RCM研究成果在南京地鐵列車車門維修中的運用

張 慧,董兆兵

(南京地鐵運營分公司,江蘇南京210012)

以可靠性為中心的維修(RCM)是近40年發(fā)展起來的一種新的維修觀念,按GJB1378—92《裝備預防性維修大綱的制定要求與方法》中RCM定義為:“按照以最少的資源消耗,保持裝備固有可靠性和安全性的原則,應用邏輯決斷的方法確定裝備預防性維修要求的過程或方法”。它打破了傳統(tǒng)的以定期維修為主的維修方式,是目前國際上通用的確定設備維修需求、優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)工程方法。

南京地鐵客室車門維修時,著重考慮引入RCM理論的核心理念,即一切維修活動,歸根到底是為了保持和恢復設備的固有可靠性。項目在實施過程中,著重依據(jù)客室車門的可靠性狀況,以最少的維修資源消耗,運用邏輯決斷分析法來確定其所需維修的零部件、維修方式或類型、維修間隔期和維修級別,制定出預防性維修大綱,從而達到優(yōu)化維修的目的。

1 研究內(nèi)容

在調(diào)研客室車門運營近3年來具體維修數(shù)據(jù)的基礎上,著重從下述7個方面進行研究:客室車門維修數(shù)據(jù)特征分析、客室車門的功能和性能指標分析、客室車門所有合理的功能故障分析、客室車門顯隱性故障后果分析、客室車門維修策略的優(yōu)選分析、實施客室車門維修驗證及其效果評估分析和客室車門維修規(guī)程優(yōu)化調(diào)整策略分析等。

2 研究過程中應用的關鍵技術

結合客室車門運營3年來的故障數(shù)據(jù)特征,采用數(shù)理統(tǒng)計中的χ2檢驗法對客室車門故障分布規(guī)律進行科學檢驗,從而為選擇合理的維修策略評判模型和風險決策模型提供理論支持。

運用價值工程學的基本原理,結合驗證列車客室車門的數(shù)據(jù)變化規(guī)律,采用價值替代方案進行客室車門維修價值評估;通過模型測算確定最佳維修手段,從而達到降低維修成本、提高維修價值的目的。

客室車門系統(tǒng)設備龐雜、功能故障及其影響項目繁多且輕重緩急各不相同,采用FMECA(功能、故障與影響分析法)方法控制整體RCM分析流程,并通過設計規(guī)范化的FMECA分析單,主要圍繞降低故障后果角度從定性、定量兩方面確定故障的嚴酷程度,從而指導客室車門維修內(nèi)容的調(diào)整,確定更為合理的維修內(nèi)容。

常用的RCM維修策略選擇依靠邏輯決斷圖,從定性角度選擇相應的維修工作類型;考慮到定性決策的主觀性以及在確定維修周期方面的欠缺,結合灰色局勢決策法,通過系統(tǒng)建模選擇最佳維修策略及維修周期。同時考慮到車門系統(tǒng)維修策略的決策受多方面因素的影響,其評價信息包括模糊和灰色2種,需定性與定量分析相結合,因此在研究過程中,采用邏輯決斷圖、灰色局勢決策法相結合的優(yōu)化分析方法確定設備維修策略和維修周期。

對于車門系統(tǒng)RCM分析成果產(chǎn)生的維修策略及維修內(nèi)容,在常規(guī)閉環(huán)反饋控制評價維修效果基礎上,創(chuàng)新性地應用可拓優(yōu)度法建立維修效果評估模型,對實施效果進行定量的評價。該方法是以物元理論為依據(jù),以可拓數(shù)學為計算工具,能很好的解決決策系統(tǒng)中的各種矛盾問題,在設備管理及各類維修效果評估方面都具有良好的實用性。

3 RCM分析步驟

3.1 車門子系統(tǒng)功能分析

對一個系統(tǒng)的可靠性分析要從對系統(tǒng)功能的掌握入手。在對車門系統(tǒng)功能進行分析時,共分兩層,包括總功能和分項功能。

車門系統(tǒng)的總功能是完成乘客站臺與車廂之間位置的轉移;

分項功能是開門功能、關門功能、狀態(tài)檢測功能、緊急解鎖功能、車門切除功能、車門防夾功能、通信功能。

3.2 繪制車門子系統(tǒng)功能框圖與可靠性框圖

系統(tǒng)功能框圖和可靠性框圖一般按照分層、分級的方法繪制。通常情況下整個大系統(tǒng)一般分為系統(tǒng)級、分系統(tǒng)級、設備級、部件級和組件級。對于車門系統(tǒng)而言,我們主要考慮按子系統(tǒng)—設備—部件這幾層進行分析。

在具體繪制過程中,結合實際采用按各個功能分別繪制其功能框圖和可靠性框圖的方法,而不是繪制一個大系統(tǒng)圖,主要原因為:(1)大部分的部件都要參與多個功能的實現(xiàn),若繪成整體圖反而使各個功能、部件的作用不清楚,連線過多不利于區(qū)分;(2)功能框圖和可靠性框圖主要是為RCM分析用的,按照從分系統(tǒng)—部件—組件的劃分方式更利于從各個功能出發(fā),找到薄弱環(huán)節(jié),最終考評可靠性。例如開門的功能框圖和可靠性框圖繪制如圖1、圖2。

圖1 開門的功能框圖

圖2 開門的可靠性框圖

3.3 車門子系統(tǒng)故障模式分析

車門子系統(tǒng)故障模式眾多,通過對歷史數(shù)據(jù)的整理,盡量用簡潔的語言、規(guī)范化表達故障模式。例如車門無法關閉,車門不能切除。

為了記錄和統(tǒng)計的方便,并且防止記錄人員對故障的表達記得不清楚,而設計了防差錯的故障記錄表,無需手寫,只需要對照當時所處情況,在表格內(nèi)打勾,這樣既不會出錯,也方便省時,便于統(tǒng)計。設計的表如表1。

針對不同級別故障模式的表達,按照預先劃分的分析層次,并遵循RCM理論中“本層的故障原因是下一層的故障模式”這一規(guī)則,將之前歷史數(shù)據(jù)記錄的所有故障模式進行級別的劃分,將故障模式落到設備級,而部件級作為故障原因,可以從表1看出。

將整理出的故障模式對應到各個子系統(tǒng)的分功能。如切除功能對應的故障模式是車門無法關閉,車門不能切除。

表1 故障記錄表

3.4 車門子系統(tǒng)故障原因分析

故障原因是RCM分析中非常重要的一個環(huán)節(jié),只有真正找到引起故障的原因,才能找到薄弱點、關鍵點,進而通過影響分析、后果評價、危害度分析找到關鍵設備,從而對關鍵設備進行故障率、故障特征分析,把握規(guī)律進而實現(xiàn)維修策略的優(yōu)選。

3.5 車門子系統(tǒng)故障影響分析

在RCM分析中故障影響分析通常要從3層來考慮:一是對本層的影響,二是對高一層的影響,三是最終影響。對應到車門子系統(tǒng),對本層的影響是對該設備本身及其同一層其他設備的影響;對上一層的影響是指對車門子系統(tǒng)的影響,即對車門的功能實現(xiàn)有何影響,如開門功能能否實現(xiàn),是否能緊急解鎖等;最終影響是對運營的影響,是清客、救援還是下線等(表2)。

表2 故障影響分析表

3.6 車門子系統(tǒng)故障后果分析

故障后果分析主要考慮故障模式是顯性故障還是隱性故障。

隱性故障是指如果由該故障模式本身所引起的設備或系統(tǒng)功能的喪失對操作者來說是不明顯的,那么該故障就是隱性故障。其類別主要包括:(1)與保護裝置相關聯(lián)的隱性故障;(2)現(xiàn)有維修技術或檢測手段無法識別的隱性故障。

顯性故障是指若故障模式本身所引起的設備或系統(tǒng)功能的喪失對維修操作者來說是顯而易見的,那么該故障就屬于顯性故障。其類型包括:(1)造成安全或環(huán)境危害的故障;(2)影響電客車運營的故障;(3)不影響運營而只耗費直接維修費用的故障。

3.7 車門系統(tǒng)故障危害度分析

危害度分析的目的是按照風險優(yōu)先數(shù)的排序找出危害度最大的故障模式或故障原因,也即找到關鍵設備的過程。需要考慮故障發(fā)生的頻次、檢測難易程度和故障等級。

除故障發(fā)生頻次是根據(jù)歷史故障數(shù)據(jù)的篩選和整理準確計算出來外,檢測難易程度和故障等級都是由對車門最熟悉的工程師組成的專家系統(tǒng)決策得出。

3.8 應用FMECA合理確定檢修內(nèi)容(圖3)

依據(jù)邏輯決斷圖、灰色局勢決策法相結合的優(yōu)化分析方法確定設備維修策略和維修周期(圖4)。

圖3 故障模式影響及危害性分析

圖4 邏輯決斷圖

維修策略按照大類來分,主要分為預防修和事后修,其中預防修包括傳統(tǒng)計劃預防修、計劃修修程變更和狀態(tài)修;事后修包括硬件改型或軟件設計和故障后維修兩類。

3.9 應用可拓優(yōu)度法進行維修效果評估

對于車門系統(tǒng) RCM分析成果產(chǎn)生的維修策略及維修內(nèi)容,在常規(guī)PDCA閉環(huán)反饋控制評價維修效果基礎上,創(chuàng)新性地應用可拓優(yōu)度法建立維修效果評估模型,對實施效果進行定量的評價(圖5)。

圖5 維修效果評估框圖

3.10 設備故障管理優(yōu)化軟件的開發(fā)與應用

為實現(xiàn)客室車門故障的自主化管理,輔助RCM分析決策,在推行客室車門系統(tǒng)RCM 分析過程中,自主開發(fā)了RCM設備故障管理優(yōu)化軟件。該軟件應用常規(guī)Visual Basic程序開發(fā)工具,以ACCESS 2003作為數(shù)據(jù)庫開發(fā)后臺,結合Matlab7.1強大的數(shù)據(jù)處理軟件作為支撐,涵蓋RCM項目分析的主要功能,可以提高設備故障處理和維修決策分析的可操作性,降低管理者工作的復雜性,保障分析結果的可靠性。界面示例如圖6。

圖6 故障管理優(yōu)化圖像界面示例

4 成果應用

根據(jù)客室門系統(tǒng)的RCM分析結果,優(yōu)化了客室門維修的檢修規(guī)程、檢修周期、工作流程和檢修工藝,深入落實關注功能實現(xiàn)、關注故障后果的 RCM實施。從2008年開始將研究成果成功應用到實際維修過程中,到目前為止客室車門系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

5 經(jīng)濟、社會效益分析

(1)應用RCM分析成果,優(yōu)化了車門系統(tǒng)維修作業(yè)內(nèi)容、檢修周期后,在保證系統(tǒng)可靠性的前提下大大減小了維修工作量,車門檢修時間由原來的3天縮短為1天。

(2)檢修時間縮短,增加了運能,產(chǎn)生的經(jīng)濟效益每年約160萬元(按每列車每年多運營2天,每天載客2萬人,每人2元計算:2元×20列車×2天×20 000人=160萬元)。

(3)節(jié)約檢修成本約10萬元(每列車每年可節(jié)約16人、2天的工時,按20元的工時單價計算:20元/h×2天×8 h×16人×20列車=102 400元)。

合計產(chǎn)生經(jīng)濟收益約170萬元/年。

6 結束語

我們先選擇地鐵車輛8大系統(tǒng)中的車門系統(tǒng)作為研究對象,以車門系統(tǒng) RCM分析作為樣板,充分驗證將RCM分析方法導入電客車維修體系的可行性,證明RCM分析方法是科學有效的,現(xiàn)正不斷總結經(jīng)驗,今后逐步在地鐵車輛其他子系統(tǒng)及地鐵其他專業(yè)系統(tǒng)進行推廣應用。