可靠性管理在城市轨道交通车辆全寿命周期内的应用

可靠性管理在城市轨道交通车辆全寿命周期内的应用

许洋 李雪净 郑斌

中车唐山机车车辆有限公司， 河北 唐山 064000

摘要：随着我国城市轨道交通的快速发展，轨道线路的城市覆盖率大大提高，轨道运营网络布局逐步完善，极大地刺激了城市轨道交通车辆的市场需求。城市轨道交通作为一种与人们的生活密切相关的交通方式，其安全平稳运行非常重要。同时，对于运营部门来说，降低维修频率和提高车辆功能运行时间是降低成本的重要途径。因此，城市轨道交通车辆需要开展全生命周期的可靠性管理，以预防代替纠正，从全局角度优化车辆的安全性和可靠性，并不断进行动态调整。

关键词：可靠性管理；城市轨道交通；车辆全寿命周期

1 可靠性的概念

可靠性是指产品在一定条件下，在规定时间内满足特定要求的能力。一般来说，城市轨道交通车辆对可靠性要求的条件一般分为车辆使用区域的气候条件、轨道条件、隧道条件、车辆维修条件、车辆使用条件等。例如，寒冷地区和热带地区的驾驶条件相差甚远，不同的驾驶员驾驶轨道交通车辆和不同的维修人员维修车辆也会使车辆的可靠性有所不同;一般来说，“在一定时间内”的概念是通过车辆行驶的时间和距离来表达的。对于车辆上不同的系统和设备，“在一定时间内”的概念是不同的。例如车辆上的轮胎和转向架，一般用车辆行驶的距离来表示;对于车辆上的空调系统，一般以车辆运行的时间来表示。然而，无论仅仅用哪种数量来表示，车辆的可靠性一般都会随着运行时间的增加而降低。

2 产品质量与可靠性的关系

用户通常从故障间隔时间来判断产品的质量。质量是反映产品出厂时的性能，而可靠性不仅是关注产品出厂时的性能，更是关注产品投入使用后的质量。当车辆出厂时，通过出厂验收，即产品质量;车辆投入运行后，出现了故障，这就是可靠性问题。

评价城市轨道交通车辆质量，一方面要关注其基本属性，如可操作性、制动性能、牵引性能等;另一方面要注意车辆投入运行后性能的可持续性和稳定性。可见，可靠性对保证城市轨道交通车辆在运行过程中的全寿命质量起着重要作用。

3 可靠性管理在城市轨道交通车辆全寿命周期中的应用

3.1 运用可靠性指标考核全周期车辆质量

传统的城市轨道交通车辆管理将产品供应阶段和产品运营阶段分开。当车辆运营商评价产品的质量,他通常使用索引,如平均故障间隔时间和平均故障间隔距离、评估车辆的质量,但评价结果只能反映车辆出厂时的性能,并与实际运行中的可靠性无绝对正相关。影响城市轨道交通车辆运行质量的因素有两个，一是车辆设计中固有的可靠性固定，二是车辆使用时形成的运行可靠性。通过建立更量程的可靠性指标，对全周期进行动态评价，可以帮助城市轨道交通运营优化运营效果，快速发现可能存在的问题，从而提高城市轨道车辆的整体使用质量。此外，在轨道车辆的不同寿命阶段，可靠性指标的权重也不相同，因此管理者需要对关键评价指标进行评价。

3.2 可靠性指标分配

考虑到可靠性在设计和制造阶段的重要性，在新车购买合同中，经常需要可靠性指标。通常，选择平均故障间隔时间或平均故障间隔距离作为车辆可靠性评估的标准。同时，可靠性指标的评估不仅针对整车，而且还针对车辆的关键系统。整车的可靠性指标由运营商提出，整车各系统的可靠性指标通常由制造商提出并提交给运营商确认，并应包括在采购合同中。运营商主要根据自身操作的实际需求提出车辆可靠性指标。由于可靠性指标要求太高，将增加车辆制造成本，因此有必要在成本控制和车辆可靠性提高之间找到平衡。为了确保车辆上每个系统的可靠性，制造商将在收到操作员的要求后将可靠性指标分配给车辆各系统中。可靠性分配的常用方法有:

1)比例分配法:根据各系统的故障率在整车故障率所占的比例进行分配。

2)专家评分分配法:由行业内的专家根据经验对各单元进行评分,根据得分情况进行分配。

3)重要度、复杂度分配法:根据整车中各系统重要度及复杂度进行分配。

4)动态规划法:使用动态规划的最优化原理及状态的无后效性进行分配。

5)拉格朗日乘数法:利用拉格朗日乘数法,求组成整车的各系统的最佳余度数。可靠性指标的提出和合理分配,不仅能够从设计和制造阶段就开始严格控制车辆质量,还能合理地平衡车辆的性能和成本。

3.4 使用可靠性框图梳理轨道车辆内部系统

城市轨道交通车辆是非常复杂的设备。除了确保乘客安全、车辆准时进入等硬因素外，也确保了公民在旅行时的舒适和方便。因此，对车辆设计的要求也逐年提高。目前，城市轨道交通车辆已经实现了自动门传动的功能，所需的系统比传统轨道车辆要复杂得多。未来轨道交通内部系统的类型将更加多样化，这也说明了利用可靠性方框图对轨道交通内部系统进行梳理的必要性。轨道交通车辆的内部部件结构和机电系统相当复杂，不同系统的可靠性参数不同，不安全、不可靠的风险因素也可能不同。可靠性框图可以清晰地展示城市轨道交通车辆不同部件和不同系统之间的逻辑关系，清晰地区分系统之间的逻辑结构，以便更好地评估风险和分析故障。

3.5 在可靠性管理模式下的维修手段

对RCM来说，产品的故障数据是维护项目和设置时间的基础。因此，为了有效地维护车辆故障，使用更先进的维修手段，首先要做的是保证故障信息数据库的完整性和准确性。利用信息库中的数据对车辆进行故障分析，不仅可以反映车辆不同系统和设备的可靠性，还可以为车辆的维修过程提供可靠的保障。在故障信息数据库完备的情况下，在新车设计过程中，通过提高车辆系统和设备的固有可靠性，可以有效地避免故障，提高车辆的整体质量。

4 在城市轨道交通车辆的全寿命周期进行可靠性管理的意义

4.1 通过全寿命周期可靠性管理提升车辆运行表现

城市轨道交通车辆的运行性能由可靠性指标的设计制造、安装维护和运行管理三个阶段决定。这些阶段是不可分割的，如果任何一个环节的质量不达标，就会造成车辆运行的故障。目前我国轨道交通采用的是定期保养和故障保养的方式，但总体上是采取“纠偏”的态度对车辆问题进行纠偏，这就为不安全、不可靠因素影响人们的出行生活创造了条件。采用全周期可靠性管理，是从整体的角度对上下行流程进行监督，尽可能将问题扼杀在萌芽状态，为保证车辆运行性能提供便利。

4.2 通过全寿命周期可靠性管理降低车辆成本消耗

这里的成本消耗包括故障后的维修成本，也包括因车辆不正常运行而引起的社会评价成本。虽然这些成本的主要承担者是运营部门，但也是基于车辆固有的可靠性降低成本消耗，所以设计和生产过程也应纳入可靠性管理的范围。可靠性管理的规范化，对过程中可能出现的问题进行预先规划，对于提高车辆设备的使用寿命，降低大规模维修频率，防止大规模安全事故的发生具有显著的积极意义。

5 结语

可靠性管理贯穿于城市轨道交通车辆的全生命周期?因此，在新线路建设中，充分利用可靠性管理对车辆进行控制是十分必要的。在设计、生产和制造阶段，应建立有效、规范的故障数据库，对车辆可靠性评估指标进行评估；同时根据故障数据，对车辆在全生命周期内的状态进行分析和评价，为改进维修模式，科学制定维修周期和方案，降低维修成本提供依据。

参考文献：

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