动车组整车RAM评价指标体系研究
动车组整车RAM评价指标
体系研究
王华胜1，朱庆龙1，钱小磊2，张云溢2，张启航1
（1.中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所，北京100081；
2.北京纵横机电科技有限公司，北京100094）
摘要：按照动车组故障影响程度不同，基于分级、分类原则定义动车组A、B、C、D类故障及其故障率指标要求，给出综合考虑不同类别故障影响的总体加权故障率评价方法，实现了不同动车组间可靠性的定量对比评价；针对动车组各级预防修程，提出整车检修停时指标要求，分析高级修停时影响因素；定义动车组定期检修率、临修率、完好率等可用性指标，结合修程修制改革优化目标，对比分析优化前后各级检修率、年均检修列日、完好率、年均完好列日等可用性指标改善情况。
关键词：动车组；修程修制；可靠性；维修性；可用性；评价指标；RAM
中图分类号：U279文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）05-0059-06 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.05.059
代理做账
0引言
随着我国高铁事业的迅猛发展，动车组配属数量快速增长，检修效率、效益及可靠性等效能问题变得愈加突出，为实现铁路高质量持续健康发展和提质降本增效的总体目标，以提升和改善动车组可靠性、可用性、维修性和安全性（RAMS）为目标的RAMS技术工作日益受到关注和重视［1-4］。如何针对我国动车组运用、检修和管理特点，构建合理适用的RAMS指标体系是目前迫切需要研究的课题。鉴于《铁路交通事故调查处理规则》已对铁路行车事故等安全性指标定义给出详细规定，重点针对动车组可靠性、可用性和维修性（RAM）指标进行分析研究。
1可靠性指标及评价
1.1通用指标
可靠性指标是落实产品可靠性要求的依据和标准，科学、合理的可靠性定量要求为可靠性工作明确了目标和方向。常用可靠性指标包括：
（1）可靠度：产品在规定条件下、规定时间内完成规定功能的概率。例如：某型号日用灯管100根，在
基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目（P2018J017）第一作者：王华胜（1969—），男，
研究员，博士。
E-mail：**********************
动车组整车RAM评价指标体系研究王华胜等
220V/50Hz常规电源条件下，使用至1000h时累计有5根发生闪烁或熄灭，则该批次型号灯管使用至1000h 的可靠度为0.95。
（2）可靠寿命：由于产品可靠度与其使用寿命存在函数对应关系，在给定可靠度下产品能够达到的寿命就是可靠寿命。例如：一般将产品可靠度为0.90时对应的可靠寿命称为额定寿命；产品可靠度为0.50时对应的可靠寿命称为中位寿命。
（3）平均故障间隔时间：产品在长期工作期间可能会发生多次故障，则平均每2次故障间隔时间称为平均故障间隔时间。例如：某系统工作10000h，期间发生5次故障，则其平均故障间隔时间为2000h。
（4）平均故障率：产品在长期工作期间可能会发生多次故障，折合单位时间平均发生的故障次数称为平均故障率。按照我国动车组运用管理实际状况，动车组通常以百万公里平均故障率作为可靠性评价指标。
1.2动车组整车故障影响分类
高铁运输的主要目标是安全、正点运送旅客至目的地，并在途中为旅客提供必要的服务和环境。按照对运输影响的严重程度不同，动车组整车故障影响可分为以下几类：
（1）途中非正常停车及长时延误。该故障发生时动车组不仅影响同方向后续列车运行，有时还需随车机械师下车对故障进行复核，进而造成邻线封闭，对高铁运输影响较大。途中非正常停车的动车组超过规定时间若不能恢复运行，通常会启动途中应急救援等措施，可能需要车、机、工、电、辆等多部门配合工作，对高铁运输造成更大影响。《铁路动车组运用维修规则》规定，“动车组随车机械师途中故障应急处置，区间超过20min、站内超过30min，仍无法判明故障原因或无法处置不能继续运行时，通知司机请求救援”［5］。因此，可将途中非正常停车时间是否大于20min及延误时间是否大于30min作为该类故障严重级别的进一步划分标准。
（2）功能受限模式运行及短时延误。指动车组局部功能故障导致牵引力、制动力不足，速度受限，引起10min以内的短时延误；空调、侧门、卫生间等出现多处故障，进而影响旅客乘车舒适性，但动车组仍可维持运行。其故障包括且不限于：①牵引系统局部功能故障，切除部分牵引动力限速运行；②制动系统局部功能故障，切除部分制动力限速运行；③空气弹簧故障导致限速运行；④动车组中任意1辆车空调故障导致车内空调功能完全丧失；⑤相邻2辆车所有卫生间故障隔离禁用；⑥相邻2辆车同侧所有车体侧门故障隔离禁用。动车组在上述故障模式下虽可维持运行，但运行速度、舒适度受到不同程度影响。
（3）出入站晚点。主要指始发和终到站晚点及途经站的发车、到达晚点。数据分析发现，牵引、制动功能部分丧失导致的运缓、限速是造成动车组入站晚点的主要因素；侧门关闭不良等故障是导致动车组出站晚点的主要因素。由于晚点期间动车组位于站内，不会影响正线其他列车运行，故障后果远小于途中非正常停车。
1.3动车组整车可靠性指标
动车组和高铁的区别按照动车组整车故障影响严重程度不同，按照分级、分类原则定义了以下A、B、C、D类故障：（1）A类故障。在规定运用环境和条件下，由于车辆设备故障导致动车组站间非正常停车时间大于20min 小于1h，以及因运缓或站内超时停车等导致晚点时间大于30min小于1h的故障。按照《铁路交通事故调查处理规则》规定［6］，途中非正常停车超过1h将构成一般D类事故，为此将停车1h作为A类故障的考核上限。
（2）B类故障。在规定运用环境和条件下，由于车辆设备故障导致动车组站间非正常停车少于20min，以及因运缓或站内超时停车等导致晚点时间大于10min小于30min的故障。
（3）C类故障。在规定运用环境和条件下，由于车辆设备故障造成运缓或站内超时停车导致晚点时间小于10min，以及对舒适性造成严重影响的故障。
（4）D类故障。不影响动车组正常运行的其他各类故障。
在时速250km中国标准动车组技术条件中，给出如下可靠性指标规定：动车组A、B、C类故障率分别不大于0.2、0.4、1.0次/百万公里［7］。
1.4整车故障率加权综合评价
动车组在实际运用中各类故障均可能发生，故障
动车组整车RAM 评价指标体系研究王华胜等
率水平千差万别。为了更加全面、客观、合理评价不同动车组的可靠性状况，建议采用加权累计的方式对各类故障率进行总体综合评价。根据各类故障影响严重程度，对比分析给出相对权重比值（见表1）。
由表1可以看出，从站间非正常停车时间影响角度看，A 、B 类故障影响程度是3∶1的权重关系，从晚点时间影响角度看，A 、B 类故障影响程度是2∶1的权重关系，鉴于站间非正常停车故障影响更为严
重，故A 、B 类故障影响权重可取3∶1。C 类故障仅造成晚点，其与B 类故障的影响程度是3∶1的权重关系。综上所述，为便于加权计算，取B 类故障影响为基准1，则A 、B 、C 类故障的权重系数可分别近似取为3.0、1.0、0.3。
依据上述故障权重系数，采用不同故障率值乘权楼宇控制系统
重值再累加的方式可得到动车组总体加权故障率。2种车型动车组各类故障率及其总体加权故障率评价结果见表2。
由表2可以看出，不考虑加权时，甲型动车组A 、B 、C 类故障率合计为5.1次/百万公里，乙型动车组A 、B 、C 类故障率合计为7.0次/百万公里；在考虑加权时，甲型动车组总体加权故障率为4.2次/百万公里，乙型动车组总体加权故障率为3.9次/百万公里。可见，通过加权综合评价，可引导运营人员更加重视后果严重的A 、B 类故障，而对后果较轻的C 类故障可适度容忍。这种按照故障轻重缓急区别对待、聚焦重点、精准施策的故障管控理念，更有利于实现动车组效率效益的总体最佳化。
2维修性指标及评价
维修性反映了产品维修的难易程度，是设计时赋
予产品的一种固有属性，直接影响产品的维修停时和工作量。维修性定量指标是衡量装备维修性水平的度量尺度，针对装备不同运用维修管理特点，可提出具体的维修性定量参数。
2.1通用指标
与维修时间相关的通用维修性指标包括：（1）平均修复时间：是指排除某类故障所需实际
修复时间的平均值，即产品修复1次平均需要的时间。排除故障的实际时间包括准备、检测诊断、换件、调校、校验和修复等时间，不包括由于行政管理或后勤供应等原因所延误的时间。
（2）平均预防性维修时间：是指某项或某个维修级别1次预防性维修所需时间的平均值。如某型动车组三级修平均停时。
2.2动车组整车预防修停时指标
针对我国动车组预防修管理实际状况，初步制定
了各级预防修停时指标：
（1）一级修平均停时：在规定检修资源条件（设备设施、工艺工装、材料备件、人员管理）下，依据检修规程要求，一定样本动车组进行一级修作业的停时平均值。
（2）二级修平均停时：在规定检修资源条件下，依据检修规程要求，一定样本动车组进行二级修作业的停时平均值。
（3）三级修平均停时：在规定检修资源条件下，按照检修规程要求，一定样本动车组进行三级修作业的停时平均值。
（4）四级修平均停时：在规定检修资源条件下，按照检修规程要求，一定样本动车组进行四级修作业的停时平均值。
（5）五级修平均停时：在规定检修资源条件下，按照检修规程要求，一定样本动车组进行五级修作业的停时平均值。
时速250km 中国标准动车组技术条件提出预防修停时指标要求如下［7］：一级修停时每次不超过2.5h ；
表2
动车组故障率及加权故障率对比
次/
百万公里
清明节祭奠英烈寄语
表1
不同类别故障影响程度对比
动车组整车RAM评价指标体系研究王华胜等
二级修停时年平均不超过25d；三级修停时每次不超过30d；四级修停时每次不超过40d；五级修停时每次不超过50d。
2.3动车组维修停时影响因素分析
以某型动车组为例，首轮四级修停时情况见图1。可以看出，随着检修动车组数量的增加，四级修停时迅速下降，由80～100d快速降至40～50d，且基本保持平稳。
通过对动车组检修停时统计分析发现，影响检修停时的因素主要包括以下方面：
（1）动车组维修性差异影响。不同车型维修性设计特点不同，且部件维修需求不同，导致维修工作量
和难易程度有很大差异。例如：同样三级修，有些车型要求更换齿轮箱轴承，增加了检修范围和难度，检修停时相对较长。
（2）检修经验和熟练程度影响。统计发现，动车组试修初期检修停时均较长，随着检修动车组数量的增加，检修作业熟练程度、组织管理水平不断提升，检修停时会显著缩短。
（3）检修方式影响。动车组检修设备设施和组织方式不同对检修停时影响也很大。例如：动车段实施三级修时普遍采用不解编方式，检修停时会比工厂解编修方式明显偏短；在作业组织时，增加并行作业、减少串行作业也会显著缩短检修停时。
（4）材料配件周转影响。动车组高级修普遍存在部件委外修，检修部件的周转是否高效顺畅对检修停时影响显著。为缩短整车检修停时，一般采用周转部件实施换件修，尽量避免原车部件检修对停时的影响。
（5）偶发故障影响。常规情况下，动车组高级修范围、要求明确，检修节拍、进度有序可控，检修停时基本稳定。若遇到较大偶发故障，就需大范围分解、检修、更换，有时甚至要结合高级修进行源头质量整治，检修停时会显著增加。
3可用性指标及评价
可用性是指产品在规定时间内、规定使用维修保障条件下，能够执行规定任务的能力。产品可靠性高、故障少，维修性好、检修停时短，则其可用性就高。此外，可用性还与维修保障及管理密切相关。因此，可用性是产品可靠性、维修性和维修保障的综合度量，反映了产品在任一随机时刻处于可用状态的能力。3.1通用指标
可用性的概率度量指标为可用度，按照可用性影响因素不同，常用的可用度指标有：固有可用度、可达可用度、使用可用度［8］。
（1）固有可用度：固有可用度只考虑产品的实际工作时间段和修复性维修时间段，常用“平均故障间隔时间/（平均故障间隔时间+平均修复性维修时间）”的值来衡量。如果产品故障率低、故障检修时间短，则固有可用度较高。
（2）可达可用度=产品工作时间/（产品工作时间+修复性维修时间+预防性维修时间）。该指标同时考虑了修复性维修和预防性维修，但没有考虑使用和保障管理因素的影响。
（3）使用可用度=能工作时间/总时间（能工作时间与不能工作时间之和）。其中不能工作时间包括所有预防性维修时间、修复性维修时间，维修等待时间及管理延误时间等；能工作时间包括实际工作时间和待命或热备时间。使用可用度是可用性所有影响因素的全面体现。
3.2动车组可用性指标
针对我国动车组检修运用管理实际状况，可从以下方面定义可用性指标：
（1）动车组定期检修率：在规定运用条件（如年
均运行里程）和规定维修保障条件（修程修制、设备
设施、工艺工装、材料备件、人员、技术及管理等）图1某型动车组首轮四级修停时情况
动车组整车RAM评价指标体系研究王华胜等
下，动车组全生命周期内处于定期检修状态列日数与应支配列日数的比值。定期检修指按规定周期实施的检修，主要指动车组二、三、四、五级修。为此，定期检修率可进一步细化为：
①二级修率：动车组每年二级修停时列日数与应支配列日数的比值。
②三级修率：动车组全生命周期内三级修停时列日数与应支配列日数的比值。
③四级修率：动车组全生命周期内四级修停时列日数与应支配列日数的比值。
④五级修率：动车组全生命周期内五级修停时列日数与应支配列日数的比值。
（2）动车组临修检修率：在规定运用条件和规定维修保障条件下，动车组全生命周期内处于临修状态的列日数与应支配列日数的比值。临修是指由于临时故障导致的计划外修复性维修。
（3）动车组完好率：在规定运用条件和规定维修保障条件下，动车组全生命周期内处于可用状态的列日数与应支配列日数的比值。可用状态动车组包括实际运用动车组和备用动车组。
可见，动车组完好状态列日数、临修状态列日数和定期修状态列日数合计等于全生命周期列日数，即：完好率=1-临修检修率-定期检修率。
3.3动车组可用性指标计算分析
动车组可用性是可靠性、维修性和保障性综合影响的结果。例如：可靠性直接影响临修故障的发生频
次，进而影响临修检修率；反映维修性水平的维修停时列日数直接影响定期检修率或临修检修率；修程修制优化延长检修间隔期，对降低定期检修率会产生明显效果。通过某型动车组修程修制优化前后检修停时、检修间隔期变化说明对可用性指标的影响。
3.3.1修程修制优化前定期检修率估算
某型动车组年均运行里程60万km，则全生命周期30年内累计运行1800万km，该型动车组修程修制优化前定期检修率指标见表3。
由表3可以看出，该动车组高级修检修率合计4.75%，折合年均17.33个检修列日；考虑二级修后的定期检修率合计11.60%，折合年均42.33个检修列日。3.3.2修程修制优化后定期检修率估算
按照动车组修程修制改革目标，各级定期检修间隔期有所延长，每次检修列日数有所减少，进而发生频次、检修列日数均有所减少，可用性指标明显改善。该型动车组修程修制优化后的定期检修率指标见表4。
由表4可以看出，该动车组高级修检修率合计3.15%，折合年均11.49个检修列日；考虑二级修后的定期检修率合计7.26%，折合年均26.49个检修列日。3.3.3修程修制优化前后可用性指标对比
智能手机网络设置通过计算分析可以看出，动车组修程修制改革通过缩短检修停时、延长检修间隔期，显著改善了动车
组可用性指标。按照目前动车组临修状况调研统计，临修检修率可统一近似取2%，修程修制优化前后动车组可用性指标对比见表5。
由表5可以看出，修程修制优化后动车组完好率提升4.34%，达到90.74%；每列动车组年均完好列日数增加15.8d，年均可用列日达到331.2d。此外，动车组全生命周期内高级修频次显著减少，三级修由7次减少到5次，四级修由4次减少到3次，五级修由3次减少到2次，高级修费用大幅减少，取得了显著的效益。
表3
某型动车组修程修制优化前定期检修率指标表4
某型动车组修程修制优化后定期检修率指标青春作文800字高中
表5
修程修制优化前后动车组可用性指标对比

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