：地铁车辆部件具体分类结果类别地铁车辆部件名称关键度A 类牵引系统、ATC、转向架系统、车门系统、制动系统关键B 类TCMS、车体、受电弓、机械零件、供电系统、辅助系统、空调、照明系统次关键C 类调节手柄、蓄电池、舒适度系统、逃生门、轮对、车钩、视频系统、ATO、TV、车载系统、贯通道、控制系统一般91电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering性，而维修间隔期间在地铁车辆安全运行条件下实现最低维修费用为本次修程优化目标，以此为依据搭建修程优化模型。因车辆拆解维修将阻碍地铁正常运营，故应将维修停机损失、维修材料成本、维修人工成本考虑在维修费用中，此时可得出关键部件的维修修程优化模型，具体如下所示：（4）式（4）中，C（L）为单次维修修程中，地铁车辆的里程总成本；R（l）为单次维修修程中，地铁车辆关键部件的可靠性函数；ca为单次维修修程的总成本（如委外维保费、用分工成本、维修材料费等）；cd为单次维修修程中库停时间造成的费用损失（如租聘费、水电费的那个）；c