维修技术在地铁信号系统中的应用.doc

维修技术在地铁信号系统中的应用摘要介绍了以可靠性为中心的维修(RCM)技术的管理理念和方法。分析了该项技术在我国地铁信号控制系统中的应用,并结合南京地铁运营的实际情况给出了实例验证。将RCM应用于地铁信号系统的维护管理中,可充分降低维护费用,提高系统的稳定性与可靠性。 以可靠性为中心的维修(ReliabilityCenteredMaintenance,简为RCM),是1978年美国民航业研究的一种非常具体的决策制定方法。RCM的成功使用使当时的飞机故障率从最初的610-4降低到610-5,在有效降低维修成本的同时保持了很高的安全性和可靠性。RCM是目前国际上通用的用以确定资产预防性维修需求及优化维修制度的一种系统工程方法1-2。 RCM被称为以可靠性为中心的维修,是因为人们认识到,维修所能做的仅仅是确保设备达到其固有性能或固有可靠性的状态。RCM在被应用于飞机及其它航空设备维护上之后,又被用于军用系统的保障当中。目前,随着民用企业规模的不断扩大及生产设备复杂程度的不断增加,RCM开始被一些现代化的企业所采用,并取得了不错的成果。有资料表明,如果能正确地将RCM技术应用到维修工作中,在保证生产安全性和设备可靠性的前提下,可以使日常的维修工作量降到40%70%3。 1 RCM的基本原理 设备维护通常分为故障维修和预防性维修。故障维修属被动维护,是在故障发生之后进行的一种补救和完善措施。它会造成设备停工,带来一定的经济损失。预防性维修通常属于主动维护,是指在故障发生前进行的定时、定期的维修措施。预防性维修对维修间隔的设定要求较高,否则会造成维修不足或过度,同时还会降低设备的可用性,导致生产成本增加。RCM就是针对预防性维护中存在的不足,结合主动维护与被动维护各自的优势形成的一种新的方法。 一个标准的RCM操作过程必须满足以下四个基本原则4: (1)最根本的目标是保证系统的正常功能; (2)必须能够通过故障模式识别来明确功能失效(故障)所造成的损失; (3)应能正确区分各种故障模式的优先秩序; (4)必须能够找出有效且可用的预防性维护措施。 具体地说,RCM通过对系统进行功能与故障分析,明确系统内各故障的后果;再用规范化的逻辑决断方法,确定出各故障后果的预防性对策;最后通过现场故障数据统计、专家评估、定量建模等手段,在保证安全性和可靠性的前提下,以实现维修停机损失最小为目标优化系统的维修策略。在地铁信号控制系统维护中,首先需要根据各信号模块的功能进行子系统划分;然后确定各模块所在的故障模式以及故障后果,并根据对地铁运行状态的影响程度划分故障模式优先级;最后有针对性地确定每一种故障的有效维护措施。标准的RCM分析过程如图1所示。 在RCM分析过程中,系统的划分与关键性任务分析是相对重要的步骤。对系统级别的划分可通过定义设备的关键评价指标和附加指标来实现。每个指标有不同的权重,由多个小指标组成。每个小指标都有相应的评分,逐级向上汇总,考虑指标的权重,最后得到设备的总分数,进而得到该设备在整个系统中所处的级别。关键性任务分析是根据设备的功能及相关的性能标准所进行的逐步递推的逻辑决断过程(见图2)。通过对故障的迹象、后果的分析,就可以得知该故障是否是关键性故障,从而可以采取相应的措施。 (1)根据目前设备的使用状况和维护条件,该设备的功能和相关的性能标准有哪些(功能)? (2)不能满足其功能的表现形式有哪些(故障)? (3)每一种故障有哪些原因(故障模式)? (4)当每一种故障发生时会出现什么现象(故障迹象)? (5)每一种故障所产生的后果以什么形式表现出来(故障的后果)? (6)为了预测或预防每种故障的发生应该采取什么措施(预防性的有效作业和作业的间隔期)? (7)如果找不到合适的预防性有效作业应该采取什么其它措施(默认措施)? 为了正确回答上述问题,首先要根据具体的设备,用性能标准来划分系统级别(功能模块);接下来需收集所有故障的产生原因及表现形式(故障信息);然后分析每一个故障的后果,以便在主动维护与被动维护之间进行取舍。这样,就完成了用RCM对某个具体设备的维护方式进行分析的过程。 本文以南京地铁信号控制系统的维护为例,分析推行RCM管理带来的潜在优势,以及对地铁其它运营维护部门管理的促进作用。 2 RCM在地铁信号系统管理的应用 信号系统是地铁运营系统的神经中枢,担负着地铁车辆的信号传输和控制功能,其设备的维护管理能力也日益成为决定企业核心竞争力的重要因素。当前信号设备管理的核心是建立设备管理信息网。通过对设备购置、安装、使用、维护、修理等各种事务的记录、跟踪、整理、分析,为信号设备建立一套完整的设备履历,从而减少突发性故障,消除设备故障的隐患。 未采用RCM技术之前,地铁信号系统的维护,通常是根据交互式信号状态控制系统从信号设备上读取的状态信息,来判断各信号设备是否正常工作。图3所示为未采用RCM技术时的信号系统设备维护方案。从图3可以看出,这种传统的设备维护方式是一种在故障发生之后进行的被动补救措施。设备发生故障后,只能根据控制系统提供的故障设备的代码,从故障案例数据库中查出发生故障的设备类型,然后从设备维护数据库中找出相应设备的维修方案来对故障设备进行维修。当没有备份的信号设备发生故障,或当前信号设备及其备份设备在一个同类设备的维修周期内先后发生故障时,这种被动的维护方式就会造成整个地铁信号系统的故障。由于地铁的运行完全是由操作控制中心(OCC)的电脑通过信号系统进行远程控制的,所以信号系统的崩溃会直接导致整个地铁线路的停运,由此造成的运营暂停、车辆受损等严重后果,大幅增加了运营成本。 2006年,南京地铁通号中心尝试用RCM方法来管理设备的维护与保养。针对RCM的使用原则,中心对原有的设备维护流程进行了适当的修改。首先根据信号设备的各个功能模块进行了系统/子系统划分;然后利用已有的交互式故障档案数据库和设备维护数据库进行功能故障分析与故障模式分析;在此基础上根据图2所示的RCM逻辑决断过程完成关键性任务与非关键性任务的分析,针对相应的分析结果进行恰当的主动维护或被动维护。整个维护流程如图4所示。根据地铁信号设备中各模块的功能及性能标准,可做出相应的系统划分,如表1所示。从表中可以看出,联锁系统(SICAS,由西门子公司设计的用于正线的信号控制)、轨旁ATP的关键级最高;其次是道岔、信号机、轨道电路;再次是信号电源、TYJL-II型计算机联锁(由中国铁道科学研究院通信信号研究所设计的用于车辆段的信号控制)、同步环线、局控盘;关键级别最低的是ATS(自动列车监控系统)、LOW(本地操作站,放置于联锁站)、DTI(发车计时器)和PIIS(旅客向导系统)。相应地,还列出了2005年8月至2006年8月间地铁信号控制系统各种已知故障的发生原因及相应的发生情况(见表2),以便进行功能故障分析与故障模式分析。通过采用上述基于RCM的设备维护流程,合理运用主动维护与被动维护,南京地铁信号系统的设备维护取得了明显的成效。下述三个实例均为采用RCM方法进行故障处理的情况。 在2005年8月至12月之间,共发生8个因为板件质量(指印刷电路板的质量及其电子元件的质量)影响SICAS和轨旁ATP使用的故障。在尝试引入RCM技术管理之后,对SICAS与轨旁ATP这类最关键子系统中的板件/模块,根据其故障主要发生在设备运营初期的特点,采取了主动维护的方式,成功地避免了这类故障的再度发生。从2006年1月至2007年1月,没有发生一例因为板件影响SICAS和轨旁ATP使用的故障。 RCM技术中的主动维护在减少材质不佳引发信号机故障的维护上也起到了积极的作用。通过对信号机故障模式的分析,发现信号机的点灯保险(200mA)偏小。后将点灯保险更换为250mA并把普通信号灯泡更换为“信通一号”专用信号灯泡,增加信号机的额定使用时间,并根据设备的使用概率规定正线信号机的绿灯和红灯每半年更换一次。通过这种RCM基础之上的主动维护,这类由于材质不良对信号机造成的故障发生率大大降低,从更换前的平均每月6件下降到更换后平均每月不足1件。 与SICAS及轨旁ATP设备的故障不同,现已发生的软件故障对南京地铁的运营没有造成明显的影响。这类故障通常表现为LOW机与MMI死机、PIIS/DTI不能自动开机、PIIS控制软件不能打开、运行图自动关闭等。在RCM管理流程中采用被动维护,通过使用不断发现软件中的不足,然后通知软件开发商做进一步的改进。 3 结语 通过RCM分析,地铁信号系统检修运行维护管理中涉及的故障模式比采用RCM之前相应地增加了,但是通过采用诸多状态监测手段和一次性技术改造或定期试验等手段,维修工时及设备的故障率比以往少得多。由此可见,RCM方法在地铁信