維修技術在地鐵信號系統中的應用摘要介紹了以可靠性為中心的維修(RCM)技術的管理理念和方法。分析了該項技術在我國地鐵信號控制系統中的應用,并結合南京地鐵運營的實際情況給出了實例驗證。將RCM應用于地鐵信號系統的維護管理中,可充分降低維護費用,提高系統的穩定性與可靠性。 以可靠性為中心的維修(ReliabilityCenteredMaintenance,簡為RCM),是1978年美國民航業研究的一種非常具體的決策制定方法。RCM的成功使用使當時的飛機故障率從最初的610-4降低到610-5,在有效降低維修成本的同時保持了很高的安全性和可靠性。RCM是目前國際上通用的用以確定資產預防性維修需求及優化維修制度的一種系統工程方法1-2。 RCM被稱為以可靠性為中心的維修,是因為人們認識到,維修所能做的僅僅是確保設備達到其固有性能或固有可靠性的狀態。RCM在被應用于飛機及其它航空設備維護上之后,又被用于軍用系統的保障當中。目前,隨著民用企業規模的不斷擴大及生產設備復雜程度的不斷增加,RCM開始被一些現代化的企業所采用,并取得了不錯的成果。有資料表明,如果能正確地將RCM技術應用到維修工作中,在保證生產安全性和設備可靠性的前提下,可以使日常的維修工作量降到40%70%3。 1 RCM的基本原理 設備維護通常分為故障維修和預防性維修。故障維修屬被動維護,是在故障發生之后進行的一種補救和完善措施。它會造成設備停工,帶來一定的經濟損失。預防性維修通常屬于主動維護,是指在故障發生前進行的定時、定期的維修措施。預防性維修對維修間隔的設定要求較高,否則會造成維修不足或過度,同時還會降低設備的可用性,導致生產成本增加。RCM就是針對預防性維護中存在的不足,結合主動維護與被動維護各自的優勢形成的一種新的方法。 一個標準的RCM操作過程必須滿足以下四個基本原則4: (1)最根本的目標是保證系統的正常功能; (2)必須能夠通過故障模式識別來明確功能失效(故障)所造成的損失; (3)應能正確區分各種故障模式的優先秩序; (4)必須能夠找出有效且可用的預防性維護措施。 具體地說,RCM通過對系統進行功能與故障分析,明確系統內各故障的后果;再用規范化的邏輯決斷方法,確定出各故障后果的預防性對策;最后通過現場故障數據統計、專家評估、定量建模等手段,在保證安全性和可靠性的前提下,以實現維修停機損失最小為目標優化系統的維修策略。在地鐵信號控制系統維護中,首先需要根據各信號模塊的功能進行子系統劃分;然后確定各模塊所在的故障模式以及故障后果,并根據對地鐵運行狀態的影響程度劃分故障模式優先級;最后有針對性地確定每一種故障的有效維護措施。標準的RCM分析過程如圖1所示。 在RCM分析過程中,系統的劃分與關鍵性任務分析是相對重要的步驟。對系統級別的劃分可通過定義設備的關鍵評價指標和附加指標來實現。每個指標有不同的權重,由多個小指標組成。每個小指標都有相應的評分,逐級向上匯總,考慮指標的權重,最后得到設備的總分數,進而得到該設備在整個系統中所處的級別。關鍵性任務分析是根據設備的功能及相關的性能標準所進行的逐步遞推的邏輯決斷過程(見圖2)。通過對故障的跡象、后果的分析,就可以得知該故障是否是關鍵性故障,從而可以采取相應的措施。 (1)根據目前設備的使用狀況和維護條件,該設備的功能和相關的性能標準有哪些(功能)? (2)不能滿足其功能的表現形式有哪些(故障)? (3)每一種故障有哪些原因(故障模式)? (4)當每一種故障發生時會出現什么現象(故障跡象)? (5)每一種故障所產生的后果以什么形式表現出來(故障的后果)? (6)為了預測或預防每種故障的發生應該采取什么措施(預防性的有效作業和作業的間隔期)? (7)如果找不到合適的預防性有效作業應該采取什么其它措施(默認措施)? 為了正確回答上述問題,首先要根據具體的設備,用性能標準來劃分系統級別(功能模塊);接下來需收集所有故障的產生原因及表現形式(故障信息);然后分析每一個故障的后果,以便在主動維護與被動維護之間進行取舍。這樣,就完成了用RCM對某個具體設備的維護方式進行分析的過程。 本文以南京地鐵信號控制系統的維護為例,分析推行RCM管理帶來的潛在優勢,以及對地鐵其它運營維護部門管理的促進作用。 2 RCM在地鐵信號系統管理的應用 信號系統是地鐵運營系統的神經中樞,擔負著地鐵車輛的信號傳輸和控制功能,其設備的維護管理能力也日益成為決定企業核心競爭力的重要因素。當前信號設備管理的核心是建立設備管理信息網。通過對設備購置、安裝、使用、維護、修理等各種事務的記錄、跟蹤、整理、分析,為信號設備建立一套完整的設備履歷,從而減少突發性故障,消除設備故障的隱患。 未采用RCM技術之前,地鐵信號系統的維護,通常是根據交互式信號狀態控制系統從信號設備上讀取的狀態信息,來判斷各信號設備是否正常工作。圖3所示為未采用RCM技術時的信號系統設備維護方案。從圖3可以看出,這種傳統的設備維護方式是一種在故障發生之后進行的被動補救措施。設備發生故障后,只能根據控制系統提供的故障設備的代碼,從故障案例數據庫中查出發生故障的設備類型,然后從設備維護數據庫中找出相應設備的維修方案來對故障設備進行維修。當沒有備份的信號設備發生故障,或當前信號設備及其備份設備在一個同類設備的維修周期內先后發生故障時,這種被動的維護方式就會造成整個地鐵信號系統的故障。由于地鐵的運行完全是由操作控制中心(OCC)的電腦通過信號系統進行遠程控制的,所以信號系統的崩潰會直接導致整個地鐵線路的停運,由此造成的運營暫停、車輛受損等嚴重后果,大幅增加了運營成本。 2006年,南京地鐵通號中心嘗試用RCM方法來管理設備的維護與保養。針對RCM的使用原則,中心對原有的設備維護流程進行了適當的修改。首先根據信號設備的各個功能模塊進行了系統/子系統劃分;然后利用已有的交互式故障檔案數據庫和設備維護數據庫進行功能故障分析與故障模式分析;在此基礎上根據圖2所示的RCM邏輯決斷過程完成關鍵性任務與非關鍵性任務的分析,針對相應的分析結果進行恰當的主動維護或被動維護。整個維護流程如圖4所示。根據地鐵信號設備中各模塊的功能及性能標準,可做出相應的系統劃分,如表1所示。從表中可以看出,聯鎖系統(SICAS,由西門子公司設計的用于正線的信號控制)、軌旁ATP的關鍵級最高;其次是道岔、信號機、軌道電路;再次是信號電源、TYJL-II型計算機聯鎖(由中國鐵道科學研究院通信信號研究所設計的用于車輛段的信號控制)、同步環線、局控盤;關鍵級別最低的是ATS(自動列車監控系統)、LOW(本地操作站,放置于聯鎖站)、DTI(發車計時器)和PIIS(旅客向導系統)。相應地,還列出了2005年8月至2006年8月間地鐵信號控制系統各種已知故障的發生原因及相應的發生情況(見表2),以便進行功能故障分析與故障模式分析。通過采用上述基于RCM的設備維護流程,合理運用主動維護與被動維護,南京地鐵信號系統的設備維護取得了明顯的成效。下述三個實例均為采用RCM方法進行故障處理的情況。 在2005年8月至12月之間,共發生8個因為板件質量(指印刷電路板的質量及其電子元件的質量)影響SICAS和軌旁ATP使用的故障。在嘗試引入RCM技術管理之后,對SICAS與軌旁ATP這類最關鍵子系統中的板件/模塊,根據其故障主要發生在設備運營初期的特點,采取了主動維護的方式,成功地避免了這類故障的再度發生。從2006年1月至2007年1月,沒有發生一例因為板件影響SICAS和軌旁ATP使用的故障。 RCM技術中的主動維護在減少材質不佳引發信號機故障的維護上也起到了積極的作用。通過對信號機故障模式的分析,發現信號機的點燈保險(200mA)偏小。后將點燈保險更換為250mA并把普通信號燈泡更換為“信通一號”專用信號燈泡,增加信號機的額定使用時間,并根據設備的使用概率規定正線信號機的綠燈和紅燈每半年更換一次。通過這種RCM基礎之上的主動維護,這類由于材質不良對信號機造成的故障發生率大大降低,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設備的故障不同,現已發生的軟件故障對南京地鐵的運營沒有造成明顯的影響。這類故障通常表現為LOW機與MMI死機、PIIS/DTI不能自動開機、PIIS控制軟件不能打開、運行圖自動關閉等。在RCM管理流程中采用被動維護,通過使用不斷發現軟件中的不足,然后通知軟件開發商做進一步的改進。 3 結語 通過RCM分析,地鐵信號系統檢修運行維護管理中涉及的故障模式比采用RCM之前相應地增加了,但是通過采用諸多狀態監測手段和一次性技術改造或定期試驗等手段,維修工時及設備的故障率比以往少得多。由此可見,RCM方法在地鐵信