轨道交通装备的维修性要求及指标简析

轨道交通装备维修性要求一般包括维修性定性要求和维修性定量要求。维修性定性要求是维修性定量要求的必要条件，是通过定量指标来衡量的，而定量指标又是在定性要求的约束下实现的。

1.轨道交通装备维修性定性要求

轨道交通装备维修性定性要求是维修简便、迅速、经济的具体化。定性要求有两个方面的作用：一是实现定量指标的技术途径和措施，按照这些要求去设计以实现定量指标；二是定量指标的补充，即有些无法用定量指标反映出来的要求，只好定性描述。轨道交通装备维修性定性要求的内容如下：

（1）具有良好的可达性 轨道交通装备的可达性是指在维修时接近维修部位的难易程度。可达性好，能够迅速方便地达到维修的部位并能够操作自如。通俗地说，也就是维修部位应该看得见、摸得着，不需要拆装或拆装简便。

显然，良好的可达性，能够提高维修的效率，减少差错，降低维修工时和费用。要实现良好的可达性主要措施有两个方面：一是合理的设置各部件的位置，并要有适当的维修操作空间，包括工具的使用空间；二是要便于观察、检测和修理。

（2）提高标准化和互换性程度 标准化的主要形式是系列化、通用化、模块化。互换性包括功能互换性和尺寸互换性。只有同时具备尺寸互换性和功能互换性的单元，才能做到完全互换和替代。提高标准化和互换性程度有利于产品设计与制造，有利于零部件的供应、储备和调剂，从而使产品的维修更为简便，能显著减少备品备件的品种和数量，简化保障条件，降低对维修人员技术水平的要求，缩短维修工时，因此也是维修性的重要要求。

系列化是指对同类产品通过分析、研究，将主要参数做出合理规划与安排，对其形式和结构进行规定和统一。开展轨道交通装备系列化工作，就是在客运快速、货运重载的总体目标下，一方面对现有品种进行压缩，另一方面开发新的品种、规格，形成品种齐全、数量适宜、结构和功能优化的轨道交通装备体系。

通用化是以互换性为前提的，通用化是指同类型或不同类型的产品中，部分零部件相同，彼此可以通用。通用化的实质，就是零部件在不同产品上的互换。通用化单元的通用性越强，应用范围越广，则其意义越大，效果越好。

模块化设计是轨道交通装备实现部件互换通用、快速更换修理的有效途径。模块化是采用分解和组合的原理，将一类产品的功能进行分解，形成通用的、具有相对独立功能的模块系统，然后利用模块和其他部分组合成所需要的新产品，以达到缩短研制周期、降低成本、提高质量和可靠性、简化维修和后勤保障的目的。

（3）具有完善的防差错和识别标记 产品在维修中，常常会发生漏装、装错或装反等操作差错，轻则延误时间，影响使用；重则危及安全。著名的墨菲定律（Murphy′s Law）指出：“如果某一事件存在着搞错的可能性，就肯定会有人搞错。”因此轨道交通装备设计中应采取措施防止维修差错，使维修作业不可能发生差错，或采取容错技术，使某些安装差错不至于造成严重的事故。

除设计上采取措施防差错外，设置识别标记，也是防差错的辅助手段。识别标记，就是在维修的零部件、备品备件、专用工具、测试器材等上面做出识别记号，以便于区别辨认，防止混乱，避免因差错而发生事故，同时也可以提高工效。

（4）保证维修安全 维修安全是指维修活动中能避免维修人员伤亡或产品损坏的一种设计特性。维修中所说的安全是指维修活动的安全。在设计轨道交通装备时，不但要确保使用安全，而且应根据同类或相似产品的维修经验，利用事件树分析（ETA）等技术手段进行分析，从根本上防止储存、运输和维修时的事故及对环境的危害，保证产品在故障状态或分解状态进行维修是安全的。设计时还应确保维修人员在维修作业时不会引起电击、机械损伤、有害气体及辐射等伤害，在可能发生危险的部位上，应提供醒目的标记、警告灯、声响警告等辅助预防手段。

（5）测试准确、迅速、简便 测试是产品使用与维修过程中的一项重要活动，测试是否准确、迅速、简便，对维修性有重大影响。轨道交通装备设计时要统筹安排传感器的布置，精心选择检测设备和检测方式。随着轨道交通的发展，为了保障产品能安全可靠地工作，缩短维修时间，轨道交通装备越来越重视其测试性，加强了产品的性能监测能力和故障隔离能力。例如，高速列车的车载诊断系统，可以实时监测列车的健康状况，显示和存储故障信息。能够实现故障告警，故障定位、隔离等功能，大大提高了产品的维修性，保障了轨道交通的运营秩序，缩短了维修时间，降低了产品的全寿命周期成本。

（6）重视贵重件的可修复性 可修复性（Repairability）是当产品的零部件磨损、变形、耗损或其他形式的失效后，可以对原件进行修复，使之恢复原有功能的特性。由于贵重件价格昂贵，所占成本比例大，加工复杂，周期长等特点，贵重件的修复，不仅可以节省维修资源和费用，而且对提高产品的可用性有着重要的作用。因此，在轨道交通装备的设计中要格外重视贵重件的可修复性。为使贵重件便于修复，应使其可调、可拆、可焊。

（7）减少维修内容和降低维修技能要求 尽可能将轨道交通装备零部件设计成不需要或很少需要维修的结构，避免经常拆卸和维修，减少维修工作量和维修频率。结构外形应尽可能简单，便于换修。同时还要采取措施，预防和控制锈蚀、霉烂和磨损，以适应不同的使用环境。

（8）符合维修的人素工程要求 维修的人素工程是研究维修中如何达到与机器有效的结合及对环境的适应和人的因素（体力、感观力、耐受力、心理、生理、人体尺寸等）与机器之间的关系。设计时要考虑如何提高维修工作效率、质量和减轻人员疲劳等方面的问题；提供适当的操作空间，使维修人员有一个比较合理的维修姿态；噪声、振动不应超过规定标准，维修人员工作负荷、难度要适当，以保证有持续工作的能力和维修效率。

2.轨道交通装备维修性定量要求

对于轨道交通装备的维修性来说，仅有定性要求是不够的，还必须将其定量化，以便进行计算、验证和评估，并能与其他质量特性进行权衡。描述维修性的量称为维修性参数，而对维修性参数要求的量值称为维修性指标，是对维修性优劣的度量。维修性指标直接度量产品维修性的水平，使维修性目标具体化，主要反映在产品由故障状态恢复到正常状态的维修时间上。通过维修性建模、分配、预计等工作，把维修性指标结合到产品设计中，通过试验验证考核设计是否达到指标要求。

（1）轨道交通维修性参数 在欧洲标准EN CLC/TR50126-3-2008中，列出了适合于轨道交通的维修性参数，见表3-52。

表3-52 轨道交通维修性参数

（2）轨道交通装备维修性参数 轨道交通装备选择维修性参数的主要原则有：产品的使用要求和结构特点是选择维修参数的首要因素；维修性参数选择要与后勤保障方案相结合；维修参数的选择应与其他质量特性和约束条件综合权衡；选择维修性参数时必须同时考虑参数的考核和验证。维修性参数很多，如维修度M（t）、平均修复时间MTTR、最大修复时间MTTR_max、维修费用等，这里不一一列举，只将轨道交通装备最常用的平均修复时间MTTR简述如下：

平均修复时间MTTR是排除故障所需实际修复时间的平均值，即产品修复一次平均需要的时间。其度量方法为：在一给定期间内，修复时间的总和与修复次数N之比，即

当产品由n个可修复项目（子系统、组件或零部件等）组成时，则平均修复时间为

式中 λ_i——第i项目的故障率；

MTTR_i——第i项目的平均修复时间。(https://www.xing528.com)

对于分布形式已知的修复时间，其平均值就是数学期望，比如，指数分布，MTTR=1/μ；对数正态分布，MTTR=e^θ+21σ²。

应当注意的是：

1）MTTR所考虑的只是实际修理的时间，包括：准备时间、故障检测诊断时间、拆卸时间、修复（更换）失效部分的时间、重装时间、调校时间、检验时间、清理和起动时间等，但不包括由于行政管理和后勤供应等原因所延误的时间。

2）不同的维修级别（或不同的维修条件），同一产品也会有不同的平均修复时间。在提出平均修复时间的指标值时，应指明其维修级别（或维修条件）。

（3）轨道交通装备维修性指标的确定 在轨道交通装备设计时，就要维修性指标进行预测，并要采取保证措施。在轨道交通装备投入运营后，还要通过维修性试验来验证是否达到了预测的维修性指标。

确定维修性指标通常要依据下列要素：

1）使用需求是确定指标的主要依据。维修性不只是维修部门的需要，而且是运营使用的需要。应根据运营商对轨道交通装备可用度的需求，来论证和确定允许的维修停机时间。可用度是把维修性和可靠性综合考虑在一起，是一个综合性的指标。

式中 U——产品的可用时间；

D——产品的不可用时间。

可用时间U反映产品的可靠性，不可用时间D表征维修性。提高可靠性和可维修性即增加U和减低D，可以使A提高。

①固有可用度。在规定的条件下使用，不考虑行政管理和后勤供应延误时间以及预防性维修时间的可用度。在这种情况下，装备的不可用时间就仅仅是排除故障维修时间，可用时间就是故障间隔时间。在计算可用度A_i时，都用均值。故A_i可用下式表示：

式中 MTBF——平均故障间隔时间；

MTTR——平均修复时间。

②可达可用度。在规定条件下使用，不考虑行政管理和后勤供应延误时间，但要考虑预防性维修和排除故障维修的可用度。所以，可用时间是维修间隔时间，不可用时间是维修时间。同样都用均值计算，可达可用度A_a可表示为：

式中 MTBM——平均维修间隔时间；——由于排除故障维修和预防性维修引起的平均维修时间。

③使用可用度。在规定条件下使用，考虑维修、行政管理和后勤供应延误时间的可用度。在此种情况下，不可用时间是维修、行政管理和后勤供应延误时间之和，即总的平均停用时间M_DT，则

式中 M_DT——M+平均行政管理时间+平均后勤支援时间；

RT——平均待机时间（Ready Time）。

2）确定指标应参考国内外现役同类产品的维修性水平。详细了解现役同类产品维修性已经达到的实际水平，是对新研产品确定维修性指标的起点。新研产品一般来说维修性指标应优于同类现役产品的水平。

3）预期采用的技术可能使产品达到的维修性水平是确定指标的又一重要依据。采用现役产品成熟的维修性设计能保证达到现役产品的水平。针对现役同类产品的维修性缺陷进行改进就可能达到比现役产品更高的水平。

4）现行的维修保障体制，维修职责分工，各级维修时间的限制，是确定指标的重要因素。轨道交通装备的维修保障体制是从保障运营需要建立的，一般情况下维修性指标应反映现行运营秩序的要求，适应现行管理体制，以免增加运营管理的额外负担。

5）维修性指标的确定应与可靠性、全寿命周期成本（LCC）、研制进度等多种因素进行综合权衡，尤其是可靠性与维修性关系十分密切，在确定维修性指标时往往通过满足运营需求的可用度同可靠度进行权衡。