下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
随着我国城市轨道交通的快速发展，车辆及相关设备的数量快速增加，对于以北京市、上海市为代表的已实现轨道交通网络化发展的城市来说，设备的维保压力与日俱增。按运营里程和使用年限可以将地铁维保分为日常维保和架大修两大类。日常维保指通过进行基本的日常维护和保养，来保证车辆运行的安全性和可靠性；架大修指对达到5年、10年、10年以上的车辆进行全面维修，使车辆恢复全新的状态。随着我国越来越多的城市实现轨道交通网络化，为了保证车辆和设备运行的可靠性与安全性，车辆及设备维保业务成为轨道交通行业的重点工作。现有的维保模式主要是根据各系统的维修手册及技术文件制定检修规程，开展预防性维修和故障维修，但没有对系统的关键性进行区分，也没有通过故障模式和影响分析来明确设备采用的维修方式的合理性。
为了解决传统维修存在的问题，引入以可靠性为中心的维修（RCM）理念。RCM通过分析设备的可靠性，以故障模式和影响分析为基础，以保障维修的适应性、合理性、有效性和经济性为基本准则，确定是否开展预防性维修工作，并确定维修内容、维修类型、维修级别和维修间隔 [8] 。RCM打破了传统的维修观念，认为不是维修间隔越短越好、维修内容越多越好，而是在保证装备或产品安全的基础上，以可靠性为中心，使维修简单且有效。RCM以故障统计为基础，由故障模式分析提供决策支持，合理确定地铁车辆的维修需求，优化目前使用的地铁车辆维保方式 [9] ，其特点是从故障后果的严重程度出发，尽可能避免故障或减少故障损失，改变了过去根据设备故障的技术特性对故障本身进行预防的传统观念。潘莹等以上海市15号线全自动驾驶项目的受电弓系统为例，详细介绍了 RCM 分析方法，对受电弓系统中不同设备的特性、运行方式、重要程度、故障特点等进行综合考虑，通过FMECA分析实现了对不同设备维修周期的优化 [10] ；潘丽莎等通过介绍可靠性分析相关理论，以广州市地铁一号线车辆为对象进行故障统计分析，将车门系统、信号接口系统和牵引/电制动系统作为车辆关键系统，确定关键系统的故障分布模型，计算得到关键系统的可靠性指标函数，为城市轨道交通车辆的可靠性评价与维修提供决策参考 [11] 。
RCM虽然可以得到科学合理的设备维修周期，但车辆系统众多且系统中的设备种类不同，各部件具有不同的使用寿命和维修周期，这种维修制度同样会导致一些部件得不到及时维修、一些部件又进行了不必要的维修。目前采用的维修制度及修程存在对检修能力的利用率低等情况，会影响车辆运行的可靠性和运能的充分发挥，且维修成本高 [12] 。因此，有学者针对不同设备改进了维修策略。程祖国等通过简要分析目前城市轨道交通所采用的车辆维修制度及修程的不足，引出均衡修概念，依据可靠性理论，结合零部件的故障间隔特点，对车辆的周检、月检和扣车定修规程进行整合、分解。分解后的维修作业量符合窗口时间 [13] 。通过采用均衡修制度，可以提高车辆运行的可靠性和投运率，避免故障频发、保证其有良好的上线状态。陈城辉等通过简要分析目前城市轨道交通所采用的车辆维修制度及修程存在的不足，结合南京市地铁所确立的全效修模式特点及实施初期存在的问题，考虑南京市地铁的车辆维修实际情况，提出基于可靠性的全效修模式优化技术路线，即使年维护总量不变，将原计划中的作业内容（如双周检、三月检、定修等）按月均分，充分利用车辆运营高峰回库的窗口时间完成维修作业 [14] 。在保障关键敏感设备安全可靠的基础上，实现维修规程优化重组、维修流程再造，以及维修资源配置优化，以进一步提高维修效率和经济效益。程祖国等又以维修对象、维修深度、维修指导理论、维修技术、维修作业地点、维修策略有效期、维修间隔、维修评价度量、维修作业触发、维修作业时长等为研究对象，提出了基于全服役期的系统修策略 [15] 。其以可靠性理论为指导，根据对优化结果的分析，动态组合修程的“可变包”；在“需要”时进行维修，避免了固定周期维修的周期“一刀切”带来的欠修及过修问题；充分利用运营窗口时间进行维修，保留巡检，取消定修修程，通过对每年对应月的作业内容进行动态调整来实现对车辆故障特性变化的敏捷响应，由于其覆盖全服役期，能规划微单元的维修工作，所以有望降低全生命周期成本。
综上所述，随着轨道交通行业的大力发展和轨道交通车辆维修经验的不断积累，以及对轨道交通运营要求的不断提高与各项状态监测及故障诊断技术的不断发展，检修模式正由计划维修向预测性维修过渡，并以均衡修和系统修为辅。可见均衡修、全效修及系统修等策略仍以预防性维修为核心，强调利用车辆运营窗口时间进行维修。其中，均衡修、全效修仍保留架大修修程；而在系统修中，架大修被分化。目前得到较多应用的维修策略以较为简单的RCM模型为依据，以优化得到的设备维修周期为基础，实现组合优化。随着越来越多的新技术的引进和数据的积累，更完善的维修策略优化模型应运而生，有助于实现多目标优化。从车辆全生命周期维修的角度来看，结合状态和可靠性预测进行维修的系统修策略是全新的维修策略。
在轨道交通车辆维修优化问题研究方面，一些学者为说明和预测设备磨耗机理，对设备磨耗预测模型和理论进行了研究；一些学者从对设备状态的评估出发，通过采用有效的维修策略来使轮对处于健康状态。在轨道轮对磨耗研究方面，文献[16]至文献[18]基于数据分析磨耗趋势，建立相应的磨耗模型，以预测轮对磨耗。文献[19]至文献[21]基于对轮对的磨损预测，研究轮对的镟修策略优化。利用历史数据建立磨耗模型的方法只挖掘数据间的关系，没有考虑轮对的劣化机理。文献[22]和文献[23]基于车辆动力学模型、轮轨滚动接触模型和磨损模型等，对轮对磨耗进行仿真分析，对轮对维修提供支持。文献[24]通过分析轮对可靠性变化提出了轮对维护策略，考虑维修在缩短系统寿命和提高退化程度方面的双重影响，建立了维修模型，以动态确定最佳检测时间。Umamaheswari等 [25] 提出了考虑轮对老化和退化的维修模型，得出了最优检查时间。文献[26]采用经典和贝叶斯半参数退化方法研究可靠性，优化了维修间隔。在分析可靠性时，一般将轮对考虑成一个系统，很少关注轮对的镟修策略。一些学者聚焦于研究轮对健康状态评价方法，通过预测轮对状态来进行维修。文献[27]和文献[28]提出了车辆轮对的健康状态评价方法，构建了健康状态评价模型。健康状态评价虽然能够较全面地表明轮对状态，但容易受经验的影响。目前对轮对的研究多将其作为整体或只考虑轮缘故障，很少综合考虑多部位故障。
由大量对故障机理的研究可知，设备性能退化本质上是由外界冲击造成的，以外界条件为前提，外界条件的不断作用使得部件的结构发生变化或性能不断下降，从而导致故障发生。Kijima等 [29] 提出了经典的冲击模型，通过外界冲击来刻画部件的性能变化，这种冲击模型具有较好的物理意义，每次冲击都会对部件的结构或性能造成一定的损伤，这样的累积冲击最终导致故障发生。迄今为止，在基于累积冲击理论进行设备可靠性研究及维修策略优化方面，考虑外界冲击对车辆轮对影响的研究较少，文献[30]研究了考虑外部冲击的半马尔可夫决策过程动态优化镟修过程；Liang [31] 等针对高速列车轮对研究了内部退化和外界冲击的竞争失效问题，在发生故障就更换设备的情况下，优化了轮对检修周期。轮对在运行过程出现的磨耗多由轨道冲击导致，利用冲击理论优化轮对维修策略，具有一定的物理意义和现实意义。
Pascual等 [32] 对车轮轮缘维修的历史数据进行了分析，构建了以使车轮维修总费用最小为目标的维修模型，得出了车轮镟修决策点。Zio等 [33] 假设车轮寿命服从指数分布、伽马分布和威布尔分布，并考虑不同修程下各种维修策略对其可靠性的影响，在给定可利用前提条件的基础上对各种维修策略的优缺点进行了比较。Lin等 [34] 针对轨道车辆设备定期维修方式下存在的过度维修的问题，提出一种基于可靠性的机会维修方法，该方法考虑了基于威布尔分布的可靠性退化过程，构建了以使设备在运行周期内的总停电时间最短为目标的优化模型，使用迭代法对维修策略进行了优化。
皇甫小燕 [35] 从轨道交通车辆全生命周期成本的角度，提出了车辆维修策略建议，强调要使车辆可用性提高、车辆维修更经济，就必须向状态修过渡。孙楠楠 [36] 提出了一种机会维护方法，通过对车辆接触网中多个部件的预防性维修活动进行协调，降低固定维修费用和停机损失，从而降低整个系统的维修频率。何勇 [37] 基于模拟得到的动车组系统寿命分布函数，建立了多部件系统的分阶段成组维护模型，并与间接成组维护模型优化结果进行了比较。戈春珍 [38] 在地铁车辆中选出了4个关键系统，将机会维护与成组维护结合，建立了以可靠度阈值为变量的机会成组预防性维修模型。杨国军等 [39] 基于故障链理论分析了动车组各部件间的故障传递过程，基于动态成组方法对部件维护活动进行合并，建立了考虑运量需求的动车组复杂系统动态成组模型。