基于状态检测的城市轨道交通车辆全服役期系统性维修研究*

李兆新 张海强 钟 璇

(1.华南理工大学电子与信息学院，510641，广州；2.广州地铁集团有限公司运营事业总部，510330，广州//第一作者，高级工程师)

车辆是城市轨道交通系统中最关键和最复杂的设备，涉及机械、电气、控制、材料、计算机等多个专业。车辆维修主要是对寿命周期不一的各子系统进行检测、维修和维护，使其保持良好的状态，从而为乘客提供安全、可靠、高品质的出行服务。

1 城市轨道交通车辆现行维修制式

车辆检修是为了保持和恢复车辆完成城市轨道交通运营规定的功能而采取的技术活动，包括维护保养和检查修理。车辆维修在长期实践中形成了定期维修(计划维修)、状态维修和事后维修3种制式。在车辆维修制度中，3种维修制式可以根据具体情况配合选用。对故障发生与工作时间(里程、次数)有密切关系且无法检测的零部件，通常采用定期维修制式；对故障发生能以参数或标准进行状态检查的零部件，则可采用状态维修制式；对故障发生不危及安全，且通过连续检测可以在故障发生后进行维修的零部件，一般采用事后维修制式。

定期维修按维修间隔期可分为大修、架修、年检、半年检、月检、日检等制式，按维修作业耗时可分为窗口修、均衡修(分散修)、全效修等制式。还有一种全新的列车维修制式，被广州地铁定义为系统修,即：从部件功能状态监测及可靠性评估出发，结合其服役期内故障表现，适当参考工作时间，使车辆各子系统及车辆综合故障率和可靠性控制在运营许可范围内的维修。

1.1 按维修间隔期限定义的维修制式

维修制式主要指大修、架修、年检、半年检、月检及日检。日检：对与行车安全相关的部件，在运营结束后进行车辆外观检查和有电功能检查。月检：对与行车安全相关及关键系统部件进行细化功能检查与维护。半年检：对车辆主要部件及子系统进行清洁、检测及数据测量等。年检：对车辆各子系统进行全面的状态检查、检测和功能调整,各部件全面检查、清洁、润滑，以及全面调试。架修：对主要部件进行解体和全面检修，更换磨耗件和工作寿命到期的零部件，对车辆各系统进行全面检测及调试，其目的是恢复车辆的性能。大修：是在架修的基础上对整列车进行分解、检查、修复，进行全面清洗、密封检测、翻新，结合技术改造对部分子系统进行全面地升级或更换，对各子系统进行全面地检测、调试及试验，其目的是全面恢复车辆的性能，是实现车辆在设计寿命周期内保持性能稳定的重要维修形式。

1.2 按维修作业耗时定义的维修制式

主要指窗口修、均衡修及全效修等。

香港地铁很早就采用三线维修制式：一线维修(又称窗口修)主要以系统检查和清洁为主;二线维修类似于架修及大修，进行部件的深层次拆解检修;三线维修是对车辆组件的维修，是对二线维修更换下来的组件进行维护和修理，也可以理解为部件维修。一线维修是将传统意义上的定检结合车辆的走行公里数，经过优化整合分为若干块(H检、L检、S检)，且适合于在列车停运时间完成的维修制式。一线维修一直循环至列车运行3.25 a才开始二线维修(D0、D1、D2、D3、D4等)。香港地铁一线、二线维修制式如表1和图1所示。

表1 香港地铁一线维修制式

图1 香港地铁全服役期一、二线维修时间示意图

上海地铁2004年提出了均衡修概念。均衡修是指以运营列车的高低峰窗口期为时长，将传统计划修的作业内容(如双周检、3个月检、定修等)划分为对应12个月度的、工作量相对平均的12种修程，是利用车辆运营高峰回库的窗口时间完成维修作业的一种维修制式。

南京地铁2008年提出了全效修概念。全效修是指列车的年度维护总量不变，将原本传统计划修的作业内容(如双周检、3个月检，定修等)划分为若干修程(南京地铁分为12个全效修程)，使原本集中检修的模式转换为按月度均分，并充分利用车辆运营高峰回库的窗口时间来完成维修作业的一种维修制式。全效修的模块化不仅仅是处理复杂维修的一种直观简化方法，而且是以子系统、子模块为基础，在对一定范围内的维修及管理内容进行分析，划分并设计出一系列涵盖全部维修内容和维修管理环节的通用模块，并综合考虑各个模块之间的关联性以及模块本身的维修特性及维修条件要求，以追求各个维修规程的维修模块所需要的维修工器具、备品备件材料、维修作业人力资源、相关制度规范等维修效益最佳的一种方法。

窗口修、均衡修、全效修等维修制式的实质是充分利用列车库停时间对车辆进行维护和维修，其目的是减少列车备车数、提升列车投运率。

2 广州地铁车辆维修制式

广州地铁借鉴香港地铁、上海地铁、南京地铁的车辆检修模式，采用了对车辆实施均衡修和定期检修相结合的维修制式,并且结合自身特点对修程进行了优化。试行一段时间后,发现架修和大修级的定期维修以及日常均衡修的分工不太合理，会造成一定的浪费，且由于现行架修和大修存在跨部门及跨地域因素，没有针对列车全寿命周期特点进行维修管理，致使列车维修履历即维修数据管理链存在中断。

对车辆维修前后的状态检测、监控信息及评估分析后发现，均衡修和定期修存在不同程度的欠修或过修等情况，架修和大修的列车在质保期内正线延误2 min以上的故障时有发生。分析还发现架修和大修级的定期维修其部分内容可以分系统、分部件通过一线运营检修车间短时扣车(列车仍然可以运营)的方式进行维修或部件替换，由此可进一步提高架修和大修的运转效率，提高列车周转率和可用率，降低综合维修成本。因此,研究以运营服务为中心，面向全服役期的车辆系统性维修制式被提出来。

3 车辆全服役期的系统性维修制式

大修、架修、年检、半年检、月检等修制是根据车辆供货商提出的维护、维修建议而制定的。窗口修、均衡修、全效修等修制则强调充分利用列车库停时间。列车实际载荷与名义载荷存在差异，列车全服役期的前期与中后期载荷也有差异，列车供货商建议的修制或维修周期,实际蕴含修正的空间。库停列车数亦非定数，唯运营列车的故障率及系统部件劣化是现实存在的。由此，广州地铁以服务运营为中心，提出面向并结合实际状态的车辆全服役期系统性维修(以下简为“系统修”)制式。

3.1 利用检修窗差异化维修

城市轨道交通工作日的早晚客流高峰较为显著，其运营计划中一般会根据客流的高、平、低峰来安排不同数量的列车上线(见图2)。线路列车配数确定时,客流高、平、低峰时段有不同数量的列车停库，此时的库停列车可用于检修(检修窗)。如备用车很少或没有，列车维修因时间短而不可能实现，因此，提出区分系统及部件、区别车况、个性化及差异化的车辆维修模式。合理地利用检修窗,使车辆的拆解、维修、组合、试车等作业成为可能。

注：阴影部分为列车停用回库时间(检修窗)

图2 车辆检修窗示意图

3.2 全服役期系统修优化

为在全服役期中充分控制列车故障率，广州地铁对脱胎于均衡修和全效修的系统修开展进一步优化，优化步骤和内容如下(见图3)。

(1)原定5份修程中，单列车全年需要检修窗口时间18个。所需检修窗口个数相对较多，一定程度上加大了调度高峰时段回库列车的难度及工作强度。部分修程检修工时过长，较难保证在有效的窗口时间完成相应的检修作业。优化后变为12份修程，12个窗口时间，提高了维修效率。

(2)由于不同季节检修作业强度存在较大差异，给生产作业安排带来了不便。通过对车辆相关部件的可靠性分析，掌握零部件的故障周期，合理设置检修周期及检修时间。

(3)12份检修规程兼顾了原有的架修和大修修程。结合车辆全服役期维修管理，进一步优化检修、架修及大修规程，回归以车辆为核心的全服役期维修，使列车履历及故障数据管理链趋于完整。

图3 车辆系统修修制优化

3.3 系统修内容组合动态化

12份系统修规程内容由表征“每月必检查项目”和“周期检查项目”的“固定包”与“可变包”组成。这里的周期检查部分是“固定包”，动态的“可变包”通过对列车状态监测、可靠性分析、数据统计分析及部件物理状态评估决定。单列车全年检修的12份系统修内容不同，下一年度同一月份实施的系统修也可能与上一年度不同。

3.4 并行式大数据平台利用

广州地铁利用原国家“863”计划项目“城轨列车在途监测与安全预警系统”中的相关维保系统软件平台，以及正在组建的国家工程实验室运维一体化平台，初步建立了包括列车在内的运营系统软硬件全要素大数据平台。列车故障率实时报告，系统修效应被随时分析，“固定包”按计划调整，“可变包”根据状态评估结果及时调整，由此组成完整的系统修修制。

4 广州地铁车辆系统修修制的实施

在完成12份系统修规程、流程、工艺编制后，广州地铁2014年5月开始实行系统修。2013、2014、2015年的相关数据统计分析表明，车辆故障隐患检出率提高21%，车辆设备质量得分提高3.7%，正线故障减少9.6%(见图4、图5、图6)。

图4 广州地铁2013、2014、2015年库内检修发现的车辆故障情况对比

图5 广州地铁2013、2014、2015年车辆设备质量得分情况对比

图6 广州地铁2013、2014、2015年列车正线故障情况对比

系统修修制试行后发现，系统修应基于车辆全服役期维修管理，破除现行短周期检修、长周期架修/大修间由于跨部门或跨区域导致的同一车辆维修数据链断裂，列车维修履历数据库应实现跨部门、跨区域共享，应不断分析车辆及其系统状态，形成个性化、差异化系统修策略。

5 结语

为适应城市轨道交通的快速发展，满足旅客对城市轨道交通安全、快捷、舒适、低成本的服务需求，广州地铁将对各线路列车全面实施系统修，并根据车型及线路特点不断进行优化，同时探讨向供电、信号、线路等设备推广的可行性。