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摘要：

分析RCM運營維修管理策略的實施過程，從鐵路牽引供電系統可靠性分析和基于RCM的牽引供電系統運營維修管理優化2個方面，綜述鐵路牽引供電系統可靠性運營維修優化研究現狀，結合我國鐵路牽引供電運營維修管理實際情況，分析研究現狀中存在的問題及其原因，提出應加強理論與方法的研究，在改進RCM維修管理實施過程、建立鐵路牽引供電系統的定量可靠性分析模型和優化多部件成組運營維修管理策略方面提出研究建議。

關鍵詞：

鐵路牽引供電系統；RCM；可靠性分析；運營維修管理策略；研究綜述

1RCM運營維修管理實施過程

鐵路維修天窗是工務、電務、供電、通信等部門作業人員進入鐵路線路進行設備設施維修、施工和故障處理的預留時間段。在鐵路維修天窗時間內，列車運行圖中不鋪畫、調整或抽減列車運行線，天窗開設時間越長對于運力資源影響越大，因而應選擇合理的運營維修管理策略，提高運營維修效率和系統可靠性。以可靠性為中心的維修(ReliabilityCenteredMaintenance，RCM)簡稱“可靠性維修”，是根據可靠性分析結果確定維修計劃的運營維修管理策略。很多國家的學者在利用高效的RCM運營維修管理策略提高鐵路牽引供電系統可靠性方面已經取得一定的研究成果，但還存在將理論研究與鐵路牽引供電系統運營維修管理實際有效結合的問題。因此，綜述鐵路牽引供電系統的系統可靠性分析方法和RCM優化理論，可以為鐵路牽引供電運營維修管理應用RCM運營維修管理策略提供參考。

RCM運營維修管理實施過程從系統級整體功能出發，首先對系統的功能進行分析，確定系統的重要功能和需要RCM研究的部件；然后分析系統的可靠性，通過分析部件狀態和故障數據記錄，明確系統故障模式、影響和后果，進而確定系統風險；最后進行邏輯決策，在確保系統滿足整體可靠性指標的基礎上，優化運營維修管理策略，合理控制運營維修成本[1]?；诠δ艿膫鹘yRCM維修管理實施過程的缺點是實施過程非常復雜，導致很難進行實際應用，需要對原有RCM維修管理實施過程進行改進。

LimBO等[2]提出應用于韓國高速鐵路(KoreaTraineXpress，KTX)的KTX-RCM，KTX-RCM利用運營維修信息計算機系統(MaintenanceInformationComputerSystem，MICS)提供的數據接口改進傳統RCM維修管理的過程和功能，通過與MICS系統建立聯系，獲得需要的數據進行定量分析，將數學模型引入決策過程，提高維修管理效率和準確性。王慶鋒等[3]擴展傳統RCM維修管理實施過程，提出包含計劃、執行、檢查和反饋4個主要環節的RCM維修管理實施過程。

2鐵路牽引供電系統可靠性運營維修優化研究現狀

2.1鐵路牽引供電系統可靠性分析研究現狀鐵路牽引供電系統可靠性分析可以分為定性和定量可靠性分析2類。定性可靠性分析主要利用故障模式、影響及危害性分析(FailureModeEffectandCriticalityAnalysis，FMECA)、故障樹分析(FaultTreeAnalysis，FTA)、事件樹分析(EventTreeAnalysis，ETA)等方法，已經比較成熟和完善，而鐵路牽引供電系統的RCM分析不只是需要定性可靠性分析，還需要基于部件可靠性分布模型進行定量可靠性分析。牽引供電系統部件可靠性分布模型參數應根據部件試驗數據或現場運行數據，利用統計方法來確定。國外RCM定量可靠性分析主要依據不同類型部件的故障概率數據[4]，其結果來自部件在各種固定環境條件下的試驗數據，沒有考慮部件具體的環境、維護和運行條件，以及零部件制造商、加工精度、材料差異、安裝方式等造成的故障概率差異。陳紹寬[5]在已知部件生產商提供的產品壽命均值和標準差的前提下，根據有限的現場運行數據，應用基于矩估計的分段多項式估計法，建立牽引供電系統主要部件的威布爾分布模型。謝將劍等[6]提出一種基于部件歷史失效統計信息的遺傳算法擬和方法，比較適用于牽引供電系統部件可靠性的建模，主要部件的可靠性模型擬和結果都可以通過K-S和W2檢驗，但由于實測數據年份不足，在數學中屬于小樣本擬和，隔離開關、電流互感器、承力索可靠性的擬和結果不能同時通過K-S和W2檢驗。牽引供電系統可靠性分析方法主要包括可靠性框圖(ReliabilityBlockDiagram，RBD)分析、FMECA、FTA、ETA、貝葉斯網絡模型分析、Markov過程模型分析等方法。在接觸網子系統可靠性分析方面，萬毅等[7]給出一種接觸網子系統的FTA可靠性分析模型；楊媛等[8]根據接觸網子系統中部件的故障概率分布情況，模糊評估接觸網子系統的可靠性；王思華等[9]考慮接觸網子系統可靠性隨時間的變化特征，建立接觸網子系統可靠性Markov模型，系統各部件的壽命分布與維修時間分布均為指數分布。在牽引變電所子系統可靠性分析方面，陳民武[10]用GO法實現了牽引變電所可靠性的定性和定量分析；曾德容等[11]將FMECA和FTA2種方法相結合，通過計算頂事件的失效概率獲得牽引變電所子系統的可靠度。在牽引供電系統整體系統可靠性分析方面，陳紹寬[5]運用FTA法分析牽引供電系統整體的可靠性，提出基于威布爾分布的牽引供電系統可靠性模型；謝將劍等[6]利用遺傳算法擬合出各部件及子系統的可靠性模型，然后借助FTA法得出接觸網和變電所子系統的可靠性模型，并且將2個子系統的可靠度直接相乘，得到整個串聯牽引供電系統的可靠性模型。

2.2基于RCM的牽引供電系統運營維修管理優化研究現狀RCM運營維修管理優化可靠性目標通常指通過可靠性分析得到的系統整體及各子系統需要滿足的可靠性指標[12]。系統可靠性Rs(Ri)可以根據RBD等方法，用系統與部件間可靠性關系公式計算出來。類似的研究還有Benders分解法以成本最小為目標函數，系統整體可靠性目標放在約束條件體現[13]。在鐵路牽引供電系統的應用研究方面，關金發等[14]利用FMECA對接觸網子系統進行定性的可靠性分析，根據RCM決策流程給出一個完整的接觸網子系統RCM運營維修管理策略，但該方法基于定性的可靠性分析，沒有結合可靠性數學模型，無法確定基于時間的預防維修的合理維修間隔；ChiYL等[15]提出基于隨機壽命模型的牽引供電系統運營維修計劃分析通用軟件工具，可以定量地分析牽引供電系統的失效風險和費用，以幫助確定合理的運營維修計劃；商奇志[16]提出以RCM為指導的接觸網子系統部件運營維修管理策略，分析牽引供電系統主要部件的可靠性，設計相應的維修方案數學模型，并用動態規劃方法優化維修計劃；盧西偉[17]運用RCM理論，假設牽引供電系統部件可靠性模型已知，根據檢修模型動態制定系統維修模式，優化牽引供電系統維修計劃。

2.3存在問題及原因已有的RCM相關研究成果已經逐漸成熟與完善，但RCM理論方法與鐵路牽引供電系統實際運營維修管理運用相結合還存在困難，主要原因如下。（1）基于功能的傳統RCM在鐵路牽引供電系統運營維修管理實施過程中進行實際應用的可行性面臨著巨大挑戰。①傳統RCM維修管理實施過程中并非每個步驟都適用于鐵路供電工區運營維修的實際情況，有些分析步驟的執行需要投入大量的時間和人力資源，導致難以進行實際應用。②傳統RCM維修管理實施過程中沒有考慮鐵路牽引供電維修管理部門所特有的天窗運營維修制度等鐵路行業管理特征[18]，也不能綜合體現故障帶來的環境、安全、運營損失、維修成本等影響。③RCM評估結果報告缺乏動態反饋和調整機制，導致鐵路供電運營維修管理部門和執行單位很難持續貫徹執行RCM輸出的維修計劃，不能充分體現RCM的實際應用成果。（2）難以獲得不同安裝工藝和不同環境下運行的部件可靠性模型。國外RCM分析只針對部件種類，同類部件的可靠性模型幾乎相同。牽引供電系統部件難以精確給出考慮環境影響的部件可靠性模型，即使是相同材質和懸掛方式的接觸線，其可靠性分布模型也可能并不相同。牽引供電系統部件可靠性擬合方法需要對部件的使用情況、故障情況進行詳細的跟蹤記錄，得出相關數學模型。由于牽引供電系統部件壽命通常在15～20年，甚至更長，鐵路牽引供電系統投入運行年限不足，缺乏有效的分類存儲設備，導致各種部件的失效數據難以獲得，而且實測數據中包含維修效果，與純粹意義上的壽命模型出現偏差，從而限制RCM理論的實際應用。（3）缺少有效描述部件在非完備維修條件下老化過程的概率模型。如果沒有維修，隨著時間增加，部件會按照固有規律老化，最終失去功能。不同于部件更換，日常維修不能使牽引供電系統部件修復如新，每次維修后部件的故障率都會發生改變，屬于非完備維修[19]。ParkGP等[20]用擴展的Markov鏈描述部件在非完備維修條件下維修過后設備的老化過程。Markov隨機過程模型可以描述可修復部件的可靠性，但要求部件故障函數和修復函數服從指數分布，而實際上牽引供電系統中部件的故障函數并不完全服從指數分布。（4）目前的牽引供電系統整體可靠性分析方法還不能完全滿足RCM運營維修管理決策的要求。FMECA和FTA雖然可以引入定量參數，但更適用于牽引供電系統的定性可靠性分析，不能滿足RCM運營維修管理決策量化數據輸入需求。傳統的利用部件可靠性分布函數推導系統可靠性模型的研究對象主要針對相對比較規則的系統，如串并聯、并串聯系統和k-out-of-n系統。當將以上方法應用于具有復雜結構的鐵路牽引供電系統時，很難獲得牽引供電系統中各子系統之間的可靠性關系[9]，獲得牽引供電系統整體可靠性分布模型更加困難。（5）組成鐵路牽引供電系統的各部件都擁有各自不同的生命周期。由于所處環境不同，即使是相同部件的生命周期都有可能存在差異，因而在實際運營維修管理實施過程中僅僅采用一個基于單部件的運營維修管理策略比較困難，但很多研究都只考慮生成單部件運營維修計劃，無法滿足包含多個部件的鐵路牽引供電系統實際運營維護工作的需求，還有待進一步完善。

3研究建議

為了真正實現在鐵路牽引供電系統中引入基于RCM的運營維修管理策略，應加強一些理論與方法的研究，在改進RCM維修管理實施過程、建立鐵路牽引供電系統的定量可靠性分析模型和基于狀態的多部件成組運營維修管理策略優化方法方面開展研究。（1）改進RCM維修管理實施過程以提高其在鐵路牽引供電系統的適應性和實用性。進一步研究如何在保持RCM基本原則基礎上，改進RCM維修管理實施過程，以信息化系統為基礎[21]，適應鐵路牽引供電系統部件類型、結構、運行和運營維修管理方式等特點，提高鐵路牽引供電系統運營維修決策水平。擴展的RCM維修管理實施過程應增加部件環境完整性和定量化風險因素，同時考慮增加部件管理因素修正因子和個別部件修正因子。其中，部件管理因素修正因子應考慮修程修制、維修工作流程、績效考核制度等RCM維修管理制度因素，特別考慮高速鐵路夜間天窗內的運營維修管理特點[22]。個別部件修正因子應考慮部件復雜性、壽命、振動、生產連續性、結垢、腐蝕等因素。（2）研究適合描述鐵路牽引供電系統的定量可靠性分析模型。牽引供電系統是一個復雜的大系統，研究適合的可靠性模型應考慮安裝方式、工作環境、電氣和機械損耗等差異。在無法獲得足夠牽引供電系統部件運行數據的情況下，應通過研究基于統計理論的有限樣本數據挖掘等相關技術，增加無失效數據估計方法的精確性。當獲得牽引供電系統部件的長期運行數據后，應對其可靠性分布模型進行驗證、修正和優化。在獲得準確的牽引供電系統部件可靠性分布模型后，應進一步研究適用于鐵路牽引供電系統復雜性的可靠性分布模型建立方法，用以精確計算牽引供電系統的整體可靠性，使RCM決策成為鐵路牽引供電系統需要的整體精確定量可靠性模型。（3）研究基于狀態的鐵路牽引供電系統多部件成組運營維修管理策略優化模型。牽引供電系統運營維修應用成組運營維修管理策略可以將牽引變電所和接觸網2個相對獨立的子系統看作不同組，將接觸網供電子系統中供電分區看作是一個成組維修的單位，當同一供電分區的某個部件發生故障時，該供電分區內其他有需要的部件也可以借機安排巡檢和養護等維修活動。研究基于狀態的多部件成組運營維修管理策略數學模型，應充分考慮鐵路牽引供電系統中所有部件的不同情況和相互影響，考慮非完備維修對牽引供電系統中各部件的可靠性影響，同時需要研究綜合描述多部件系統壽命變化情況的方法。

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作者：張巖 朱克非 鄭平標 戴鈺桀 單位：中國鐵道科學研究院 運輸及經濟研究所 中國鐵道科學研究院 鐵道技術研修學院