軌道交通車輛故障統(tǒng)計(jì)與可靠性分析

潘 瑩

上海軌道交通設(shè)備發(fā)展有限公司 上海 200041

1 可靠性、可用性、維修性、安全性概述

可靠性指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下運(yùn)行時(shí),在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持規(guī)定功能的能力?？煽啃员碚鳟a(chǎn)品故障的頻繁程度和危害程度,是產(chǎn)品的一種固有屬性,主要由設(shè)計(jì)決定[1-2]?？煽啃栽O(shè)計(jì)和分析的主要任務(wù)是降低故障發(fā)生的概率,減小故障產(chǎn)生的影響[3]。維修性指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi),按規(guī)定的程序方法進(jìn)行維修時(shí),保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力[2]?？捎眯灾府a(chǎn)品在任意一個(gè)隨機(jī)時(shí)刻處于可用狀態(tài)的能力。安全性指產(chǎn)品不發(fā)生系統(tǒng)危險(xiǎn)事件的能力[4]。

可靠性、可用性、維修性、安全性是產(chǎn)品、設(shè)備、系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)長(zhǎng)期工作中所表現(xiàn)出來(lái)的特性,相互之間的關(guān)系密切?？煽啃詫?duì)可用性的影響主要表現(xiàn)為當(dāng)產(chǎn)品、設(shè)備、系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),無(wú)法在規(guī)定時(shí)刻或時(shí)間間隔內(nèi)完成所要求的功能。設(shè)備系統(tǒng)可靠性對(duì)可用性的影響取決于故障狀況,故障狀況主要包括故障模式、故障發(fā)生概率、故障檢測(cè)率、故障嚴(yán)重性、故障損害大小等。安全性與可靠性相關(guān)的因素主要包括產(chǎn)品、設(shè)備、系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)、危險(xiǎn)后果的嚴(yán)重性、危險(xiǎn)發(fā)生概率、發(fā)生危險(xiǎn)事件的順序及并發(fā)率等。產(chǎn)品可用性和維修性的關(guān)系表現(xiàn)為系統(tǒng)故障后維修所需的時(shí)間對(duì)產(chǎn)品可用性的影響。為提高系統(tǒng)可用性,系統(tǒng)既要具有高的可靠性和安全性,還要具有良好的維修性。

2 分析背景

隨著軌道交通繁榮發(fā)展,軌道交通車輛實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn),設(shè)備國(guó)產(chǎn)化水平不斷提高,軌道交通車輛的生產(chǎn)制造水平和產(chǎn)品質(zhì)量面臨新的挑戰(zhàn)。為了向乘客提供優(yōu)質(zhì)的客運(yùn)服務(wù),需要提高軌道交通車輛的產(chǎn)品質(zhì)量、運(yùn)行可靠性、運(yùn)營(yíng)安全性,軌道交通車輛的可靠性、可用性、維修性、安全性管理工作至關(guān)重要。要科學(xué)合理地提出可靠性、可用性、維修性、安全性分析指標(biāo),建立完善的可靠性、可用性、維修性、安全性管理體系[5-6],對(duì)軌道交通車輛生產(chǎn)制造項(xiàng)目的全壽命周期各階段進(jìn)行可靠性、可用性、維修性、安全性管理。作為軌道交通運(yùn)營(yíng)方,軌道交通車輛的可用率是考核的重要指標(biāo)?；诖?軌道交通車輛故障需要進(jìn)行定期統(tǒng)計(jì)和分析,以便于軌道交通車輛維修維護(hù),從而提高軌道交通車輛的可靠性和可用性。

筆者根據(jù)運(yùn)營(yíng)方的統(tǒng)計(jì)規(guī)范對(duì)城市軌道交通某條線路質(zhì)保期內(nèi)的軌道交通車輛故障數(shù)據(jù)進(jìn)行為期1 a的跟蹤調(diào)查和數(shù)據(jù)分析,通過(guò)可靠性、可用性、維修性、安全性各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)判斷軌道交通車輛設(shè)計(jì)過(guò)程中的可靠性及各子系統(tǒng)供應(yīng)商產(chǎn)品的質(zhì)量,并且對(duì)在線運(yùn)營(yíng)的22列車1 a的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向和縱向?qū)Ρ?分析反推軌道交通車輛設(shè)計(jì)階段可能存在的缺陷,為后續(xù)的軌道交通車輛維保提供方向和思路[7-8]。

3 分析原理

軌道交通運(yùn)營(yíng)方重點(diǎn)關(guān)注的是列車上線率、晚點(diǎn)率、百萬(wàn)千米故障率,以及清客、救援、晚點(diǎn)、下線等故障數(shù)。目前,基于現(xiàn)場(chǎng)采集的軌道交通車輛故障數(shù)據(jù),通過(guò)電子表格軟件對(duì)每月的軌道交通車輛故障進(jìn)行系統(tǒng)分類,同時(shí)根據(jù)軌道交通車輛的運(yùn)行里程和時(shí)間,計(jì)算出平均無(wú)下線故障運(yùn)營(yíng)里程、平均無(wú)故障運(yùn)營(yíng)時(shí)間等可靠性指標(biāo),并通過(guò)圖表對(duì)比不同系統(tǒng)、不同故障類型、不同月份、不同車次之間的故障數(shù)據(jù)和可靠性指標(biāo)。本次故障統(tǒng)計(jì)和可靠性分析工作主要參考的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 故障統(tǒng)計(jì)和可靠性分析參考標(biāo)準(zhǔn)

本次故障統(tǒng)計(jì)主要是不同系統(tǒng)和不同類型故障的統(tǒng)計(jì),同時(shí)對(duì)平均無(wú)下線故障運(yùn)營(yíng)里程和平均無(wú)故障運(yùn)營(yíng)時(shí)間兩個(gè)可靠性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算[6,9]。

平均無(wú)故障運(yùn)營(yíng)里程MDBF為:

MDBF=TKM/NORF(T)

(1)

式中:TKM為列千米數(shù);NORF(T)為有責(zé)車輛故障數(shù)。

平均無(wú)運(yùn)營(yíng)故障運(yùn)營(yíng)里程MDBSF(R)為:

MDBSF(R)=TKM/NORF(R)

(2)

式中:NORF(R)為有責(zé)運(yùn)營(yíng)故障數(shù)。

平均無(wú)檢修故障運(yùn)營(yíng)里程MDBF(M)為:

MDBF(M)=TKM/NORF(M)

(3)

式中:NORF(M)為有責(zé)檢修故障數(shù)。

平均無(wú)下線故障運(yùn)營(yíng)里程MDBSF為:

MDBSF=TKM/NORF(S)

(4)

式中:NORF(S)為有責(zé)下線故障數(shù)。

平均無(wú)故障運(yùn)營(yíng)時(shí)間MTBF(h)為:

MTBF(h)=TOT/NORF(T)

(5)

式中:TOT為列運(yùn)營(yíng)時(shí)間;NORF(T)為有責(zé)下線故障數(shù)。

4 分析結(jié)果

4.1 年度可靠性指標(biāo)

某條軌道交通線路車輛在質(zhì)保期內(nèi)累計(jì)12個(gè)月的可靠性指標(biāo)如圖1所示,累計(jì)12個(gè)月的各列車平均無(wú)下線故障運(yùn)營(yíng)里程如圖2所示。

圖1 累計(jì)12個(gè)月可靠性指標(biāo)

圖2 累計(jì)12個(gè)月各列車平均無(wú)下線故障運(yùn)營(yíng)里程

根據(jù)項(xiàng)目合同的要求,平均無(wú)下線故障運(yùn)營(yíng)里程為150 000 km,平均無(wú)故障運(yùn)營(yíng)時(shí)間為150 h?；谀甓裙收蠑?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,可得每月的平均無(wú)下線故障運(yùn)營(yíng)里程和平均無(wú)故障運(yùn)營(yíng)時(shí)間數(shù)值變化波動(dòng)較大,累計(jì)12個(gè)月的平均無(wú)下線故障運(yùn)營(yíng)里程和平均無(wú)故障運(yùn)營(yíng)時(shí)間都滿足合同的指標(biāo)要求。另外,通過(guò)計(jì)算不同列車的平均無(wú)下線故障運(yùn)營(yíng)里程,發(fā)現(xiàn)只有六列車未滿足150 000 km的要求,其它16列車均滿足指標(biāo)要求,部分列車的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)定的指標(biāo)。

4.2 年度各系統(tǒng)故障

筆者對(duì)比12個(gè)月不同系統(tǒng)的故障變化情況,如圖3、圖4所示。由圖3、圖4可知,每月總的故障情況及較頻發(fā)故障的系統(tǒng)基本一致,但不同列車的故障差異較大。

圖3 各系統(tǒng)不同時(shí)間故障對(duì)比

圖4 各系統(tǒng)不同列車故障對(duì)比

4.3 年度不同故障變化趨勢(shì)

不同軌道交通車輛故障類型隨時(shí)間變化趨勢(shì)如圖5所示,不同可靠性指標(biāo)隨時(shí)間變化趨勢(shì)如圖6所示。趨勢(shì)分析可知,每月的下線故障數(shù)基本穩(wěn)定在1～3之間,檢修故障數(shù)、運(yùn)營(yíng)故障數(shù)、車輛故障數(shù)隨軌道交通車輛運(yùn)營(yíng)里程的增加和運(yùn)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng),略微有所增加,相應(yīng)的可靠性指標(biāo)趨勢(shì)較平穩(wěn)。其中,平均無(wú)下線故障運(yùn)營(yíng)里程在250 000 km范圍內(nèi)略有波動(dòng)。

圖5 不同故障類型數(shù)量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

圖6 不同可靠性指標(biāo)隨時(shí)間變化趨勢(shì)

5 總結(jié)

筆者通過(guò)對(duì)某條城市軌道交通線路車輛1 a的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)軌道交通車輛系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)估,為軌道交通車輛設(shè)計(jì)優(yōu)化和部件維修策略的制訂提供理論依據(jù)。

(1) 軌道交通車輛的可靠性指標(biāo)通過(guò)長(zhǎng)期軌道交通車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)和不同線路的綜合情況確定,該項(xiàng)目軌道交通車輛質(zhì)保期1 a內(nèi)的數(shù)據(jù)基本符合合同指標(biāo)要求。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,可以確定項(xiàng)目投標(biāo)階段可靠性、可用性、維修性、安全性指標(biāo)的設(shè)計(jì)合理。

(2) 軌道交通車輛按照結(jié)構(gòu)和功能劃分為14個(gè)系統(tǒng),由不同時(shí)間和不同列車對(duì)比可知,列車乘客信息系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、車門(mén)系統(tǒng)故障較多。當(dāng)然,這些故障多為一般軌道交通車輛故障,導(dǎo)致軌道交通車輛下線的故障較少。

(3) 隨著軌道交通車輛運(yùn)營(yíng)里程的增加和時(shí)間的延長(zhǎng),不同類型故障每月的數(shù)量穩(wěn)中有升,各類可靠性指標(biāo)則較為穩(wěn)定,這符合軌道交通車輛運(yùn)行的基本規(guī)律。

由故障可以反映維修思路,如個(gè)別列車故障率較高,且同一故障頻發(fā),這既是設(shè)計(jì)過(guò)程的缺陷,也是維修能力的不足。另外,夏季空調(diào)系統(tǒng)故障明顯增多,這符合客觀規(guī)律,同時(shí)也體現(xiàn)了預(yù)防性維修工作的欠缺。

軌道交通車輛的故障需要從多維度進(jìn)行分析,對(duì)不同系統(tǒng)、不同列車、不同故障類型進(jìn)行區(qū)分,從而可以準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生的原因、故障的影響,并對(duì)維修方式進(jìn)行選擇。在日常工作中,基于故障模式、影響和危害分析[10],應(yīng)用以可靠性為中心的維修分析技術(shù)[11],進(jìn)行全面的車輛可靠性、可用性、維修性、安全性管理,可以延長(zhǎng)軌道交通車輛的使用壽命,降低運(yùn)維成本。