王永生，徐桂红

（1 西安开天铁路电气股份有限公司，陕西西安710077；2 北京瑞思天创科技有限公司，北京100081）

基于UNIFE模型的铁路电气产品LCC分析的应用研究

王永生1，徐桂红2

（1 西安开天铁路电气股份有限公司，陕西西安710077；2 北京瑞思天创科技有限公司，北京100081）

介绍了UNIFE-LCC模型，并以铁路用电磁接触器为例，阐述了如何应用UNIFE-LCC模型进行LCC分析，来响应顾客关于LCC的要求，为进一步优化产品LCC水平，提升产品品质奠定基础。

LCC；UNLIFE模型；电磁接触器

对于铁路运输装备而言，运营维持费用远大于其购置费用。据统计，铁路机车车辆的购置费用是其全寿命周期费用（即LCC）的12%～34%，而运营维护费用却占LCC的66%～88%。由此可见，进行铁路运输装备的LCC分析研究具有重要的意义。在欧洲铁路行业，自1986年瑞典高速列车X2000的采购合同中首次增加了LCC要求后，LCC要求一直是招标标书中必不可少的重要内容。鉴于此，本文以铁路电气产品（电磁接触器）为例，介绍如何应用UNLIFE模型进行LCC分析。

1 UNIFE-LCC模型介绍

UNIFE（欧洲铁路工业协会）在1997年成立了工作组以协调并统一对LCC（全寿命周期费用）的理解和分析计算，并陆续发布了全寿命周期费用的系列指南，其中最重要的就是形成了以UNIFE-UNILIFE和UNIFE-UNIDATA（以下分别称为UNILIFE和UNIDATA）为主的UNIFE-LCC模型。

该模型是由UNILIFE和UNIDATA两个软件（微软电子表格格式）组成的，用于铁路系统的LCC工具。UNILIFE用于子系统（设备）制造商LCC的数据传送，而UNIDATA用于零部件供应商的LCC的数据传送。UNIDATA是UNILIFE的子集，与UNILIFE相比去除了LCC计算功能，仅用于收集供应商提供的基础数据。以铁路机车车辆为例，铁路运营商提出LCC总要求给主机厂，主机厂将其分解到各子系统（设备）制造商，后者又进一步将LCC要求分解到零部件供应商。零部件供应商用UNIDATA将实际的LCC相关基础数据传送给子系统（设备）制造商，子系统（设备）制造商利用UNILIFE整合各零部件供应商的LCC信息，形成子系统（设备）的完整LCC结果和报告，用UNILIFE传送给主机厂进行整合，以使主机厂完成整机的LCC分析报告。图1给出了在LCC要求和结果的数据传送过程之间的用户接口和软件接口示意图。在系统、子系统/设备制造商及组件之间数据的传送过程中，数据的载体是通过模型中如图2所示的结构树的模式实现的。

图3给出了UNIFE模型的全寿命周期总费用的费用结构分解示意。其中LSC（维修保障费用）部分包括预防性维修、纠正性维修和能源费用等，这些可依据不同的列车配置得以区分。对于那些不以特定的维修活动为驱动的所有费用收集，如投资、能源和年度费用（主要为土建、通信等与铁路系统运营相关的费用），在模型（微软电子表格）中被归集到＂其他费用＂中。由总费用还可以进一步计算得到折现费用。

UNILIFE和UNIDATA是微软电子表格格式的软件，当输入相关数据后，可实现自动计算结果的功能。这两个软件都包含了许多工作表，这些工作表被命名为封面、项目信息、版本信息、全局数据（工作周期）、纠正性和预防性维修费用、其他固定的和运营的费用（如能源、投资、培训、文件和工具）等。所不同的是UNILIFE还包括了一个包含LCC计算结果的报告工作表。

UNIFE的LCC模型是以顾客导向的LCC模型，该模型着重关注投资费用、运营费用，特别是寿命周期内的维修保障费用。对诸如报废处置、管理延迟及配品配件的物流费用关注相对较少。

2 UNIFE-LCC模型在铁路电气产品LCC分析中的应用

为了说明UNILIFE-LCC模型在铁路电气产品LCC分析中的应用，特设定以下的合同环境：

图1 UNIFE-LCC模型的供求关系中不同角色及数据传送示意图

图2 UNILIFE的结构树模式

图3 UNIFE模型的费用分解结构示意图

某主机厂为满足10列25G、25T客车项目的需要，决定从其供应商处以每台5 800元人民币的单价、采购720台某规格的电磁接触器。该25G、25T客车共由18节车辆组成，每节车辆配备该规格的电磁接触器为4台。（注：本文出现的失效率、费用等数值皆为示例值，仅为说明LCC计算过程，并不代表实际水平。）

本例从电磁接触器制造商的角度，以该规格的电磁接触器为例，介绍如何用上文介绍的UNILFE-LCC模型对铁路电气产品进行LCC预计分析。本例应用模型中UNILIFE软件进行计算。

2.1 LCC分析的信息收集及数据准备

在进行LCC分析前，就计算所需的信息及数据进行收集并整理如表1所示。

表1 UNILIFE－LCC分析用的全面数据表

2.2 纠正性维修（CM）费用的计算

铁路电气产品虽然有高的安全性和可靠性，但在运营过程中还会有故障发生，这就会涉及到故障发生后的维修费用问题。要计算电磁接触器的纠正性维修费用，必须依据电磁接触器及其可维修部件的故障率，这样才能得到可能故障的次数、维修的人工工时、更换的配件材料等费用。例如表2中的“标志1：电磁接触器”，在每列车上共有72台在用，每台故障率为1.6 847× 10－6/h，为修复这些故障所需的平均维修工时为0.47 h，这些故障中有8.2%为机破，除了发生因维修导致的人工费用和配件材料费用外，每次机破还会产生2万元的罚款费用；这些故障的91.8%为其他类故障，会发生因维修导致的人工费用和配件材料费用。在所有类似的故障率、维修工时等数据输入后，UNILIFE会自动计算出如表2所示的结果。本例计算出的寿命周期内的纠正性维修费用为34 592元，故障惩罚费用为6 239元。

表2 电磁接触器的纠正性维修计算及结果

2.3 预防性维修（PM）费用的计算

为了尽可能少地发生故障，必须适当地开展必要的预防性维修活动，如本例的电磁接触器安排了小修、年检和中修三级预防性维修活动。同样为了计算预防性维修费用，需输入每列车各级别维修活动的次数、每次维修的人工工时、每次维修所需的备品备件等数据。例如表3中的“标志1.01：接触机构”，在每列车上共有72台在用。对于接触机构，存在两级预防性维修活动，即年检（在机车现场进行）和中修（在机务段电检车间进行）。在年检时，需要更换接触机构的可能性为1%，即有1%的可能会发生表3中的材料费用，否则，只会发生有年检的人工工时费用。在年检过程中，若发现设备状态不好，会导致发生例外的中修活动。同样在中修时，除了发生中修的人工工时费用外，还有2%的可能需要更换接触机构。在输入所有类似各级别的维修活动、维修工时等数据后，UNILIFE会自动计算出如表3所示的结果。本例计算出的全寿命周期内的预防性维修费用为64 183元。

2.4 维修工具设备费用的计算

为了使纠正性维修和预防性维修活动能够顺利展开，用户还需考虑必要的维修工具设备费用。对于本例，电磁接触器所需的维修工具设备的费用结果如表4所示，计算出的费用为5 231元。

2.5 其他费用的计算

除了维修相关的费用外，也必须考虑诸如购置费用，随机交付的备品备件费用，由供应商进行提供的培训，产品相关的文档费用，寿命周期内的能耗，年度运营费用等。对于本例，购置费用为每列车72台电磁接触器（单价为5 800元）的总费用，即72×5 800＝417 600元；能耗费用由每列车的72台电磁接触器在其8年的寿命周期内的总耗电量来算得，此处按1 000元计。此处的维修设备、备件、培训和文档费用按合同的10列车总计。电磁接触器无其他的年度费用，此处列出是为了保持模型的完整性。

表3 电磁接触器的预防性维修计算及结果

表4 电磁接触器的维修工具设备计算及结果

表5 电磁接触器的其他费用计算及结果

2.6 LCC分析计算的结果

基于以上各部分的计算，UNILIFE可以自动得出整个LCC费用的结果。本例的合同环境为10列车的电磁接触器的采购，但2.3和2.4项的计算是按每列车计算得到的，而2.4和2.5项中除能耗外都是按整个合同计算的。为此，统一将每列车的费用转化为合同10列车的费用计算结果如表6所示。

对于10列25G、25T客车项目的720台的电磁接触器采购合同而言，该合同的LCC总费用为5 358 447元，而这些费用中的诸如维修费用是要在电磁接触器的整个8年中陆续支出的，故折合成购置时的费用为1 322 038元（即总的折现费用）；在电磁接触器的8年寿命周期中，顾客除了一次购置720台电磁接触器的采购费用417 600元外，在整个8年的运营中，还需要为这批电磁接触器支出1 060 137元（寿命周期内的维修保障费用，亦即LSC），平均每年的LSC费用为132 517元。

表6 电磁接触器的LCC分析计算的结果（按合同的10列车计）

2.7 LCC分析结果的传送

就本例的电磁接触器采购合同而言，该产品的LCC预计分析结果已经得到。若此结果能满足主机厂的25G/25T列车的LCC要求，则将按合同交付720台接触器；否则，将对影响电磁接触器的费用敏感因素进行识别，开展针对性的优化设计和改进后，重新进行LCC预计分析，满足顾客要求后交付接触器。

在此供应链中，电磁接触器的LCC分析数据及结果，通过UNILIFE软件传送给主机厂进行列车的LCC预计分析。主机厂将此结果集成到同为UNILIFE模型的LCC分析软件中，得到25G/25T列车的LCC预计分析结果。

2.8 LCC分析结果的验证

从2.1到2.7的过程可知电磁接触器的LCC分析结果，是在设计实现过程中的预计结果。而产品交付后8年寿命周期内发生的实际费用，是否与预计分析的结果在一定程度上相吻合还需后续验证。为此，供需双方必须在一定期间内，收集关于电磁接触器的可靠性（故障率）、维修性（MTTR）和LSC费用等相关数据，并一起对LCC的预计结果进行验证。其目的不仅仅在于得到是否吻合的结论，更重要的是找到影响LSC费用的敏感因素进行后续的改进优化，以提升系统的RAMS和LCC绩效。

3 结束语

通过应用UNIFE－LCC模型对电磁接触器进行了LCC预计分析，介绍了如何在铁路车辆的供应链中应用UNILIFE软件进行LCC分析和数据传送。同时，分析结果也进一步证实了铁路装置的运营支持费用（LSC）远大于其购置费用的结论。故此在铁路装备购置过程中，以往在购置时刻只关注的性价比的观念，必须转变到在全寿命周期内关注效费比的观念上来。

［1］ （Sweden）Ulf Kjellsson，（Germany）Oliver Hagemann.UNIFE-UNILIFE and UNIFE-UNIDAT-The first European Life Cycle Cost Interface Software Model［C］.World Congress on Railway Research in 2001（2001年世界铁路科研全球会议论文），2001.

［2］ 董锡明.轨道列车可靠性、可用性、维修性和安全性［M］.北京：中国铁道出版社，2009.

Research and Application of LCC Analysis of Railway Electrical Product Based on UNIFE Model

WANG Yongsheng1，XU Guihong2
（1 Xi’an Kaitian Railway Electric Co.，Ltd.，Xi’an，710077 Shaanxi，China；2 Beijing RelSPACE Sci－Tech Co.，Ltd.，Beijing 100081，China）

This paper introduces the UNIFE-LCC model briefly，and presents how to conduct the LCC analysis with the example of railway electro-magnetic contactor，which lays the foundation for response the LCC requirements from customers，further product LCC optimization and quality improvement.

LCC；UNILIFE model；electro-magnetic contactor

U269

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.23

1008－7842（2014）04－0098－05

0—）男，工程师（

2014－01－06）