基于故障数据分析的重庆地铁6号线车辆检修策略优化

张 波 张 鑫 蒋 晶

（1.重庆公共运输职业学院 重庆 402247；2.重庆轨道交通（集团）有限公司 重庆 400042）

重庆地铁6号线于2012年9月开始试运行，一期工程由上新街站至礼嘉站，线路总长23.684km。二期工程为茶园南站至上新街站及礼嘉站至五路口站，截至2018年底正线开通运营里程达到63.33千米，国博支线运营里程为12.58千米。重庆地铁6号线采用了标准B型车的钢轮钢轨制式车辆，随着运营里程的增加和客流量的增大，运营任务越来越重，对于车辆的检修水平提出了更高的要求。经过几年的运行，重庆地铁6号线车辆在运营和检修的过程中积累了大量的故障数据，结合这些故障数据对车辆的可靠性进行分析，从而对其维修策略进行优化，对于降低维修成本、提高车辆运行的可靠性和安全性具有重要意义。

一、重庆地铁6号线车辆检修现状

目前重庆地铁6号线车辆修程分为列检、均衡修、架修、大修四级，其中列检、均衡修为日常维护检修，架修、大修为定期检修。其中均衡修由系统修和专项修两部分构成，系统修共设置24种修程，是利用列车正常运营中的间隙时间即早高峰入库和晚高峰出库之间在车辆段内的停留时间开展的修程。各项修程周期如下：

表1 重庆地铁6号线车辆修程

重庆地铁6号线目前采用的检修规程是以定期预防性检修为主的检修策略，结合车辆制造商提供的车辆维护手册，并参照国内其他城市地铁公司的检修结合车辆运营里程、时间和环境等因素，确定了车辆的检修周期和内容。现有的维修策略的制定对以下因素的考虑不足：

1.检修周期的制定主要依据的是经验以及其他地铁公司的检修制度，缺乏对车辆设备可靠性的深入研究。当设备的检修周期短于车辆发生故障的实际周期时，将产生过量维修，增加了维修费用，造成不必要的浪费。当设备的维修的周期过长于车辆发生故障的实际周期时，将使得车辆维修不足，影响车辆运行的可靠性和安全性。

2.由于设备自身特性和在车辆系统中所起的作用不同，不同类型的设备故障曲线和寿命特征有很大的不同，适用不同的检修策略。定期维修比较适用故障规律符合浴盆曲线的机械设备，即不易发生偶发故障，故障的发生取决于工作时间的设备，如转向架、车体、车钩缓冲装置等。车辆上很多设备的技术状态和故障规律并不遵循浴盆曲线，其可靠性与时间无关，只有早期故障期和偶然故障期，没有耗损故障期，定期维修对这类设备并不适合，维修效果不佳。

3.不同设备失效造成的后果不同，有些设备故障会对安全、正常运营造成较严重的影响，有些设备故障造成的后果对于运营造成的影响较小，应该采取不同的维修策略。

二、车辆检修策略

（一）检修策略分类

目前的车辆检修策略通常可以分为三类：事后维修、预防性维修和状态维修。

事后维修是指在设备发生故障后，对其进行维修，使其恢复到规定状态。完全实行事后维修无法保障设备的可用度和安全性，一旦出现突发故障很可能会造成较为严重的后果，甚至会出现人员、环境的安全事故。

预防性维修是指在设备故障发生前采取预防维修措施（如提前更换），以减少出现故障损失的可能性。预防性检修以车辆运行时间或里程作为维修期限，只要车辆达到了预先规定的时间或者走行公里数，不管设备的技术状态如何，都要进行规定的维修工作，这是一种强制性的预防性维修。在预防维修的基本思想上，又发展了多种预防维修理念，包括定期预防维修、以可靠性为中心的维修（Reliablility Centered Maintenance，RCM）、基于风险的维修（Risk-Based maintenance，RBM）。

状态维修又称视情维修，是按照设备实际技术状况来确定维修的时间和时机。状态检修策略是基于现代设备故障诊断的技术的一种检修策略，通过应用传感器对车辆设备进行实时的监控，能够直观地发现故障从而进行维修。

（二）检修测量优化原则

车辆系统中包含有复杂的机械部件和电子元件，由于设备的结构构成不同，它们的故障率曲线相差很大，不能简单地运用故障事后修、定期修或者状态修来确定维修策略，需要根据设备的重要度和不同区分开。有些设备依照重要性采取具体维修策略，有些设备依照时间间隔来确定维护策略，这样才能够在保证车辆系统可靠性和安全性的同时，满足车辆运营的经济效益。

机械设备的故障规律符合浴盆曲线，对设备进行检修维护之后，故障率都会有所下降，但是机械设备的疲劳和磨损等问题加重之后，运行状态也会随之变得恶劣。如果能够根据设备故障规律，在设备发生故障前的拐点处，对设备采取科学的检修维护策略，那么就可以有效地避免维修过度和不足的缺点，使运营单位获得最大效益。

对于电子电气设备来说，由于其故障规律没有明显的特点，偶然性的故障较多，根据实际运营情况，对重要度高的电子设备进行现代设备诊断技术，运用传感器等来预防电子设备的偶然故障，结合设备寿命周期规律来确定设备采用科学的检修策略。

（三）检修策略决策方法

对于地铁车辆进行检修的根本目的是为了保证运营的可靠性，降低设备故障对车辆运行的影响。因此选择维修策略的原则是在保证车辆运行的安全性和设备的可靠性的前提下，尽可能地降低维修成本。重庆地铁6号线在几年的运行过程中积累了大量的故障数据，通过对这些故障数据进行定量和定性分析，可以确定不同设备的可靠性特征量以及不同的故障对车辆运行造成的影响。通过对故障数据的分析，以设备的故障率类型、故障危害和故障频率为判断原则，对车辆系统的检修策略进行优化，从而保证车辆运行的安全性和设备可靠性，降低车辆维修费用[1，2]。

三、车辆系统划分和故障统计

地铁车辆的故障包括正线运营过程中发现的故障和检修过程中发现的故障，通过对故障信息进行统计分析，可以得出设备故障影响、故障分布规律、故障率等信息，从而为优化维修策略提供依据。由于重庆地铁一号线前后几期开通时间跨度较大，不同批次的地铁车辆选用的设备有差异，因此选择投入使用时间较为接近的10列车（06022～06031）对其故障进行统计，统计时间为2017年1月到2019年3月。由于故障记录中划分的车辆系统较为细致，不便统计分析，在本文中对部分系统进行了合并，最后将故障分为以下几个系统：车体及内装、转向架、车钩缓冲装置、车门、空调系统、制动系统、电气牵引系统、电气辅助系统、受电弓系统、乘客信息系统、列车网络系统、信号系统、司机室设备、其他共14个系统，不同系统故障统计结果如表2[3]。

表2 重庆地铁6号线故障统计

运用直方图和饼图更能直观显示各系统故障情况。图1为各系统故障数量直方图，图2为各系统故障占车辆总故障的比例。

图1 各系统故障数量直方图

图2 各系统故障所占车辆总故障的比例

从故障统计可以看出，车辆运行两年多的时间里，10列车总的故障数为1130件，其中乘客信息系统故障达32.1%，空调系统故障达20.3%，为故障数最多的两个系统，照明系统、空气制动系统、车门系统、牵引系统、转向架系统的故障数量也较多，应当在日常检修中重点关注。

在这些故障中，不同的故障对车辆运行造成的影响不同，不同的国际、国内标准，对故障造成的后果（故障失效）进行了定义。根据重庆地铁的规定，对于车辆的故障失效后果划分为清客掉线、换车回库、终到下线、抢修、临修、未出库，对上述1130项故障造成的影响进行统计如表3-2所示。

表3 车辆故障失效后果统计

可以看出，车辆故障造成的后果包括临修、抢修、换车回库、清客掉线、终到下线。其中临修、抢修这两个后果对车辆正常运行造成的影响不大，换车回库、清客掉线、终到下线、未出库对轨道交通线的正常运营造成的影响较为严重。通过统计发现，造成换车回库、清客掉线、终到下线、未出库的34项故障中，各系统所占故障数如表4所示。

表4 各系统严重故障数统计

通过统计可以发现，转向架、车体、受电弓、辅助系统故障对车辆运营造成的影响相对较小，牵引系统、车门系统、制动系统部分故障对车辆运行造成较为严重的影响，因此从故障的影响方面考虑，这部分系统的检修是研究的重点。

四、车辆各系统检修策略优化

根据车辆各系统的故障数量和故障后果，可以将车辆系统分为A、B、C共3类，其中，A类系统为故障数量较多、故障后果较为严重的，B类系统为故障数量较多、但严重后果较少；C类系统为故障数量较少且没有造成严重后果的。通过对重庆地铁6号线车辆系统的故障数量和故障后果进行统计和分析，A、B、C类系统如表5。

表5 车辆系统分类

可以看出，出现故障较多且故障后果较为严重的系统包括乘客信息系统、空气制动系统、车门系统、牵引系统，而空调系统和照明系统虽然故障较多，但故障后果相对较小，转向架、车体、受电弓、辅助系统、贯通道及车钩系统故障数量较小且故障严重程度较低，对车辆运行产生的影响很小。因此重点需要对乘客信息系统、空气制动系统、车门系统、牵引系统的检修策略进行优化[4，5]。

表6 A类故障现象及原因

五、结束语

本文结合重庆地铁车辆1号线车辆运营过程中的所出现的故障问题，对车辆各系统的故障数量、故障影响进行了分析，找出了对车辆运行影响较大的系统。并且对其中主要故障现象、故障原因进行了统计，最后针对性地提出了检修改进策略。通过对故障数据进行统计分析，从而确定检修策略改进的方向具有较强的针对性，在一定程度上有针对性的减少地铁车辆的故障发生率，提高检修质量。需要说明的是，不同的线路、不同时期的车辆其故障类型、故障数量也可能存在差异，因此对于故障数据的分析应该持续进行，并且持续优化检修策略，优化之后的策略是否有效地改善设备工作的可靠性和车辆运行状况，还需要经过现场实践的检验。