基于逆向FTF法的RFER值地鐵車門風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)管理研究

鄒慶春，江現(xiàn)昌，孫敏軒，陶國琴

(南昌軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司，江西 南昌 330200)

0 引言

FMEA法主要分析系統(tǒng)中每一部件所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)系統(tǒng)造成的所有可能影響，按每一個(gè)故障模式的故障等級(jí)及其發(fā)生概率或危害度進(jìn)行分類和綜合評(píng)估[1]。FTA法最初是由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室H.A.Walso提出，現(xiàn)已在汽車制動(dòng)系統(tǒng)、地鐵車門系統(tǒng)故障診斷等領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用。與現(xiàn)有方法不同，本文將FMEA與FTA結(jié)合起來[2-3]，采用地鐵車門可靠性分析的逆向FTF分析方法，從地鐵車門核心風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)關(guān)門過程進(jìn)行評(píng)估，通過FTA法分析車門關(guān)閉故障的所有底事件，運(yùn)用FMEA法，以及實(shí)際運(yùn)營可靠數(shù)據(jù)構(gòu)建RFER值，對(duì)剩余壽命評(píng)估，將發(fā)生概率或危害度高的底事件進(jìn)行主動(dòng)管理整改，以提升地鐵車門設(shè)備的可靠度[4-7]。

1 地鐵車門原理

以某地鐵車輛電動(dòng)雙向齒帶塞拉門為例，地鐵車門系統(tǒng)主要由電氣、機(jī)械2個(gè)部分組成。考慮影響運(yùn)營指標(biāo)故障主要在于車門無法關(guān)閉，對(duì)其進(jìn)行細(xì)化分析。電氣部分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、判斷、發(fā)送、反饋功能，機(jī)械部分完成車門的執(zhí)行。通過電氣、機(jī)械2個(gè)部分實(shí)現(xiàn)開關(guān)門、警示燈、蜂鳴器、隔離、解鎖、障礙物檢測(cè)、狀態(tài)檢測(cè)、故障預(yù)警等功能。地鐵車門的控制邏輯如圖1所示。

圖1 地鐵車門控制邏輯圖

機(jī)械力傳遞部分:車門EDCU在接收到關(guān)門信號(hào)后，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，通過齒帶主動(dòng)輪、齒帶、齒帶夾、門板連接板帶動(dòng)門板橫線運(yùn)動(dòng)；齒帶夾上導(dǎo)軌滑塊通過運(yùn)動(dòng)橫梁、左擺桿、解鎖拉桿帶動(dòng)電機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)且左擺桿實(shí)現(xiàn)過“死點(diǎn)”，實(shí)現(xiàn)鎖死車門。關(guān)門力傳遞如圖2所示。

圖2 地鐵車門關(guān)門機(jī)械力傳遞圖

基于電氣原理、機(jī)械力傳遞，可以知曉車門關(guān)門過程的關(guān)聯(lián)與動(dòng)力驅(qū)使在于電機(jī)、門控器、齒帶傳動(dòng)，是車門可靠性關(guān)鍵影響因子。

2 逆向FTF分析法

為精準(zhǔn)提高車門服役效果，考慮地鐵建設(shè)存在高架線路，在不降低車門密封要求的同時(shí)，選擇影響乘客服務(wù)要求更高的關(guān)門過程進(jìn)行逆向FTF分析。以電動(dòng)雙向齒帶塞拉門車門關(guān)閉故障作為頂事件進(jìn)行FTA定性分析得到底事件，運(yùn)用FMEA法，融合實(shí)際運(yùn)營的RFER值進(jìn)行分析，找出車門危害性較大的故障模式和底事件，通過主動(dòng)控制RFER值，以提升地鐵車門設(shè)備的可靠度。

2.1 FTA分析

以最終影響車門關(guān)閉故障作為頂事件，將可能導(dǎo)致車門關(guān)閉故障的可能原因進(jìn)行層次剖析，直至底事件，得出如下故障樹，具體如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 地鐵車門關(guān)閉故障故障樹(一)

圖4 地鐵車門關(guān)閉故障故障樹(二) 圖5 地鐵車門關(guān)閉故障故障樹(三)

依據(jù)故障樹底事件分析，車門關(guān)閉故障的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)在于關(guān)鍵部位潤滑不到位、緊固件、車門尺寸、電氣信號(hào)以及人為導(dǎo)致故障5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

2.2 FMEA法的RFER理論

結(jié)合地鐵車門開關(guān)門影響因素，對(duì)車門組成部件的故障模式、失效后果、故障檢測(cè)方法、RFER值(某軌道公司5年數(shù)據(jù))進(jìn)行綜合性評(píng)定，針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)部件進(jìn)行壽命評(píng)估，以制定合理的維修策略。其中，以RFER值圍繞城軌運(yùn)營的關(guān)鍵因子嚴(yán)重度、經(jīng)濟(jì)度、頻度、修復(fù)度確定不同故障模式的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)量化值，第n個(gè)失效模式的危害度計(jì)算公式為：

Cn=λ×α×β×θ

(1)

式中：λ為部件失效后的嚴(yán)重度，α為部件失效后產(chǎn)生的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失，β為故障模式發(fā)生故障的頻度，θ為故障模式發(fā)生后的修復(fù)周期。

車門系統(tǒng)關(guān)鍵部件的FMEA表與RFER賦值如表1所示。

表1 構(gòu)建車門系統(tǒng)關(guān)鍵部件的FMEA表與RFER值賦值

續(xù)表1

據(jù)FMEA表分析，車門故障風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)值集中在車門電機(jī)、門控器、行程開關(guān)等電氣部件，機(jī)械故障率RFER值在于軸承、齒帶等部件選型。

3 維護(hù)策略制定

3.1 關(guān)鍵電氣部件的壽命評(píng)估

對(duì)于設(shè)備同類性產(chǎn)品的可靠度R(t)是以時(shí)間的函數(shù)變量，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，該批產(chǎn)品的可靠度會(huì)越來越低[8]。當(dāng)給定可靠水平r，產(chǎn)品可靠度下降到r時(shí)的時(shí)間為tr，即tr為產(chǎn)品的可靠壽命，用可靠度公式表示為：

R(tr)=r

(2)

當(dāng)失效服從指數(shù)分布時(shí)，可靠壽命tr與失效率λ的關(guān)系為：

tr=2.302(lg1/r)/λ

1.2.2 保脾手術(shù) 生物膠合止血、物理凝固止血和單純縫合修補(bǔ)3例,脾修補(bǔ)加脾動(dòng)脈結(jié)扎術(shù)3例。脾部分切除2例。

(3)

綜合車門系統(tǒng)故障危害統(tǒng)計(jì)情況、關(guān)鍵模式失效統(tǒng)計(jì)、主要箱體實(shí)際表現(xiàn)情況，排除氣候等外部條件干擾，各關(guān)鍵部件失效服從指數(shù)分布，對(duì)故障率高的關(guān)鍵設(shè)備以可靠性滿足0.98時(shí)，進(jìn)行可靠壽命評(píng)估詳見表2。

表2 地鐵車輛車門系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備可靠壽命評(píng)估

為提升地鐵車輛車門系統(tǒng)安全準(zhǔn)點(diǎn)可靠運(yùn)營，對(duì)失效率偏高的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行可靠壽命評(píng)估，地鐵車輛門控器需制定不大于0.9年/次定期檢修(包含均衡修)的檢修策略，車門電機(jī)、行程開關(guān)等其他電子元件可制定5年的定期檢修策略。

3.2 重點(diǎn)機(jī)械部件策略制定

在逆向FTF分析基礎(chǔ)上，對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)事件，融合動(dòng)態(tài)高RFER值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，詳見表3、表4。

表3 地鐵車輛車門系統(tǒng)關(guān)鍵事件統(tǒng)計(jì)

表4 地鐵車輛車門系統(tǒng)關(guān)鍵事件可靠度評(píng)估

運(yùn)用逆向FTF法分析融合RFER值進(jìn)行分析，對(duì)地鐵車門系統(tǒng)關(guān)鍵事件可靠度要求不低于0.98的情況，設(shè)備設(shè)備緊固件、車門尺寸須予以優(yōu)化調(diào)整，為提升運(yùn)營服役可靠度，緊固件可制定每年扭力校核，車門尺寸縮小維護(hù)頻率的方式提升設(shè)備可靠度。

3.3 打造檢修標(biāo)準(zhǔn)智能診斷

基于RFER理論，根據(jù)實(shí)時(shí)車輛數(shù)據(jù)，融和危險(xiǎn)度(Risk)、頻度(Frequency)、經(jīng)濟(jì)度(Economy)、修復(fù)度(Repair)影響因子，構(gòu)建動(dòng)態(tài)RFER系數(shù)值作為主動(dòng)管理導(dǎo)向，在實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理后，以某軌道交通線路1個(gè)月的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)為例，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛各系統(tǒng)自動(dòng)化診斷，形成合理性建設(shè)性意見，利用大數(shù)據(jù)對(duì)檢修周期、檢修范圍進(jìn)行智能化管理。該模式可極大減少車間標(biāo)準(zhǔn)管理的工作量，提升規(guī)程編寫效率，同時(shí)以智能化判斷，完成技術(shù)管理工作，現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用占比呈現(xiàn)如圖6所示。

圖6 RFER值動(dòng)態(tài)管理

4 結(jié)論

采用FTA分析車門風(fēng)險(xiǎn)底事件集中性問題，綜合FMEA分析表量化融合RFER值風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從設(shè)備壽命研究對(duì)現(xiàn)階段車門狀態(tài)評(píng)估可得出以下結(jié)論。

2)對(duì)失效率偏高的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行可靠壽命評(píng)估，地鐵車輛門控器須制定不大于0.9年/次定期檢修(包含均衡修)的檢修策略，車門電機(jī)、行程開關(guān)等其他電子元件可制定5年的定期檢修策略。

3)對(duì)地鐵車門系統(tǒng)關(guān)鍵事件可靠度要求不低于0.98的情況，設(shè)備設(shè)備緊固件、車門尺寸需予以優(yōu)化調(diào)整。為提升運(yùn)營服役可靠度，可制定緊固件每年扭力校核車門尺寸縮小維護(hù)頻率的方式提升設(shè)備可靠度。

4)采用大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車輛各系統(tǒng)自動(dòng)化診斷，形成規(guī)程合理性優(yōu)化專業(yè)建議報(bào)告，利用大數(shù)據(jù)對(duì)檢修周期、檢修范圍進(jìn)行智能化管理，極大提升技術(shù)管理效率。