动车组行车关键配件全生命周期管理效果分析

李姝辰，陈国宝，周义萱3，，江昶霆，郑 凯，任 爽

（1.北京交通大学 经济管理学院，北京100044；2.中国铁路上海局集团有限公司 物资处，上海 200040；3.北京印刷学院 经济管理学院，北京 102600；4.北京交通大学 计算机与信息技术学院，北京 100044）

1 引言

截至2016年底，全国高速铁路营业里程达到2.2万km以上，完成旅客发送量14.43亿人次（均占世界高铁营业里程和旅客发送量60%以上）；累计安排开行动车组2 332.5对，占总旅客列车开行对数65.3%；动车组拥有量达到2 586标准组、20 688辆。伴随着动车组的迅猛发展，动车组行车关键配件呈现出数量大与管理复杂的趋势。

中国铁路上海局集团有限公司（简称：上海局）已经开展应用二维码对动车组行车关键配件全生命周期管理，对提升动车组行车关键配件管理质量起到了重要作用[1]。本文以上海动车段为例，以牵引电机、一系垂向减振器、抗蛇行减振器与车端减振器为动车组行车关键配件的典型研究对象，在文献整理和现场调查的基础上，应用流程分析法，归纳基于二维码的动车组行车关键配件全生命周期管理特征；应用失效函数法，分析基于二维码的动车组行车关键配件的安全监测效果，对提高动车组行车关键配件管理质量和管理效率提供决策支持。

2 研究综述

既有成果集中于研究设计动车组行车关键配件管理系统方面，应用二维码对动车组行车关键配件全生命周期管理的相关成果甚少。代表性的学者有管江旗等人。管江旗等[2]立足于CRH型动车组关键配件全生命周期跟踪管理的实际需求，提出建立基于RFID的CRH型动车组关键配件全生命周期跟踪系统。陈彦等[3]结合动车组检修实际，梳理关键配件检修追踪信息以及检修业务流程，在此基础上设计系统架构和功能。

本文借鉴了失效函数的既有成果，其中杨红雄等[4]分析了失效因子与质量保证的关系，基于个体失效模式、可靠性、随机过程，构建了公路项目失效函数。Chulho Bae等[5]为提高城市交通的安全性，研究建立兼顾安全和成本的维修计划，应用失效函数，在估计失效率和平均故障间隔时间的基础上，给出了各部件的维修时间。

3 动车组行车关键配件全生命周期管理特征

根据动车组检修作业相关规定，动车组运用年限约为20年，动车组检修分为五个等级。其中，牵引电机、一系垂向减振器、抗蛇行减振器与车端减振器的一级和二级检修作业为运用检修，三级、四级、五级检修作业为高级检修。

如图1所示，完成24次一级修后进入二级修；完成288次一级修和11次二级修后进入三级修，完成三级修后再次进入一级修和二级修；完成552次一级修、22次二级修和1次三级修后进入四级修，完成四级修后再次进入一级修和二级修；完成1 104次一级修、44次二级修、2次三级修和1次四级修后进入五级修，完成五级修后再次进入一级修和二级修，直至动车组全生命周期的20年。

图1 动车组检修作业周期与检修作业次数示意图

3.1 各级检修作业流程分析

（1）一级修与二级修流程分析。如图2所示，动车组一级与二级检修作业过程中，如果无故障的行车关键配件更换，共计经过3个作业环节。仅经由动车运用所内部的检修部门和调度部门。扫描二维码次数为1次，用于动车组行车关键配件质量状态信息记录及检查作业状态信息记录。

图2 一级修与二级修流程分析示意图

（2）三级修与四级修流程分析。如图3所示，动车组三级与四级检修作业过程中，共计经过17个作业环节。经由动车段内部的物资、检修和修理3个部门，还需经由上海铁路局物资处（局内1单位）和配件供应商（局外1企业）。扫描二维码次数为9次，主要用于动车组行车关键配件质量状态、故障配件更换状态、配件采购与物流状态等信息记录，以及检修作业的状态确认。

（3）五级修流程分析。如图4所示，动车组五级检修作业过程中，共计经过5个作业环节。本单位仅经由动车运用所内部的调度部门，还需经由委托修理商（局外1企业）。扫描二维码次数为4次，主要用于动车组行车关键配件质量状态、配件检修状态的信息记录及检修作业的状态确认。

图3 三级修与四级修流程分析示意图

图4 五级修流程分析示意图

3.2 全生命周期管理特点

（1）配件的唯一标识码特点。应用二维码的动车组行车关键配件全生命周期管理特点，见表1。应用二维码，实现每个动车组行车关键配件的唯一标识，成为实现动车组行车关键配件全生命周期可追溯、可视化管理的前提。

在全生命周期管理的过程中，每个动车组行车关键配件总计扫描二维码次数约1 919次。其中上海局动车运用所或动车段内参与部门类型1-3个，上海局内参与单位为物资处，上海局外参与企业类型2个。因此，要想保证动车组行车关键配件全生命周期信息的一贯标识，不仅需要保证每一次扫描二维码信息的及时、准确，而且需要保证20年间，所有扫描二维码信息的可读、可保存、可查询、可分析。

（2）多级、多周期与多单位复杂管理特点。基于二维码的动车组行车关键配件全生命周期呈现出多级与多周期的管理特点，见表1。其中一级修至五级修为多次周期性循环，直至动车组全生命周期的20年。根据一级修至五级修的规定时间与里程，初步计算出一级检修作业次数约1 800次，二级检修作业次数约70次，三级检修作业次数约3次，四级检修作业次数约2次，五级检修作业次数1次。

根据上述一级修至五级修的流程示意图，可以整理出基于二维码的动车组行车关键配件全生命周期呈现出多单位的复杂管理特点。在不同级别修程中，动车组行车关键配件的检修项目参与单位类型、数量不尽相同。在一级和二级修程中，如果无故障配件更换，检修参与单位仅为1个，检修单位内部参与部门2个。其他级别的检修作业，不仅要经由局内若干参与单位（物资处、动车段），还要经由局外若干参与企业（配件供应商、修理商）。

表1 动车组行车关键配件全生命周期管理特点

4 动车组行车关键配件安全质量管理效果

4.1 单个配件安全管理

在行车过程中，为了确保动车组行车关键配件的安全质量，首先应用失效函数法，绘制相应的失效函数图像，具体分析过程如下：

通常用一个非负随机变量X来描述产品的寿命，则X的相应分布函数为F(t)=P{X＜t}=1-e-(λt)α，可靠度函数为R(t)=P{X＞t}=1-e-(λt)α，失效率函数为。

当λ=1，α=3时，r(t)=3t2，失效函数图像如图5所示。

其次，根据上述失效函数图像，对失效率r(t)关于时间t的函数求反函数，得到时间t关于失效率r(t)的函数。根据对应比例，将时间t与检修次数n相联系，得到检修次数n关于失效率r(t)的函数图像，提出基于二维码的单个行车关键配件无故障情况下的重点监测区间，如图6所示。

图5 失效函数图像示意图

图6 基于二维码的单个配件安全监测示意图

根据上述结果，一级修至三级修的检修次数为299次，将单个行车关键配件失效率分为4级，分别标注绿色，黄色，橙色和红色。当扫描二维码次数分别达到149次，212次，259次和299次时，失效率分别为25%，50%，75%和100%。据此，可对行车中的单个配件安全进行全过程监测与重点监测。

4.2 所有配件安全管理

由图7可知，同一种类的动车组行车关键配件在同一辆车上的安全质量状态不同，而不同种类的动车组行车关键配件在同一辆车上的安全质量状态更是不同。

以上海局每日开行动车组列车633对为例，在行车过程中，为了确保全局所有行车关键配件的安全质量，基于二维码信息的可读、可保存、可查询、可分析等特点，将所有行车关键配件的安全质量分别标注为绿色，黄色，橙色和红色。据此，可对全局所有行车关键配件的安全状态进行全面实时监测与重点监测，如图7所示。

图7 基于二维码的所有配件安全监测示意图

5 建议

（1）通过二维码监测维修次数，可以监测动车组行车关键配件的失效状态，当其失效级别达到橙色和红色（失效率分别为75%和100%），应当对此动车组行车关键配件给予高度关注，做好相应的检修准备，从而对行车中配件的安全进行监测。

（2）某一动车组行车关键配件进行换装后，其质量状态和维修状态发生改变，应当通过二维码对动车组行车关键配件重新录入质量状态信息和维修状态信息，避免与原有信息混淆，影响行车中配件的安全监测。

[1]王辉.应用信息化技术探索创新动车组配件物流管理新模式[J].铁路采购与物流,2016,11(12):29-30.

[2]管江旗,贾志凯,张惟皎,刘丹凤.基于RFID的CRH型动车组关键配件全生命周期跟踪管理系统研究[J].铁路计算机应用,2013,22(1):25-28.

[3]陈彦,李新全,李樊,王璞.基于换件修的动车组关键部件检修追踪系统研究[A].第十一届中国智能交通年会大会论文集[C].2016.

[4]杨红雄,梅智伶,杨红澎.公路项目质量保证成本估算模型构建与运用[J].公路交通科技,2013,30(7):144-150.

[5]Chulho Bae,Taeyoon Koo,Youngtak Son,et al.A study on reliability centered maintenance planning of a standard electric motor unit subsystem using computational techniques[J].Journal of Mechanical Science and Technology,2009,(23):1 157-1 168.