高速动车组备件管理研究*

吴国栋,王华胜,文 礼,李忠厚

(1 铁道部运输局 装备部,北京100844)

(2 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所,北京100081)

科学的备件管理是提高动车组检修效率,改善维修经济性的重要手段和途径。随着我国高速动车组大批量的投入运营,以及覆盖全路高速网络的动车段、动车所的建成运用,备件管理工作在高速动车组检修中的作用和影响日渐突出。如何使备件管理工作更加科学、有效,是一个亟待深入研究和分析的课题。

1 动车组备件定义

备件的概念非常宽泛,大到某个系统,小到一个元件,都可称为备件,因此,首先需要对备件进行定义。针对动车组的层次化、模块化特点,并参照GJB 431-1988《产品层次、产品互换性、样机及有关术语》的有关规定[1],可将动车组划分为系统、分系统、装置、组件、部件、零件6种备件约定级别。

(1)系统级备件

由图1可看出,在系统级层面上,动车组可划分为10个系统[2],其中左侧的6个系统直接影响动车组运行和安全,属关键性系统;右侧的4个系统主要影响旅客服务质量,属服务性系统。

图1 动车组系统级备件

(2)分系统级备件

动车组各系统级备件由分系统级备件构成,见图2。

图2 空气制动分系统级备件

(3)装置级备件

动车组各分系统级备件由装置级备件构成,见图3。

图3 基础制动分系统装置级备件

(4)组件级备件

动车组各装置级备件由组件级备件构成,见图4。

图4 基础制动装置组件级备件

(5)部件级备件

动车组各组件级备件由部件级备件构成,见图5。

图5 夹钳单元部件级备件

(6)零件级备件

动车组各部件又可进一步划分为零件级备件,见图6。

图6 闸片托及闸片零件级备件

以动车组空气制动系统为例,对其备件级别和定义进行了初步分析,同理,可对其他系统进行类似分析。通过以上分析,可以得到动车组不同结构层次上的备件目录,为备件的分类和管理提供依据。

2 动车组备件分类

动车组检修是按照不同的级别在不同的场所进行的,不同检修级别的深度和范围不同,涉及的备件种类和范围也不同,因此,需要在动车组维修级别分析的基础上,根据不同检修场所对动车组备件进行分类。

2.1 动车组维修级别

维修级别是按照装备维修所处场所而划分的等级,以便合理划分维修任务,科学、高效组织维修;合理配置维修机构和资源,提高其使用、管理的效率和效益。

目前,我国动车组采用了动车所、动车段2级别维修模式,该模式简化了维修管理,缩短了回送和检修停时,提高了检修效率。但该维修级别模式是在充分发挥主机厂和备件商技术优势,对主要部件实行换件修、专业化集中修的基础上建立的,因此,从备件管理角度看,动车组维修仍然是3级,即动车所级、动车段级、主机(配件)厂级。

(1)动车运用所

动车运用所一般设在有始发终到动车组较多的客运站所在地,承担所在客运站始发终到动车组的一、二级修、存放和临修作业及所派驻动车组的二级修作业[3]。动车所的检修作业方式包括清洁、检查、润滑、调整、部分部件的更换和检修等。

(2)动车段

动车段一般设在客运中心,主要承担动车组的3、4、5级修[3]。动车段具备较强的系统诊断、分解、检修、组装和调试能力,部件分解更换的程度更深,范围更广。

(3)主机厂

主机和配件厂在人员、技术、设备、设施、工装、工艺、材料、备件等方面均有较强的优势,具有更高的修理能力,可承担动车组各种高级别维修、现代化改造、以及大部件修理、备件制造等工作。

2.2 动车组备件分类

根据动车组维修级别,可将动车组备件划分为:动车所更换单元(所级备件)、动车段更换单元(段级备件)和主机厂更换单元(厂级备件)。

(1)所级备件

所级备件指在动车所内对动车组进行1、2级修和临修时,更换或检修的动车组备件。主要包括某些结构复杂、分解组装困难的系统级备件和分系统级备件,如转向架、空压机、制动控制单元等;也包括结构简单、更换容易的零部件级备件,如闸片、滤网等。

(2)段级备件

段级备件是指在动车段内对动车组进行3、4、5级修和其他超范围临修时,更换或检修的动车组备件。段级备件主要包括委外修的系统级和分系统级备件,如主变压器、牵引电机、空调等;段内分解检修涉及的装置级、组件级、零部件级备件,如轴箱轴承、车轮、减振器、仪表、电子模块等。

(3)厂级备件

厂级备件是指在主机厂或备件厂内对动车组及其系统或分系统进行维修时,更换或检修的备件。厂级备件通常是组件、部件、零件或元器件级别的备件,如各类机械零部件、电路板、电子元器件、插接件等。

此外,还有一些备件对拆卸、更换要求更高,需要在更专业的“下游”外协厂进行维修,采用类似方法可做进一步分析。

3 动车组备件储备

高速动车组备件不仅价格昂贵,而且许多备件采购周期长,订货渠道复杂,因此,备件的库存管理非常重要。一旦管理不当,就可能造成某些备件库存短缺,影响维修进度,降低动车组利用率;或者某些备件库存过剩,占用过多资金,增加检修成本。

3.1 备件重要性综合评价

动车组的零部件数以万计,但其重要程度是有差别的。首先,故障后果不同,有些部件发生故障后对动车组运行不会产生严重影响,可待到方便时进行更换;有些部件发生故障后不仅影响运行甚至威胁安全,发现故障征兆必须立即更换。其次,部件的故障发生概率不同,如一些经常发生故障的易损、易耗件更换率较高,备件库存量要充足;另有一些备件很少发生故障,备件库存量可适当控制。此外,动车组不同备件的价值也有很大差别,有的价值上百万元,对于哪些价值昂贵的备件应重点管理,尽量减少资金占用。

鉴于动车组备件的上述特点,建议按照故障严重程度、故障概率大小和价值高低对备件的重要性进行综合评价。

(1)后果严重程度

按照备件故障后果的严重程度将其分为3级,1级备件非常关键,故障后会中止动车组运行;2级备件比较重要,发生故障后虽然不中止动车组运行,但会使动车组运行品质下降;3级备件属一般部件,发生故障后不影响动车组运行。

(2)发生故障概率

备件故障发生概率等级可分为高、中、低3级,高故障概率等级意味着该备件的更换率高,要求库存量较大,应重点管理;低故障概率等级意味着该备件可靠性高、更换率低,库存量要求不大。在具体计算备件库存量时,还应考虑备件耗损规律、订货渠道、采购周期、库存条件等多方面因素。如某些耗损型备件故障率与运用时间关系密切,应依据其可靠性规律制定备件库存策略。

(3)价值

可采用作图方法,取横轴为备件种类,纵轴为备件累计价值,将动车组备件目录中的备件按照价值从高到低依次累加,得到一条曲线。在曲线上标出累计价值增长达到50%、80%的点,则对应横轴的备件种类分别为A、B、C类备件。A类备件属高价值备件,通常种类较少,应在综合考虑其故障后果和故障规律的基础上对库存量重点控制;B类备件属中等价值备件,应尽量控制库存;C类备件属低价值备件,该类备件数量通常较大,可根据需要控制库存。

表1给出了各影响因素等级划分标准,按照不同因素的等级标准,可对动车组备件重要性进行综合评分。

表1 部件重要性影响因素等级划分

设rij为第i个备件第j个影响因素的评价等级,则

式中wi为第i个备件重要性的综合得分。可根据得分情况决定备件的储备策略,如规定wi≥8时须对该备件进行重点关注;以及规定某个单项评分达到3时,也必须对该备件进行重点关注。

3.2 动车组备件储备策略

针对不同重要程度的动车组备件可制定如下相应的库存策略:

(1)冗余库存策略

对于发生故障后可能引起动车组不能出库或中断运营的备件,须采用冗余库存策略,确保检修需求。首先根据其损耗规律、订货周期等因素,计算出基本库存量;在此基础上,对于采购渠道畅通、价值昂贵的备件应严格控制库存量,避免占用过多资金;对于采购渠道不畅通,不确定影响因素较多的备件,还应考虑一定的冗余系数,适当多库存一定量的备件,以确保备件供应不出现短缺。

(2)一般库存策略

对于发生故障后可能引起动车组运营品质下降、价值不高、适于储备的备件可采用一般库存策略,以基本满足检修需求,不出现明显短缺现象为基准。根据其损耗规律、订货周期计算出基本库存量,在此基础上灵活掌握该类备件库存。

(3)短缺库存策略

对于价格昂贵,发生故障后并不中断运营,且采购渠道比较畅通的部件可采用短缺库存策略。该策略以最大限度降低备件资金占用为目的,可采用动车所(段)间备件共享,以及第3方备件储备周转等方法实现。

(4)零库存策略

对于采购便捷,以及发生故障后基本不影响运营的备件,可采取需要时按量采购的零库存策略。避免不必要的资金占用和库存管理。

4 动车组备件管理方法

前面对高速动车组备件进行了定义、分类和储备策略分析,在此基础上,可采用三维矩阵方式对高速动车组备件进行管理分析。所谓高速动车组备件的三维矩阵管理是指从备件目录、备件类别、储备策略3个维度对备件进行综合分析和评价。

(1)备件目录维分析

依据动车组设计的层次化、模块化特点和结构、功能特征,按照系统、分系统、装置、组件、部件、零件的备件约定级别进行结构层次划分,得到不同级别上的备件目录。

(2)备件类别维分析

从检修技术复杂性、设备设施、工装工艺、人员素质等因素综合考虑,对目录中的备件进行逐级、逐个评价,判断各级备件在动车所实施换件修的可能性,进而得到所级备件清单。

采用类似方法,针对动车段检修内容和要求,对备件目录进行动车段换件修评价,得到段级备件清单。

同理,针对主机厂和配件厂的检修范围和要求,对备件目录进行厂级备件评价,得到厂级备件清单。

(3)储备策略维分析

在对各级备件进行重要性综合评价的基础上,分析确定其储备策略,即确定各级备件应采用冗余库存、一般库存、短缺库存还是零库存策略。

图7 动车组备件管理三维矩阵图

图7给出高速动车组备件管理三维矩阵图,通过对三维矩阵图进行分析,可得到所级备件、段级备件、厂级备件的目录及其储备策略。

5 结论与建议

(1)针对高速动车组及其设备的层次化、模块化特点,以动车组空气制动系统为例,从系统、分系统、装置、组件、部件、零件6个约定层次,对备件进行分级定义,给出动车组备件目录编制方法。

(2)针对高速动车组维修级别和备件管理需求,从当前动车组检修机构的检修能力和条件出发,将高速动车组备件划分为所级备件、段级备件和厂级备件等类别,为备件的分类管理奠定了基础。

(3)从故障后果、故障概率、价值高低等方面综合考虑,提出高速动车组备件重要性综合评价方法,在此基础上给出针对不同重要程度备件的储备策略。

(4)提出了高速动车组备件管理的三维矩阵方法,该方法从备件目录、备件类别、储备策略3个维度对备件管理进行综合分析,可较系统、全面地获得备件管理方案。

(5)备件管理对高速动车组维修效率和成本都有着至关重要的影响,随着高速动车组维修实践不断开展和深入,备件管理研究工作也需不断深化和完善。

[1] 端木京顺,张诤敏,武维新,等.装备维修技术经济[M].北京:国防工业出版社,2003.

[2] 张曙光.CRH1型动车组[M].北京:中国铁道出版社,2008.

[3] 铁道第四勘察设计院.铁路动车组设备设计暂行规定[S].北京:中国铁道出版社,2007.