近代鐵道機車車輛維修現狀與發展趨勢

1 　維修的新觀念、新發展本上與時間無關, 因此以定時維修、拆卸分解為基礎
隨著科學技術的發展, 技術裝備自動化和復雜程的計劃預防修思想遭到質疑, 從而形成和誕生了“以度的不斷提高, 人們對維修的認識不斷深化, 形成了可靠性為中心的維修(RCM) ” 思想和維修制度。許多維修新觀念, 主要有111 維修是生產力, 是一種重要的投資方式過去認為維修是為維持設備工作而不得不進行的一種輔助性生產活動, 是一種資源和資金的消耗, 是收不回來的, 因此維修過程強調的是維修費用節約。而當代則把維修看成為一個積極因素, 是生產力, 是發展生產、創造效益的一個重要手段, 是投資的一種選擇方式。在一定周期內, 不但能收回維修投資成本, 而且還能增值。如果說固定資產是一次性投資, 則維修投資是一種多次性重復投資。圖1 　設備故障觀念的變化112 維修從一種技藝發展成一門綜合性學科114 維修的系統工程觀點 在20 世紀50 年代以前, 維修基本上屬于一種操過去研究維修時只是弧立地看待維修本身, 近代作技藝。隨著生產設備日趨復雜、科技成分的增長, 維修工程的特點是用系統工程的觀點和方法來看待、使設備維修涉及的知識面越發廣泛, 如今維修已經成分析和研究維修。為一門涉及斷裂力學、故障數學、可靠性工程、系統11411 壽命周期的概念工程、管理科學、工程經濟、人機工程等多門學問的將維修作為設備一生中的一個環節, 而對設備壽綜合性學科。命周期中的各個環節(論證、設計、制造、安裝、運113 對故障觀念的改變用、維修、改進、更新等) 進行綜合全面分析。在維圖1 表示出設備故障觀念的變化。早期的故障觀修經濟性研究時, 不只研究維修階段的費用, 而且研念認為設備越陳舊越容易發生故障; 第二階段人們普究設備一生的總費用, 即將壽命周期總費用保持在最遍相信“ 浴盆曲線”, 從而產生了以機件磨耗規律為經濟的狀態?；A的計劃預防修的維修思想。第三階段的研究揭11412 環境影響的考慮示, 隨著近代技術裝備復雜性的提高, 大多數的故障在研究維修的影響和效益時要分析維修對社會、規律并不符合“浴盆” 曲線, 而是有6 種基本型式。對環境的影響。當今工業發展、人口增長, 自然資源近代機車車輛的統計資料表明, 占90 %～95 % 的機急劇消耗、環境污染日益嚴重, 通過維修手段發展三件故障規律沒有耗損期(圖1 右邊最下面4 種型式), “Re” (修理Repair 、再生Recycling 、再利用Reuse) 這就是說近代復雜設備(包括機車車輛) 的可靠性基產業, 延長設備使用壽命, 節約原材料和能源消耗, 使資源得以再生和再利用。115 設備的可靠性和維修性觀念過去的維修觀念是注重維修時的維修質量, 近代維修觀念還要重視設備設計時的可靠性和維修性, 除了通過維修將設備功能持久地維持在必要的水平上以外, 還要求減少在修時間, 這對于如今的高速重載運輸具有更重要的意義。因此鐵路運營者在購置機車車輛時要提出嚴格的可靠性要求, 并對可靠性和維修性指標進行驗證。另外, 在機車車輛設計時, 還應利用可靠性工程理論(例如FMECA) 為維修策略和綜合保障分析提供可靠的依據。
2 　機車車輛維修的技術現狀和發展211 計劃預防修的大框架
盡管從20 世紀60 年代開始, 技術裝備的維修已廣泛深入地推行“ 以可靠性為中心(RCM) ” 的維修制度。但在機車車輛維修領域內, 目前仍然是計劃預防修的大框架。整車或大部件定時或定運行里程進行不同等級的維修。多年的實踐和經驗積累已使機車車輛計劃預防修體制相當成熟, 各國鐵路在此大框架下, 根據機車車輛的特點實施分層次的大修( 輕大修、重大修和重造) 、換件修和集中修。許多鐵路公司在計劃預防修的大框架下, 實施靈活的狀態修, 機車入廠(段) 后, 不再大拆大卸, 而是根據計算機信息系統提供的履歷, 通過必要的檢測診斷來決定部件是否拆卸、更換或修理。對一些重要零部件嚴格實行壽命管理。212 幾種重要的修制改革模式范例近代機車車輛修制改革的模式是多種多樣的, 此處舉出幾種重要的范例。21211 瑞典鐵路X2000 高速列車維修模式 1986 年瑞典鐵路從ADtranz 公司購買了20 列X2000 動車組。1990 年9 月4 日第一列X2000 正式投入運營。1993 年瑞典鐵路又購買了14 列。1998 年8 月28 日我國廣深鐵路股份有限公司從瑞典租賃了X2000 動車組在廣深線投入運營, 擔負廣州東—深圳
—九龍(香港) 線的客運任務。X2000 列車維修模式的主要特點是:
(1) 列車的可靠性和維修設計
從列車設計開始就對可靠性和維修性有嚴格要求。用戶在購置X2000 列車時, 在合同文本中就寫明所要求滿足的可靠性和維修性定量指標, 在動車組交貨驗收時要對這些指標進行驗證。
(2) 應用LCC 方法
應用LCC 方法作為選擇中標商供貨的依據, 在供貨合同中包括列車LCC 的計算和預測結果。也就是說在選擇供貨商時不僅要考慮列車的購置價格, 更重要的是要保證LCC 。在設計時將LCC 與可靠性、維修性綜合考慮。
(3) 仍然采用計劃預防修的大框架
維修工作按運行里程分為不同的維修等級: 6 250 km 的檢查,215 萬km 、10 萬km 、30 萬km 和60 萬km 的Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 級檢修, 120 萬km 的Ⅰ 級大修和360 萬km 的Ⅱ 級大修。
(4) 采用運營維修方法
盡量減少維修停運, 除大修入廠外列車維修不脫離運營, 充分利用動車組入庫的庫停時間完成各項修程。具體作法是派一技術支持人員跟車, 除隨車處理故障外, 重要的是向機務段傳輸故障信息, 使當晚修車組的工作有所準備。同時把檢修工作總量分成許多小工作包, 每次庫停按新編制的計劃完成某些小工作包的維修工作, 這樣就將需要小修和中修的工作總量分散到每次庫停時間來做, 從而大大提高了列車的利用率。
(5) 計算機制訂維修計劃
檢修計劃由一套計算機軟件系統SPLIT 來制訂。該系統根據當天的運行狀況、列車已運行的里程、故障發生的情況和前次維修履歷自動制訂出本次入庫的具體維修內容。21212 奧地利鐵路RCM/LCC 維修模式這是在美國民航“ 以可靠性為中心維修” (RCM) 基礎上發展起來的近代機車車輛比較先進的維修體制。1996 年美國GM 公司為加拿大國鐵(CN) 包修50 臺大功率內燃機車, 首次在機車上采用RCM 維修體制。近些年奧地利聯邦鐵路( BB) 發展為機車車輛的RCM/LCC 維修模式。其特點是:
(1) 確定重要功能零部件, 正確進行維修工作
RCM 首先要確定產生的功能故障及其零部件, 即要確定其故障會引起的嚴重后果(對安全性、環境性、經濟性) 的零部件。維修工作主要針對這些零部件進行。改變過去那種不區分后果嚴重程度, 只針對故障進行預防性維修的模式, 從而大大減少了維修工作量和費用, 有效地克服了“維修不足” 或“過剩維修” 的弊病。
(2) 合理選擇維修方式RCM 采用邏輯決斷圖的方法來確定合理的維修
方式, 確定有關的機件是采用定期維修、視情維修, 鐵道機車車輛2002 年增刊還是事后維修, 或者報廢更換或改進設計, 使維修工作更有針對性和有效性。
(3) 科學地確定預防維修工作的間隔期和維修級別
RCM 是以現場數據資料和試驗結果, 經過可靠性統計分析后來確定維修工作的時間間隔和維修級別, 而不是沿襲傳統的規定或經驗來確定維修周期和維修級別, 則更科學、更合理。
(4) 重視維修的經濟性
以最低的LCC 為目標安排維修, 改變過去對LCC 要求重視不夠, 沒有定量指標的狀況。RCM/LCC 維修模式則重視維修的經濟性, 不但使用可靠性工程的方法分析出現的功能故障、原因、后果和風險, 確定避免和消除這些功能故障措施所需的LCC , 通過LCC 預測分析作出RCM 決策。這樣利用RCM 和LCC 的綜合策略框架, 從可靠性和費用的目標重新安排機車車輛維修, 從而達到最佳效益的目的。21213 英國鐵路大部件換修的維修模式英國鐵路從1987 年4 月1 日開始對機車車輛維修制度進行了一次重大改革, 這項改革的主要舉措是取消機車大修進廠的作法, 實施在機務段大部件換修的辦法, 換下來的部件送到工廠大修。這種維修制度在英國鐵路取得巨大效益,5 年內維修成本由原來的5107 億英磅降低到3162 億英磅, 降低了29 % 。這種大部件換修的維修模式具有如下特點:
(1) 機車大修不入廠, 實行大部件更換
為了減少機車在修時間, 免除送往工廠大修的往返時間, 提高利用率, 采用機車大修不入廠, 而在5 級機務段進行大部件快速更換的辦法。當機車需要重造時再入廠。
(2) 大部件進廠大修
換下來的大部件根據合同送到專門工廠進行部件大修。
(3) 設立大部件更換段
在全國鐵路設立13 個5 級段, 專門從事大部件更換工作。投資860 萬英磅為這些5 級段配備大部件更換的專用設備, 賣掉原來從事設計、制造、大修的全部工廠。
(4) 改革機車車輛維修管理機構
在德比鐵道技術中心設立維修管理部, 負責修制改革后的全面協調管理工作。投資960 萬英磅建立國家物資供應中心, 負責供應120 個機務段的大部件和配件。部件運輸由公路運輸公司根據合同完成, 保證鐵道機車車輛2002 年增刊 機務段每周至少接到一次交貨, 大機務段每周可達5 次。
(5) 大部件更換實行狀態修
新維修體制雖然仍屬計劃預防修制, 但大部件更換和修理時間不是預先規定的, 而是根據需要進行。21214 德國高速列車ICE 的維修模式
出于高速列車運行速度高、運輸密度大、維修停時短、利用率高的特點, 德國鐵路對這些動車組的維修采取了新維修策略, 其特點如下:
(1) 保持計劃預防修制的總體框架
從總體上看來, ICE 高速列車維修制度仍然是計劃預防修制的總體框架, 按照計劃定期實施各級檢修。按不同運行公里: 3 500 km 進行L 級檢修( 日檢),2 萬km N 級檢修(周檢),6 萬km F1 定檢、12 萬km F2 定檢、24 萬km F3 定檢、48 萬km F4 定檢、120 萬km 入廠輕大修, 240 萬km 入廠重大修。
(2) 采用診斷維修
在運營期間維修(在動車段的A 、B 級維修) 采用診斷維修。在高速列車運行期間常常出現偶然故障, 排除這些故障比消除磨損型故障更具有意義。為了有計劃地實施這種維修, 而產生了診斷維修。應用這種維修的先決條件是列車在進入維修段以前, 將運行中出現的所有故障已詳細及時地通報給維修段。在列車進段前1 h 制定出維修計劃, 按照輕重緩急(規定了5 個優先級別) 進行處理維修, 這種診斷維修已成功地完成了ICE 列車的非計劃維修, 總計費用約占總維修費用的60 % , 工作量的95 % 以上, 從而極大地提高了列車的利用率, 使每列車年運行公里達50 萬km 以上。
(3) 采用“最小工作包” 的型式, 增加維修靈活性
將計劃維修措施分解為許多小組成部分, 即“最小工作包”, 這些工作包具有較短的時間區段。不同的維修等級由不同的工作包組合, 彼此相互連接, 從而增加了維修的靈活性。
(4) 維修過程有強大的技術支持
德國漢堡高速動車段有長430 m 、寬60 m 的動車庫, 配備了最先進的維修技術裝備: 具有良好人機工程的架空檢修軌道、氣墊式輪對和轉向架更換裝置、電磁導向的升降工作車、具有生物過濾器的真空排污裝置、自動化的外部清洗裝置、檢修過程的微機控制和管理系統以及現代化的遠程通信系統等。
(5) 列車不解體維修
自1996 年5 月開始實施ICE 高速列車不解體維修。整列車在庫停期間不摘鉤情況下進行維修。這種方法提高了列車利用率, 使由于故障而停開的列車數明顯下降, 必需的儲備列車數由原來的15 %～18 % 降低到總數的8 %。213 診斷技術機車車輛診斷技術自20 世紀70 年代初就得到發展和應用。在初期, 由于技術裝備結構不適應, 存在著許多無法解決的技術和經濟問題, 因此常常遭到失敗。大約到20 世紀80 年代, 由于電子和計算機技術的發展, 技術診斷才取得豐碩成果, 如今已經成為機車車輛維修的重要手段。機車車輛技術診斷分為外部診斷和內部診斷。21311 外部診斷外部診斷是應用現場的檢測裝置, 在需要時與被測設備連接進行檢測診斷。外部診斷裝置可以是地面固定裝備; 也可以是隨車檢測裝置, 此時越來越多地采用便攜式電腦及有關裝置。外部診斷各種各樣, 檢測裝置千差萬別, 比較典型的外部診斷有: 輪對診斷: 檢測診斷車輪踏面上的橫向裂紋、車輪型面誤差和磨損狀況以及車輪不圓度和擦傷。 軸溫探測: 通過紅外線軸溫探測系統, 利用車軸發生熱切以前軸溫急劇上升的原理來預報車軸的事故。 潤滑油分析: 利用潤滑油光譜和鐵譜分析來判斷各摩擦副零部件的磨損狀況和診斷潤滑系統的有關故障。21312 內部診斷內部診斷是使用固定安裝在機車車輛上的檢測診斷裝置, 對主要零部件的工作狀況進行連續監測, 作出實時通報。自20 世紀80 年代以來, 隨著微機控制技術的發展, 已經形成了系統診斷, 整臺機車或列車裝有一個內部診斷系統。例如德國鐵路ICE 高速列車有一個完善的內部診斷系統, 主要功能有: 對所有電子控制的范圍, 包括制動機的故障進行檢測: 通過顯示屏給機車司機和列車乘務員以排除故障的提示; 按照優先等級和故障意義及時間長短來劃分故障等級; 輸入人們發現的其他故障。通過履歷存貯、試驗曲線、過程參數值的查詢和外部決策軟件對維修提供幫助。

214 維修信息系統21411 維修信息系統特點
國外機車車輛信息系統具有如下特點:
(1) 維修管理的必要手段
機車車輛維修信息系統已經成為發達國家機車車輛管理的必要手段, 計算機信息查詢和信息輸入已經成為維修作業中必不可少的工序和環節。
(2) 集中管理、分工明確
機車車輛維修信息系統是一項復雜的系統工程, 需要集中管理、統籌安排、分工協作。發達國家維修中的一切重大問題由公司總部統一決策, 權利高度集中, 維修信息系統也不例外。
(3) 重視信息處理, 分析及決策軟件開發
建立機車車輛信息系統的目的主要是為了提高維修管理水平, 為科學決策提供手段和依據。
(4) 重視信息系統方面的基礎工作
為了協調工作, 避免重復, 準確、簡煉、規范的文檔, 各種代碼標準化及其他基礎工作則顯得十分重要。

21412 信息傳輸與實時應用近年來隨著計算機網絡的發展, 傳輸技術的進步以及現代通信工具的開發, 已能使機車車輛信息實時應用, 使故障診斷、信息傳輸與維修緊密結合起來, 大大縮短了維修停時, 提高了維修效率和質量。圖2 表示出德國ICE 高速列車維修控制系統。由于ICE 列車具有一個功能全面的內部診斷系統, 它能全自動地記錄運行中發生的故障, 并將乘務員發現的故障以代碼型式輸入到診斷系統中。通過機車或車輛總線、列ICE 列車維修控制系統鐵道機車車輛2002 年增刊車總線和無線將所有故障信息匯集起來, 傳輸給動車段高效計算機系統, 該系統按照優先等級順序加工處理, 在列車入段前l h 左右制訂出維修措施和計劃, 再由調度員通過按鈕轉化為工作指令, 馬上在車間相關工作崗位上打印出來, 它包含維修人員所需的所有資料。各工作崗位上的人員按照指令做好準備, 嚴陣以待, 列車入段后按照相應程序和規定時間, 準確、快速和高效地進行維修。
3 　我國機車車輛維修現狀與進展311 我國機車車輛維修制度改革的進展
10 年前本文作者在文獻中對我國機車車輛當時的維修狀況做了闡述, 主要存在的問題是:
維修周期過短, 在修時間太長; 維修中基本上沒有考慮狀態修, 過剩維修嚴重; 維修機構不合理, 廠段維修脫節; 維修專業化程度差, “大而全, 小而全”的現象十分普遍; 配件產品質量不高, 供應渠道不暢。 10 余年來我們逐步開展了一系列的機車車輛修制改革工作, 特別是由計劃經濟向市場經濟的轉變、鐵道部運輸體制改革、資產經營責任制的推行都大大促進了機車車輛修制改革的加速進行。
10 年來修制改革的進度主要表現在:
(1) 制訂了修制改革的框架, 明確了修制改革的目標
制訂的機車車輛修制改革的總體目標是: 機車車輛的修理應在計劃預防修前提下, 逐步實施狀態修、換件修和主要零部件的集中修, 改革配件的生產和供應體制, 建立運用和維修的現代化管理體系。
(2) 制訂和完善了維修規程, 延長了大修周期
將韶山1 型電力機車大修周期由120 萬～140 萬km 延長至160 萬～200 萬km ; 東風4B型內燃機車大修周期由51 萬～63 萬km 延長到了70 萬～90 萬km。成立了機車車輛大修規程管理研究室, 理順了維修規程制定的程序與關系, 制訂和完善多部機車車輛大修規程, 使各型機車車輛的大修周期都得以延長, 改善了廠、段修的銜接, 提高了維修質量, 取得了巨大的經濟效益和社會效益。
(3) 機車大修走向市場從1996 年開始將機車大修逐步推向市場, 至 2001 年底投入市場的機車共2 140 臺, 2001 年投入市鐵道機車車輛2002 年增刊 場的機車臺數已達797 臺, 占入廠大修機車總數的65 %。機車大修市場化的轉軌使人們思想發生了轉變, “用戶是上帝”的意識迅速增強, 形成了以質量求生存、求發展、公平競爭的大好局面, 機車大修質量逐年提高。
(4) 引入分層次、多樣化的大修模式, 改變了過去單一的大修模式多年來我國鐵路機車車輛維修都是單一的模式, 致使剩余維修嚴重, 維修成本加大。近幾年來我國開始引入分層次、多樣化的大修模式, 有關鐵路局已試行具有輕大修、重大修和重造的多層次大修模式; 開展了整機入廠和大部件入廠大修, 修理工廠、制造工廠都搞大修, 機務段承擔輕大修的多樣化維修局面。
(5) 維修方面的技術成果近10 余年來在我國機車車輛維修領域內涌現出一批技術成果。在技術診斷方面, 對原有檢測診斷設備進一步完善、改進, 合理使用, 例如潤滑油光鐵譜分析診斷標準的制訂與完善; 內燃機車綜合檢測裝置的充分利用等。另一方面開發出眾多性能良好、使用便捷的部件檢測裝置, 如機車車輛軸承地面檢測裝置、電力機車弓網動態檢測裝置、機車輪箍在線探傷方法與裝置、提速機車轉向架試檢裝置以及利用高壓水或射流技術的部件清洗裝置等。在機車車輛維修信息系統方面取得了突破性進展。柳州鐵路局建立了機車檢修綜合管理系統, 并在全鐵路推廣; 聊城北、北京、山海關、大同西、上海等機務段應用計算機網絡技術對維修作業過程進行控制管理, 為實現機車檢修現代化管理奠定了基礎。
(6) 開展維修基礎理論研究機車車輛修制改革必須要以維修理論研究為先導, 因此鐵道部機車車輛大修規程管理室成立以來, 除歸口制訂機車車輛大修規程以外, 還對機車車輛維修理論、可靠性及維修性工程進行了初步研究, 另外還在《機車車輛維修簡報》上刊登了不少國內外有關維修的文章, 介紹了國內外維修方面的信息, 對于澄清維修方面的基本概念、統一思想起了重要作用。312 我國機車車輛維修制度存在的問題與建議
(1) 我國機車車輛維修制度非常落后盡管10 余年來我國機車車輛修制改革取得了豐碩成果, 但必須清醒地認識到與發達國家相比還相當落后, 因此應加快修制改革進程, 大力推行和完善分層次、多樣化的維修模式, 加快試行及推廣輕大修、重大修和重造的維修模式。同時還應鼓勵和引導各鐵路局進行其他維修模式的嘗試。對于高速列車的維修, 可以考慮引進國外發達國家先進的機車車輛維修制度體系。
(2) 在修時間太長, 維修周期也還有潛力我國機車車輛大修在修時間太長。目前我國內燃機車大修在廠平均停時為35 天左右, 而美國為10～ 11 天, 印度為18～23 天。大修周期雖經延長, 但仍有潛力可挖。顯然我國機車車輛維修頻繁、修時太長, 降低了機車車輛利用率, 增加了維修費用, 加大了建設投資。因此, 如何減少在修時間應作為修制改革的重點目標來抓, 還應繼續研究進一步延長大修周期的措施和考慮變“一廠兩架” 為“一廠一架” 維修周期結構的可能性。
(3) 機車車輛維修方面的科研投入過少鐵道部是以運輸為主的部門, 機車車輛運用、維修是運輸主戰場, 理應加大維修方面的科研投入, 可是多年來由于歷史原因, 機車車輛科研方面的資金絕大多數投入到新造機車和車輛方面, 對維修方面的科研重視不夠, 投入很少, 致使與國外差距日趨加大, 因此應加強機車車輛維修方面的科研投入, 重視維修學科建設, 積極創造條件, 使我國機車車輛維修體制邁入更高階段。
(4) 維修理論基礎薄弱, 缺乏系統的研究和培訓多年來, 我國維修理論基礎薄弱, 缺乏系統的理論研究和培訓, 致使實踐中經常出現基本概念混亂, 導致錯誤維修的現象。因此應重視和加強維修理論的研究, 加強可靠性工程、維修性工程和維修策略的研究, 特別是維修經濟性方面, 有關LCC 分析、效能費用權衡分析、維修風險分析及不確定性分析和設備更新決策分析等。
(5) 在采辦和設計中缺乏可靠性、維修性工程的應用國外發達國家在購置機車車輛時, 用戶要提出可靠性、維修性要求, 將指標寫入合同中, 并在機車車輛交貨后進行檢驗驗證。因此, 近代制造廠家在設計時, 除對機車車輛性能和結構進行設計外, 還要進行可靠性和維修性設計、試驗等。而我國鐵路機車車輛的采辦和設計在這方面還沒有要求和實施, 因而機車 車輛可靠性和維修性得不到保證。我國應盡早開展這方面的研究, 在機車車輛的采辦和設計中引入可靠性、維修性指標, 并進行檢驗驗證。
(6) 加速和完善診斷技術和維修信息系統建設雖然我國鐵路20 余年來投入巨額資金開發和研制了各種各樣的檢測診斷儀表設備, 但真正起作用, 故障發現率和正確判斷率達到要求的并不多, 診斷標準和相應的專家系統滿足不了要求, 因此在維修實踐中起不了巨大作用。這方面的工作有待進一步加強, 應統一計劃管理, 避免重復開發, 提高檢測精度及可靠性, 重視決策軟件開發。同樣還要繼續加速和完善機車車輛維修信息系統的建設, 在推廣和完善柳州鐵路局機車維修管理系統的同時, 統籌建設機務段局域網和中央數據庫, 開發維修管理軟件, 將機車車輛維修管理水平提高到一個新的高度。