維修技術(shù)在地鐵信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要介紹了以可靠性為中心的維修(RCM)技術(shù)的管理理念和方法。分析了該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)地鐵信號(hào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,并結(jié)合南京地鐵運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況給出了實(shí)例驗(yàn)證。將RCM應(yīng)用于地鐵信號(hào)系統(tǒng)的維護(hù)管理中,可充分降低維護(hù)費(fèi)用,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。 以可靠性為中心的維修(ReliabilityCenteredMaintenance,簡(jiǎn)為RCM),是1978年美國(guó)民航業(yè)研究的一種非常具體的決策制定方法。RCM的成功使用使當(dāng)時(shí)的飛機(jī)故障率從最初的610-4降低到610-5,在有效降低維修成本的同時(shí)保持了很高的安全性和可靠性。RCM是目前國(guó)際上通用的用以確定資產(chǎn)預(yù)防性維修需求及優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)工程方法1-2。 RCM被稱為以可靠性為中心的維修,是因?yàn)槿藗冋J(rèn)識(shí)到,維修所能做的僅僅是確保設(shè)備達(dá)到其固有性能或固有可靠性的狀態(tài)。RCM在被應(yīng)用于飛機(jī)及其它航空設(shè)備維護(hù)上之后,又被用于軍用系統(tǒng)的保障當(dāng)中。目前,隨著民用企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大及生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜程度的不斷增加,RCM開始被一些現(xiàn)代化的企業(yè)所采用,并取得了不錯(cuò)的成果。有資料表明,如果能正確地將RCM技術(shù)應(yīng)用到維修工作中,在保證生產(chǎn)安全性和設(shè)備可靠性的前提下,可以使日常的維修工作量降到40%70%3。 1 RCM的基本原理 設(shè)備維護(hù)通常分為故障維修和預(yù)防性維修。故障維修屬被動(dòng)維護(hù),是在故障發(fā)生之后進(jìn)行的一種補(bǔ)救和完善措施。它會(huì)造成設(shè)備停工,帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失。預(yù)防性維修通常屬于主動(dòng)維護(hù),是指在故障發(fā)生前進(jìn)行的定時(shí)、定期的維修措施。預(yù)防性維修對(duì)維修間隔的設(shè)定要求較高,否則會(huì)造成維修不足或過(guò)度,同時(shí)還會(huì)降低設(shè)備的可用性,導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。RCM就是針對(duì)預(yù)防性維護(hù)中存在的不足,結(jié)合主動(dòng)維護(hù)與被動(dòng)維護(hù)各自的優(yōu)勢(shì)形成的一種新的方法。 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RCM操作過(guò)程必須滿足以下四個(gè)基本原則4: (1)最根本的目標(biāo)是保證系統(tǒng)的正常功能; (2)必須能夠通過(guò)故障模式識(shí)別來(lái)明確功能失效(故障)所造成的損失; (3)應(yīng)能正確區(qū)分各種故障模式的優(yōu)先秩序; (4)必須能夠找出有效且可用的預(yù)防性維護(hù)措施。 具體地說(shuō),RCM通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能與故障分析,明確系統(tǒng)內(nèi)各故障的后果;再用規(guī)范化的邏輯決斷方法,確定出各故障后果的預(yù)防性對(duì)策;最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、專家評(píng)估、定量建模等手段,在保證安全性和可靠性的前提下,以實(shí)現(xiàn)維修停機(jī)損失最小為目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)的維修策略。在地鐵信號(hào)控制系統(tǒng)維護(hù)中,首先需要根據(jù)各信號(hào)模塊的功能進(jìn)行子系統(tǒng)劃分;然后確定各模塊所在的故障模式以及故障后果,并根據(jù)對(duì)地鐵運(yùn)行狀態(tài)的影響程度劃分故障模式優(yōu)先級(jí);最后有針對(duì)性地確定每一種故障的有效維護(hù)措施。標(biāo)準(zhǔn)的RCM分析過(guò)程如圖1所示。 在RCM分析過(guò)程中,系統(tǒng)的劃分與關(guān)鍵性任務(wù)分析是相對(duì)重要的步驟。對(duì)系統(tǒng)級(jí)別的劃分可通過(guò)定義設(shè)備的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)和附加指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)指標(biāo)有不同的權(quán)重,由多個(gè)小指標(biāo)組成。每個(gè)小指標(biāo)都有相應(yīng)的評(píng)分,逐級(jí)向上匯總,考慮指標(biāo)的權(quán)重,最后得到設(shè)備的總分?jǐn)?shù),進(jìn)而得到該設(shè)備在整個(gè)系統(tǒng)中所處的級(jí)別。關(guān)鍵性任務(wù)分析是根據(jù)設(shè)備的功能及相關(guān)的性能標(biāo)準(zhǔn)所進(jìn)行的逐步遞推的邏輯決斷過(guò)程(見圖2)。通過(guò)對(duì)故障的跡象、后果的分析,就可以得知該故障是否是關(guān)鍵性故障,從而可以采取相應(yīng)的措施。 (1)根據(jù)目前設(shè)備的使用狀況和維護(hù)條件,該設(shè)備的功能和相關(guān)的性能標(biāo)準(zhǔn)有哪些(功能)? (2)不能滿足其功能的表現(xiàn)形式有哪些(故障)? (3)每一種故障有哪些原因(故障模式)? (4)當(dāng)每一種故障發(fā)生時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象(故障跡象)? (5)每一種故障所產(chǎn)生的后果以什么形式表現(xiàn)出來(lái)(故障的后果)? (6)為了預(yù)測(cè)或預(yù)防每種故障的發(fā)生應(yīng)該采取什么措施(預(yù)防性的有效作業(yè)和作業(yè)的間隔期)? (7)如果找不到合適的預(yù)防性有效作業(yè)應(yīng)該采取什么其它措施(默認(rèn)措施)? 為了正確回答上述問(wèn)題,首先要根據(jù)具體的設(shè)備,用性能標(biāo)準(zhǔn)來(lái)劃分系統(tǒng)級(jí)別(功能模塊);接下來(lái)需收集所有故障的產(chǎn)生原因及表現(xiàn)形式(故障信息);然后分析每一個(gè)故障的后果,以便在主動(dòng)維護(hù)與被動(dòng)維護(hù)之間進(jìn)行取舍。這樣,就完成了用RCM對(duì)某個(gè)具體設(shè)備的維護(hù)方式進(jìn)行分析的過(guò)程。 本文以南京地鐵信號(hào)控制系統(tǒng)的維護(hù)為例,分析推行RCM管理帶來(lái)的潛在優(yōu)勢(shì),以及對(duì)地鐵其它運(yùn)營(yíng)維護(hù)部門管理的促進(jìn)作用。 2 RCM在地鐵信號(hào)系統(tǒng)管理的應(yīng)用 信號(hào)系統(tǒng)是地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞,擔(dān)負(fù)著地鐵車輛的信號(hào)傳輸和控制功能,其設(shè)備的維護(hù)管理能力也日益成為決定企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。當(dāng)前信號(hào)設(shè)備管理的核心是建立設(shè)備管理信息網(wǎng)。通過(guò)對(duì)設(shè)備購(gòu)置、安裝、使用、維護(hù)、修理等各種事務(wù)的記錄、跟蹤、整理、分析,為信號(hào)設(shè)備建立一套完整的設(shè)備履歷,從而減少突發(fā)性故障,消除設(shè)備故障的隱患。 未采用RCM技術(shù)之前,地鐵信號(hào)系統(tǒng)的維護(hù),通常是根據(jù)交互式信號(hào)狀態(tài)控制系統(tǒng)從信號(hào)設(shè)備上讀取的狀態(tài)信息,來(lái)判斷各信號(hào)設(shè)備是否正常工作。圖3所示為未采用RCM技術(shù)時(shí)的信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)方案。從圖3可以看出,這種傳統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)方式是一種在故障發(fā)生之后進(jìn)行的被動(dòng)補(bǔ)救措施。設(shè)備發(fā)生故障后,只能根據(jù)控制系統(tǒng)提供的故障設(shè)備的代碼,從故障案例數(shù)據(jù)庫(kù)中查出發(fā)生故障的設(shè)備類型,然后從設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)中找出相應(yīng)設(shè)備的維修方案來(lái)對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行維修。當(dāng)沒有備份的信號(hào)設(shè)備發(fā)生故障,或當(dāng)前信號(hào)設(shè)備及其備份設(shè)備在一個(gè)同類設(shè)備的維修周期內(nèi)先后發(fā)生故障時(shí),這種被動(dòng)的維護(hù)方式就會(huì)造成整個(gè)地鐵信號(hào)系統(tǒng)的故障。由于地鐵的運(yùn)行完全是由操作控制中心(OCC)的電腦通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的,所以信號(hào)系統(tǒng)的崩潰會(huì)直接導(dǎo)致整個(gè)地鐵線路的停運(yùn),由此造成的運(yùn)營(yíng)暫停、車輛受損等嚴(yán)重后果,大幅增加了運(yùn)營(yíng)成本。 2006年,南京地鐵通號(hào)中心嘗試用RCM方法來(lái)管理設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)。針對(duì)RCM的使用原則,中心對(duì)原有的設(shè)備維護(hù)流程進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷?。首先根?jù)信號(hào)設(shè)備的各個(gè)功能模塊進(jìn)行了系統(tǒng)/子系統(tǒng)劃分;然后利用已有的交互式故障檔案數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行功能故障分析與故障模式分析;在此基礎(chǔ)上根據(jù)圖2所示的RCM邏輯決斷過(guò)程完成關(guān)鍵性任務(wù)與非關(guān)鍵性任務(wù)的分析,針對(duì)相應(yīng)的分析結(jié)果進(jìn)行恰當(dāng)?shù)闹鲃?dòng)維護(hù)或被動(dòng)維護(hù)。整個(gè)維護(hù)流程如圖4所示。根據(jù)地鐵信號(hào)設(shè)備中各模塊的功能及性能標(biāo)準(zhǔn),可做出相應(yīng)的系統(tǒng)劃分,如表1所示。從表中可以看出,聯(lián)鎖系統(tǒng)(SICAS,由西門子公司設(shè)計(jì)的用于正線的信號(hào)控制)、軌旁ATP的關(guān)鍵級(jí)最高;其次是道岔、信號(hào)機(jī)、軌道電路;再次是信號(hào)電源、TYJL-II型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖(由中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所設(shè)計(jì)的用于車輛段的信號(hào)控制)、同步環(huán)線、局控盤;關(guān)鍵級(jí)別最低的是ATS(自動(dòng)列車監(jiān)控系統(tǒng))、LOW(本地操作站,放置于聯(lián)鎖站)、DTI(發(fā)車計(jì)時(shí)器)和PIIS(旅客向?qū)到y(tǒng))。相應(yīng)地,還列出了2005年8月至2006年8月間地鐵信號(hào)控制系統(tǒng)各種已知故障的發(fā)生原因及相應(yīng)的發(fā)生情況(見表2),以便進(jìn)行功能故障分析與故障模式分析。通過(guò)采用上述基于RCM的設(shè)備維護(hù)流程,合理運(yùn)用主動(dòng)維護(hù)與被動(dòng)維護(hù),南京地鐵信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)取得了明顯的成效。下述三個(gè)實(shí)例均為采用RCM方法進(jìn)行故障處理的情況。 在2005年8月至12月之間,共發(fā)生8個(gè)因?yàn)榘寮|(zhì)量(指印刷電路板的質(zhì)量及其電子元件的質(zhì)量)影響SICAS和軌旁ATP使用的故障。在嘗試引入RCM技術(shù)管理之后,對(duì)SICAS與軌旁ATP這類最關(guān)鍵子系統(tǒng)中的板件/模塊,根據(jù)其故障主要發(fā)生在設(shè)備運(yùn)營(yíng)初期的特點(diǎn),采取了主動(dòng)維護(hù)的方式,成功地避免了這類故障的再度發(fā)生。從2006年1月至2007年1月,沒有發(fā)生一例因?yàn)榘寮绊慡ICAS和軌旁ATP使用的故障。 RCM技術(shù)中的主動(dòng)維護(hù)在減少材質(zhì)不佳引發(fā)信號(hào)機(jī)故障的維護(hù)上也起到了積極的作用。通過(guò)對(duì)信號(hào)機(jī)故障模式的分析,發(fā)現(xiàn)信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈保險(xiǎn)(200mA)偏小。后將點(diǎn)燈保險(xiǎn)更換為250mA并把普通信號(hào)燈泡更換為“信通一號(hào)”專用信號(hào)燈泡,增加信號(hào)機(jī)的額定使用時(shí)間,并根據(jù)設(shè)備的使用概率規(guī)定正線信號(hào)機(jī)的綠燈和紅燈每半年更換一次。通過(guò)這種RCM基礎(chǔ)之上的主動(dòng)維護(hù),這類由于材質(zhì)不良對(duì)信號(hào)機(jī)造成的故障發(fā)生率大大降低,從更換前的平均每月6件下降到更換后平均每月不足1件。 與SICAS及軌旁ATP設(shè)備的故障不同,現(xiàn)已發(fā)生的軟件故障對(duì)南京地鐵的運(yùn)營(yíng)沒有造成明顯的影響。這類故障通常表現(xiàn)為L(zhǎng)OW機(jī)與MMI死機(jī)、PIIS/DTI不能自動(dòng)開機(jī)、PIIS控制軟件不能打開、運(yùn)行圖自動(dòng)關(guān)閉等。在RCM管理流程中采用被動(dòng)維護(hù),通過(guò)使用不斷發(fā)現(xiàn)軟件中的不足,然后通知軟件開發(fā)商做進(jìn)一步的改進(jìn)。 3 結(jié)語(yǔ) 通過(guò)RCM分析,地鐵信號(hào)系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)管理中涉及的故障模式比采用RCM之前相應(yīng)地增加了,但是通過(guò)采用諸多狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段和一次性技術(shù)改造或定期試驗(yàn)等手段,維修工時(shí)及設(shè)備的故障率比以往少得多。由此可見,RCM方法在地鐵信