王大奎，王海涛，蔺 高，谭 洋

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛 266000）

0 引言

维修的目的是恢复设备性能，达到预期的可靠性水平，进而降低使用故障率[1]。预防性维修主要是指在设备没有发生故障或尚未造成损坏的前提下即展开一系列维修的维修策略，通过定期对产品的系统性检查、设备测试和更换以防止功能故障发生，使其保持在规定状态所进行的全部活动[2-3]。纠正性维修指设备已经发生故障后，使其恢复到规定状态所进行的非计划性的一系列活动[4]。

随着轨道交通行业的快速发展，越来越多的轨道车辆逐渐进入大修期。目前对于维修策略的制定缺乏统一的、充分的理论依据，普遍采取相对保守的“预防性维修策略”，存在较多“过度修”行为，维修经济性较差，不符合用户对维修成本的期望。

轨道交通车辆由牵引、制动、空调、车门、转向架等一系列复杂系统构成，涉及的部件达上万个，究竟该如何选择每一个部件的维修策略是制约维修成本的关键因素。

国内外专家学者针对维修策略从不同角度进行了探讨和分析。文献[5]在考虑失效相关和经济性相关的基础上，采用聚合算法，建立了多部件系统折扣准则模型，得到了维修费率的最优方程；文献[6]在测试性D 矩阵基础上，提出了一种基于单故障化的多故障诊断与维修策略（Multiple Fault Diagnosis and Maintenance Strategy by Translating into Single fault，MFDMSTS）；文献[7]提出了3 种根据产品使用时间进行定期预防更换的服役年龄更换策略；文献[8]基于RCM（Reliability Centered Maintenance，以可靠性为中心的维修）理论对预防性维修的决策模型进行深入研究，建立了以费用、可用度和概率风险为目标的定期更换、功能检查、故障处置决策模型。

1 维修策略制定方法

1.1 最小可维修单元划分

为合理选择轨道交通车辆维修策略，需将车辆划分成牵引、制动、转向架等若干个系统，再将每个系统分解为若干部件，最后精准定位至每一个最小可维修单元（Line Replaceable Unit，LRU）进行维修策略的分析。如空调系统可划分为空调机组、空调控制柜、采暖设备等，空调机组由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等零部件组成，维修策略分析时需选取至压缩机层级进行。最终由每一个最小可维修单元的维修策略整合为整个设备、系统乃至车辆的维修策略。

1.2 失效模式及影响分析

基于FMECA（Failure Mode and Effect Analysis，失效模式和效应分析）数据，分析LRU 的失效模式及影响，将对车辆运营的影响划分为安全类、功能/秩序类、经济类3 个等级。其中，安全类指故障时会对车辆运营安全造成威胁，如轴箱轴承；功能/秩序类指故障时会影响部件本身功能的实现，但是对安全无影响，如空调失效时会降低旅客乘坐舒适度；经济类指失效时对安全、功能及秩序均无影响，如内装板、客室电视等。根据影响等级的划分再进一步考虑其他影响因素，制定LRU 的维修策略。

1.3 影响维修策略制定的因素

除LRU 故障影响等级外，还应充分考虑用户需求、LRU 的可维修性、监控措施、故障的显隐性等因素。用户需求指用户对车辆维修后可靠性指标的需求，如功能/秩序类部件，若用户要求较高可采用预防性维修策略，若用户对维修成本更为关注则采用纠正性维修策略；可维修性指LRU 故障处置便利程度，能否在不耗费较多资源的情况下快速修复或更换；监控措施指LRU 故障时能否被及时发现，主要依赖于新兴的车辆视频监控系统，如弓网监测、轴温监测等；故障显隐性指车辆在运营过程中，LRU 的故障能否被司乘人员第一时间发现并进行相应的处置，如管路泄漏会在司机室HMI（Human Machine Interface，人机界面）屏上显示“总风压力不足”，为显性故障，如车下某处螺栓松动或断裂不能够被及时发现，为隐性故障。

1.4 维修策略制定技术路线图

综合上述因素，形成了轨道交通车辆维修策略制定技术路线图（图1）。其中，PIS 系统即Passenger Information System，乘客信息系统；VVVF 为Variable Voltage and Variable Frequency，即可变电压、可变频率，也就是变频调速系统；预防性维修属于安全类，纠正性维修+检查/监控属于功能/秩序类，纠正性维修属于经济类。

该技术路线最重要的特点是，将用户需求作为维修策略制定的重要依据，体现了现代轨道交通行业以用户需求为导向的服务潮流。

图1 城轨车辆维修策略制定技术路线

2 维修策略制定实例

2.1 工作原理

中继阀为制动控制装置LRU 级子部件（图2）：常用及快速制动时，根据制动指令通过制动电磁阀和缓解电磁阀产生要求的制动缸预控压力，再通过中继阀进行流量放大输出制动缸压力；紧急制动时，采集空簧压力信号，通过空重阀输出不同载重的下的紧急制动预控压力，再通过中继阀流量放大向制动缸输出紧急制动压力。

图2 制动控制装置气路原理

2.2 失效模式分析

根据产品自身特性及既有检修运用经验，梳理中继阀的失效模式，识别每一种失效模式的失效原因、失效影响及相应的应急处置措施（表1）。

基于失效模式分析结果，中继阀属于“影响功能/秩序”类部件。

2.3 维修策略分析

中继阀属于“影响功能/秩序”类部件，根据维修策略制定技术路线（图1），需针对用户需求制定不同的维修策略，同时需考虑失效模式自身属性（图3、图4）。

由图3、图4 可以看出，当用户对部件可靠性要求较高时，均需对中继阀进行预防性维修；当用户对部件可靠性要求较低时，显性故障（卡滞）需进行纠正性维修，隐性故障（泄漏）需纠正性维修和日常检查相结合。

表1 中继阀失效模式分析

根据上述分析，中继阀维修策略见表2。

3 结论与展望

针对轨道交通车辆维修策略的制定缺乏统一、充分理论依据的现状，基于产品FMECA 数据，同时充分考虑用户需求、设备可维修性、故障显隐性等因素，提出了维修策略制定技术路线图，并以中继阀为例论证了该技术路线的可行性，为轨道交通车辆维修策略的制定开辟了一条全新的道路。

表2 中继阀维修策略

图3 中继阀卡滞维修策略技术路线

图4 中继阀泄漏维修策略技术路线

本文仅针对轨道交通车辆的维修策略进行了探讨，并未涉及具体的维修方案。随着轨道交通行业的发展，用户对车辆全寿命周期成本的关注度越来越高，而能够提供合理的全寿命周期维修方案成为车辆制造厂关键的竞争因素。RCM 已成为维修方案制定的重要理论支撑，将本文所述维修策略制定方法与RCM相结合，能够制定出车辆完整的全寿命周期维修方案。