张仕华

（成都中车四方轨道车辆有限公司，四川 成都 610100）

0 前言

地铁车辆架修需要开展车辆重要部件的分解、检查、清洗、探伤、修理，同时开展地铁车辆的全面检测、试验、维修，以此保证地铁车辆的综合性能满足标准。结合实际调研可以发现，地铁车辆架修会受到车辆技术类型因素、维修流程因素、人力因素、运营因素、设施设备因素、物料供应因素、外部因素的直接影响，这类影响都需要在地铁车辆修程修制改革中得到体现。

1 地铁车辆架修方式及维修周期

为了深入地了解地铁车辆修程修制，该节将围绕地铁车辆的架修方式分类、架修方式特点、架修维修影响因素、修程修制现状4个方面进行深入地分析，以此为后续研究奠定基础。

1.1 架修方式分类

地铁车辆架修需要兼顾维修与保养，同时以预防性修理为主，地铁车辆运行的可靠性和安全性能够得到保障，先期破坏的可能性也能够随之降低。基于维修能力、部件维修方式、部件维修地点、车辆架修组织方式，可以将地铁车辆架修方式划分为分修制、合修制、分散修、集中修、换件修、原件修、委外修以及自主修[1]。

1.2 架修方式特点

合修制存在较高的一次性投入和较大的场地需求，如保障维修质量、降低维修成本、集中设施与人才资源等；分修制能够减少架修停时及转线时间，可以较好地保证维修质量，但是可能导致重复投资问题；分散修无需长途运输，能够节约时间、提升检修效率及灵活性，但是可能导致重复投资的问题；集中修能够较好地实现专业人才集中，在专业设施利用、维修效率提高、重复投资规避方面表现出色，但是需要较大的设施投资；原件修能够降低维修耗费，适用于没有备件的情况；换件修能够快速、及时地满足维修要求，对维修人员和维修级别的技能要求不高，在节省人力、保证质量、缩短修理停时方面表现出色；自主修有利于把控架修进度，且能够不断地提升员工的维修水平，但是同时存在较高的维修成本；委外修能够有效地降低维修成本，充分利用外部资源[2]。

1.3 架修维修影响因素

地铁车辆架修维修会受到多方面因素的影响，架修维修能力是其中的代表。地铁车辆的架修维修能力可以细分为有效能力和设计能力，有效能力指的是车辆技术差异、车辆质量因素、设备维修、个人时间在设计能力扣除下导致的维修能力降低，设计能力是指地铁车辆在理想状态下所能够完成的架修数量。受到维修深度、地铁车辆技术类型等因素的影响，设计能力一般大于有效能力，但是受到人员缺勤、设备故障等因素影响，有效能力一般大出实际产出。通过进一步分析，维修流程、运营因素、物料供应因素、车辆技术类型因素、设施设备因素、人力因素以及外部因素等都会给地铁车辆架修维修带来影响，这种影响会在架修维修能力中直观地体现。以维修流程为例，地铁车辆的维修能力直接受到维修效率的影响，维修效率高低则直接由维修流程的决定。在地铁车辆的架修维修过程中，维修效率为标准及生产工时的比值，前者指的是地铁车辆架修需要的平均耗时，属于正常生产下需要的成本及时间，后者是指实际需要的特定维修生产耗时，属于实际投入维修的成本及时间。生产速度的稳定性直接受到维修效率高低的影响，通过优化架修维修流程并且提高维修质量，地铁车辆的架修维修能力就可以有效地提升，图1为设备故障率浴盆曲线，地铁车辆设备的故障率变化基本遵循该曲线，由此可以进行针对性的地铁车辆架修维修。

1.4 现状分析

以北京地铁为例，其车辆架修选择分修制，设置的架修周期为26万km～30万km以及24 d的库停时间；上海地铁采用分修制的车辆架修，设置有运营5 a或50万km的架修周期以及25 d的库停时间；广州地铁采用分修制的车辆架修，设置有运营6 a或52万km～75万km的架修周期，以及30 d的库停时间；南京地铁采用委外修与合修制的车辆架修，设置有运营5 a或50万km～60万km的架修周期，以及28 d的库停时间[3]。

2 基于可靠性维修的地铁车辆修程修制改革路径

2.1 架修维修流程改革路径

为了直观地展示地铁车辆架修维修流程改革路径，该节将围绕架修维修模块化设计、架修维修流程优化模型以及案例分析3个方面进行深入探讨。

2.1.1 架修维修模块化设计

图1为地铁车辆架修流程示意图，结合该图可以将地铁车辆架修细分为6个部分，包括车辆的分解清洗、转向架轮对系统检修、检修电气系统、检修制动系统、检修车门内装系统、静态和动态调试。

图1 地铁车辆架修流程示意图

在基于可靠性维修的地铁车辆架修流程改革中，需要基于于“七步作业法”开展地铁车辆系统的可靠性分析，选定的维修模块涉及维修工时、维修内容、维修人员、工器具、维修周期、维修条件、备配备件，具体包括以下7个步骤：1）关键设备选择。需要针对性地确定架修维修模块的工位数及名称。2）关键设备性能及功能指标确定。需完成维修内容的初选。3）确定所有合理功能故障。选定维修工器具、诊断工具。4）完成可最可信维修模式及后果确定。维修内容明确。5）有效和可行维修策略选择。维修条件确定。6）计划制定和策略实施。确定维修的工时、人员、备品备件。7）维修策略优化及效果评价开展。维修周期确定[4]。

将架修维修模块细分为标准模块和可变模块，标准模块指的是仅能单独开展维修操作的工艺、架修维修中空调拆解等必不可少的工艺。可变模块指的是可以不修或少修的工艺以及可以同时与其他工艺一起维修的工艺。

2.1.2 架修维修流程优化模型

对于存在维修时间约束的各模块来说，模块间同时存在互斥约束和裙带约束，因此架修维修流程优化模型的建设不能简单地对所有架修工序、工艺进行拆分、组合，而是需要在明确各类维修的特殊维修条件和基本信息基础上，完成模块重组模型的建设，同时完成维修模块组合的最佳求解，地铁车辆架修的需要。地铁车辆的运行的可靠性和安全性也能够得到保障。基于提升地铁车辆利用效率和维修人员工作效率确定目标函数，由于二者存在一定的正相关性，在划分地铁车辆架修工艺维修模块的过程中，基于不同模块工作内容，对维修人员数量进行精编，工作效率提升将顺利实现，由此开展的目标函数构建主要依据为地铁车辆利用效率提升，即架修过程中地铁车辆库停时间的缩短，基于最少库停时间的目标函数模型如公式（1）和公式 （2）所示。

式中：N、M、T分别为车辆架修工位总数、车辆架修维修模块总数、架修维修中每天维修人员的标准工时；i、j分别为车辆架修工艺（第i个）、车辆架修维修模块（第j个）；分别为每个工位标准模块在车辆架修维修工艺中的维修总时间、车辆架修维修模块（第j个）维修工作量、车辆架修维修可变模块（第j个）维修工作量、车辆架修维修工艺（第i个）维修工作总量上限；xij=0、xij=1分别为架修维修工艺（第i个）与架修维修模块（第j个）不在、在同一时间进行，j1、j2代表架修工艺中的2个工艺。深入分析上述模型可以发现，该模型存在3个约束条件，包括工作量约束（每个架修工位）、同一个架修工位中2个模块是否可以同时进行、2个模块必须在不同时间或不同的架修工位进行。在模型的求解中，该文采用模拟退火算法作为随机的搜索算法，该算法具备鲁棒性强、通用、简单以及并行处理效果显著等优势，在复杂的非线性优化问题求解中有出色表现[5]。

2.1.3 案例分析

以某地铁维修公司为例，该公司拥有工位12个，基于针对性的跟踪统计，将该公司的车辆架修工艺细分为标准模块和可变模块，数量分别为22个、32个，同时存在50 h的标准模块维修总时间，表2为可变模块维修时间。

表 2 可变模块维修时间

案例中模型求解采用模拟退火算法，N、M、T、Wi分别为12、32、5 h、24 人，Bt、由现场统计数据决定，K取0.95，初始温度T、终止温度t分别设置为10000 ℃、10-12℃。通过求解能够得到最优解23，这说明优化地铁车辆架修流程后，存在23 d的车辆架修库停时间。

2.2 架修维修周期改革路径

为了直观地展示架修维修周期改革路径，该文将围绕关键部件选择与特征分析、架修维修周期优化模型、案例分析3个方面进行深入探讨。

2.2.1 关键部件选择与特征分析

在地铁车辆部件的分类过程中，可以采用ABC分类法和层次分析法，准则指标包括故障率、维修费用、运营服务性、运营安全性，然后确定车辆部件对准则的权重，这一环节ABC分类法，加权权重计算可基于层次分析法确定，最终ABC分类可基于车辆部件的加权权重开展，架修维修中车辆部件的针对性将大幅提升。

在选择地铁车辆的关键部件过程中，以设备部件的关键性为目标层，以故障率、维修费用、运营服务性、运营安全性为准则层，以设备部件为方案层，具体的权重计算公式如公式（3）所示。

结合矩阵A∶A（Aj）4×4（i，j=1，2，3，4），即可完成权重计算，其中aij数值为1、3、5、7、9，分别代表存在同等重要的2个影响因素、存在稍微重要的1个影响因素、存在比较重要的1个影响因素、存在非常重要的1个影响因素、存在极其重要的1个影响因素，2、4、6、8则代表处于上述相邻情况之间的影响因素，每个影响因素对目标层的权重可以由此计算得出，进一步引入ABC分类法，可得到表3所示的ABC分类结果。

表3 ABC分类结果

通过对每个参与分类部件关键性的权重计算，由高到低排序权重，关键部件即可通过ABC分类顺利获取。以某地铁检修公司为例，统计该公司的车辆部件维修费用、故障统计等基础数据，采用该文方法进行针对性分类，可以得到ABC分类权重分配及判断依据详情表，见表4。

表4 ABC分类权重分配及判断依据详情表

基于具体数据，可得到表5所示的车辆部件分类结果。

表5 车辆部件分类结果

2.2.2 架修维修周期优化模型

为了判定设备部件可靠状态，需要结合《国家城市轨道交通运营突发事件应急预案》的相关要求，明确地铁车辆不可靠状态、次可靠状态、可靠状态，分别为0.09次/万列公里以下的导致车辆退出服务部件故障率、小于等于0.1次且大于0.09次/万列公里、大于0.1次/万列公里，其中不可靠状态属于不可接受的可靠性。在架修维修周期优化模型的建设中，考虑到较多的地铁车辆部件种类一一统计的工作量过大，因此该研究只是围绕影响地铁车辆运行可靠性较大的关键部件开展，以此为架修修程的最佳维修周期确定提供依据。在具体的优化过程中，优化需要以安全可靠的部件运营为前提，以此实现维修周期延长和维持成本控制。因此需要以可靠性维修为约束条件，优化目标为架修周期内地铁车辆安全运营最低平均维修费用，以此建立模型。考虑到在架修库或修理厂的拆解维修会直接影响地铁运营，因此需要设法兼顾维修人工成本、维修材料成本、架修停机时间损失，由此可得到地铁车辆关键部件架修周期优化模型如公式（4）所示。

式中：C（L）、R（l）分别为一次架修流程中地铁车辆单位安全运营里程总成本、关键部件可靠度函数；ca、cd、cr分别为单次架修维修总费用、库停维修时间产生的损失费用、进入架修前地铁车辆的部件维修单次费用，其中cd包括水电费、租赁费等，ca包括了维修材料费、分工成本和委外维保费用等。L、R（L）、Re分别为架修维修周期决策变量、关键部件在L运营里程时的可靠度、关键部件可靠度要求下限，f（l）、dl分别为关键部件故障概率密度函数、可靠运营里程（单个架修周期内）。为了确定模型参数，需要对地铁车辆架修流程记录数据进行收集和分析，以此开展数理统计及针对性的分布检验，主要的分布函数、对应的寿命分布类型、相应的参数即可确定。还应该结合员工工资维修消耗、维修记录账单等统计数据，获得维修材料相关费用数据，结合可靠度的约束条件进行模型求解，地铁车辆架修维修的最佳里程周期即可顺利求得。基于地铁车辆架修维修的最佳里程周期，地铁车辆的可靠安全运行能够得到保障，维修成本节约可以同时兼顾，地铁车辆架修维修经济性与部件可靠性的合理优化平衡点能够顺利获得。

2.2.3 案例分析

为了提升研究的价值，以某地铁维修公司统计的已完成架修工作为研究对象，共涉及地铁车辆61列，分别统计进入标准架修作业里程的地铁车辆关键部件至实际执行架修作业时里程范围内的故障情况，同时统计和分析地铁车辆架修流程中的具体故障情况，选择万公里故障率作为可靠性分析指标，故障频数与走行公里数的比值即为故障率，“次/万公里”为故障率的单位。对故障率走势进行分析可以得出地铁车辆部件安全可靠运营里程范围minL，如公式（5）所示。

基于公式（5），可确定存在[0，70.2]的安全可靠运营里程范围。在对案例中61列地铁车辆的统计中，走行公里数在75万km以上的有7列，在75万km以内的有54列。进一步统计进入架修期的地铁车辆走行里程数据，取0.05为置信度，基于计算得到的1.2738结果（威布尔分布检验统计量），可以确定分布检验条件得到满足，因此61列地铁车辆存在服从威布尔分布规律的部件故障率。进一步进行计算，可以得到地铁车辆部件的可靠度函数和故障概率密度函数，如公式（6）和公式（7）所示。

在具体计算中，ca、cd、cr分别取2200000、5300、520000，m、Re、η分别取6.6、0.85、581128.553。在架修周期优化模型中带入相关参数，具体求解采用MATLAB数学工具，最终可以得到如图2所示的维修费用与架修周期对应关系。

基于图2进行分析可以发现，能够得到66.5×104km的地铁车辆最佳架修维修周期，此时开展架修能够得到最经济的效果。但是由于地铁车辆运营中基于架修任务的固定运营里程控制存在较高难度，因此该文建议以[65×104，68×104km]为架修周期，这不仅能够控制地铁车辆架修维修费用，同时能够保证地铁车辆始终在可靠、安全的范围内运营，地铁车辆的架修周期也能够有效延长，较好地规避了维修资源浪费等问题。

图2 维修费用与架修周期对应关系

3 结论

综上所述，基于可靠性维修的地铁车辆修程修制改革具有较高的现实意义。在此基础上，该文涉及的架修维修模块化设计、架修维修流程优化模型、关键部件选择与特征分析、架修维修周期优化模型等内容，则提供了可行性较高的地铁车辆修程修制改革路径。为了更好地优化地铁车辆修程修制，车辆架修修精益化生产等精益管理思想的引入、智能化诊断及监测技术的应用同样需要得到相关业内人士的重视。