地鐵車輛壽命周期維修成本分析方法研究

1、地鐵車輛壽命周期維修本錢分析方法研究摘要：壽命周期本錢LCC是L壽命周期產品本錢分析最有效的方法之一，在地鐵車輛的采辦環(huán)節(jié)以實現(xiàn)壽命周期費用最低為目的決斷，可提升投資質量和運營效率。文章在分析壽命周期本錢標準、模型以及RAMS數(shù)據(jù)的根底上，提出用于計算地鐵車輛壽命周期維修本錢的方法，并以制動系統(tǒng)典型部件為例進展驗證。關鍵詞：地鐵車輛；壽命周期本錢；維修本錢；RAMS；制動系統(tǒng) 文獻標識碼：A中圖分類號：F234 文章編號：1009-2374202102-0100-03 DOI：10.13535/j ki.11-4406/n.2021.02.0471 概述壽命周期本錢Life Cycle Cos

2、t，LCC是產品概念設計、系統(tǒng)開發(fā)、消費制造、使用維護和報廢處置的所有本錢之和。這一概念起源于瑞典軌道交通行業(yè)，由于軌道交通工程系統(tǒng)組成復雜，使用周期超長、維修活動繁多，相關本錢高昂，所以需要一種可行的方法對工程經濟性進展預先評價，壽命周期本錢分析包括了以壽命周期本錢為設計參數(shù)、對工程方案進展系統(tǒng)分析的過程和活動，通過在工程施行過程中迭代分析，可以輔助決策者從各可行方案中挑選出費效比最高的方案。對于地鐵車輛而言，壽命周期本錢分析最重要的問題是計算車輛全壽命周期的維護本錢。本文通過對相關標準中計算壽命周期本錢的維護本錢所需的維修數(shù)據(jù)要求進展分析，提出地鐵車輛研制過程RAMS分析中修復性維修和預防

3、性維修的數(shù)據(jù)要求，給出維修本錢計算方法，并對制動系統(tǒng)典型部件的維護本錢進展預測。2 軌道交通壽命周期本錢標準與模型2.1 IEC 60300-3-3 LCC模型1996年國際電工委員會IEC發(fā)布了壽命周期本錢分析的國際標準IEC60300-3-3，并于2004年7月發(fā)布修訂版。該標準建議將產品的壽命周期劃分為概念與定義、設計與開發(fā)、制造、部署、使用與維護以及報廢處置六個階段，可以通過計算每個階段產生的本錢并求和得到產品的壽命周期本錢。IEC60300-3-3將產品的壽命周期本錢分為采辦本錢、擁有本錢和處置本錢。較之擁有本錢，購置本錢由于其可見性很容易評估。處置本錢重要與否那么因行業(yè)而異，在軌道

4、交通行業(yè)，處置本錢通常忽略不計。LCC=C采辦+C擁有+C處置2.2 UNILIFE LCC模型歐洲鐵路行業(yè)協(xié)會UNIFE的LCC模型同樣將壽命周期本錢劃分為采辦、擁有和處置三項本錢。由于它是面向運營商的壽命周期本錢計算模型，因此其更強調的是投資、運營和壽命保障本錢。處置本錢在此也沒有被納入考慮。LCC=C投資+C運營+C壽命保障2.3 壽命周期本錢分析過程壽命周期本錢分析包括問題描繪、本錢定義、系統(tǒng)建模、數(shù)據(jù)搜集、剖面開發(fā)和結果評價六個環(huán)節(jié)。分析活動從對所關注問題的描繪開始，整個工作的復雜性主要取決于所關注問題的目的與范圍，特別是其范圍涵蓋了與可靠性、可用性、維修性和平安性RAMS等相關的產

5、品特性。在進展本錢定義時，對于反映各單項本錢的本錢元素應當根據(jù)產品的使用需求與維修策略從全壽命周期的角度系統(tǒng)地分類定義，防止漏掉重要的本錢元素。建立本錢分解構造是一種系統(tǒng)地識別本錢元素的簡潔有效的方法。本錢分解構造是在產品的壽命周期各個階段基于產品分解構造或工作分解構造所產生的費用分解。而產品分解構造或工作分解構造那么是一個更為詳細的產品硬件、維修效勞和相關數(shù)據(jù)的分解。在定義好本錢元素之后，需要開展系統(tǒng)建模工作，對本錢元素之間、本錢元素與產品分解構造/工作分解構造之間的關系進展建模。在確定各元素之間的關系時，需要從產品的可靠性、可用性、維修性、平安性、使用需求和維修策略等角度入手，根據(jù)產品使用

6、與維修過程中對應的RAMS參數(shù)，建立本錢模型。由于軌道交通工程周期普遍較長，在開展壽命周期本錢分析時，還需要建立壽命本錢剖面，考慮通膨、利率、匯率和稅率等因素的影響。通過將這些因素納入考慮，在進展結果評價時，可以將每個設計方案的最終本錢置于一個公共的根底或參考點上進展比照。分析所需要的數(shù)據(jù)可以通過分析、統(tǒng)計、本錢報告、歷史數(shù)據(jù)、合同和供應商報價單等方式獲取。當無法獲得實際數(shù)據(jù)時，可以根據(jù)工程工程經歷去預計并在后續(xù)工作中予以修正。在結果評價環(huán)節(jié)，通過開展敏感性分析，確定壽命周期本錢的本錢動因，尋找導致高本錢的產品或工作工程，從而支持備選方案的開發(fā)。同樣這里還應該繼續(xù)考慮輸入數(shù)據(jù)的不確定性。在工程

7、施行過程中，初始方案構成一個基線系統(tǒng)，通過壽命周期本錢分析的迭代，逐步識別高本錢動因，變更相關產品與效勞狀態(tài)，直至最終得到理想的工程方案。3 地鐵車輛維修數(shù)據(jù)模板當前，地鐵車輛兼具故障修、定期修和狀態(tài)修三種類型的維修策略，各類維修缺乏統(tǒng)一規(guī)劃與系統(tǒng)管理，因此對維修本錢的預計是地鐵車輛壽命周期本錢分析的核心問題。雖然地鐵車輛各種維修策略針對對象和觸發(fā)時機各不一樣，但總體上仍可分為修復性維修CMCorrective Maintenance和預防性維修PMPreventive Maintenance。在地鐵車輛研制過程中，需要開展包括故障形式影響分析FMEA和以可靠性為中心的維修分析RCM等可靠性維

8、修性分析工作，支持維修大綱的生成和維修資源的規(guī)劃，并可進一步用于壽命周期維修本錢的預計。通過分析60300-3-3標準與UNILIFE LCC模型關于維修本錢的數(shù)據(jù)要求，對FMEA和RCM分析結果的數(shù)據(jù)項進展整理，可以構建地鐵車輛的維修本錢分析模板。地鐵車輛產品組成層級可劃分至現(xiàn)場可更換單元LRU含現(xiàn)場可報廢單元DU和車間可更換單元SRU含車間可報廢單元DP，分別適用于運營商與制造商開展的維修工作。當計算地鐵車輛壽命周期維修本錢時，應將制造商維修的SRU納入考慮再填寫如表1所示的產品組成信息。 表中：IID，部件標識；PMID，預防性維修工作工程標識；DESCR，PM工作工程描繪；PMTYPE

9、，PM類型，包括基于日歷時間C和基于使用時間O；MTBM，PM間隔，分別對應C與O類型活動間隔的日歷時間與使用時間。每一項部件的維修工作工程都會導致一個或一系列的維修活動。例如，某一SRU故障時，首先需要從系統(tǒng)中拆卸并更換包含該SRU的LRU系統(tǒng)級CM，然后從LRU中拆卸并更換有故障的SRULRU級CM，最后需要對該SRU進展修理SRU級CM。再例如，當某一LRU進展周檢修時，首先需要從系統(tǒng)中拆卸并更換該LRU系統(tǒng)級PM，然后對拆下的LRU進展維護LRU級PM。維修活動的最后一項任務總是核心任務，該任務是由故障觸發(fā)或是預防性維修工作工程的目的。因此，部件的維修工作工程可以以表4的方式識別：表中

10、：IID，部件標識；MTID，維修工作工程標識；MTMH，完成維修工作工程所需的平均人工時；TAT，維修周轉時間維修工作工程從提出到完成預計的日歷小時數(shù)。除上述信息外，計算地鐵車輛壽命周期維修本錢時，還需單獨定義相關的全局性變量，包括人力本錢單價PMH、車隊數(shù)量N、年均使用時間TMPY、預期壽命LC，必要時還需設定利率IRATE等用于現(xiàn)金流折現(xiàn)。4 地鐵車輛壽命周期維修本錢計算模型在上述維修數(shù)據(jù)模板的根底上，根據(jù)對地鐵車輛實際維修數(shù)據(jù)的分析，可以確定壽命周期維修本錢分為運營商維修本錢和制造商維修本錢，其中運營商維修本錢主要是指由運營商承擔的以更換LRU和DU的方式進展的對整車及系統(tǒng)的維修活動本

11、錢，包括車輛的日常檢修和質保期外的維修活動；制造商維修本錢主要是指由制造商承擔的以更換SRU和DP以及直接修理的方式進展的對LRU的維修活動本錢，通常包括車輛的高級修和質保期內的維修活動。維修本錢分解構造的本錢元素包括人力本錢、備件本錢、耗材本錢和維修設備本錢等。其中耗材本錢可視為備件本錢的一部分，維修設備本錢可計入初始采辦本錢，因此維修本錢的主要本錢元素有人力本錢和備件本錢。對于修復性維修，其人力本錢與備件本錢計算方法分別如下：修復性維修人力本錢CMHCM=N*IQTY*FRT*TMPY*LC*FRACOP*MTMH*PMHOP+FRACMA*MTMH*PMHMA其中，F(xiàn)RACOP與FRAC

12、MA分別代表由運營商與制造商承擔的維修工作工程比例，兩者之和等于1。修復性維修備件本錢CICM=N*IQTY*FRT*TMPY*LC*IPRICE對于預防性維修，其人力本錢與備件本錢計算方法分別如下：預防性維修人力本錢CMHPM=N*QTY*TMPY或8760*LC/MTBM*MTMH*PMHOP+TAT*PMHMA其中，當預防性維修工作工程是基于日歷時間時，上式取8760，為一年的日歷小時數(shù)，否那么為TMPY。預防性維修備件本錢CIPM=N*IQTY*TMPY或8760*LC/MTBM*IPRICE地F車輛的壽命周期維修本錢CM=CMHCM+CICM+CMHPM+CIPM5 制動系統(tǒng)壽命周期

13、維修本錢分析例如某型地鐵車輛采購數(shù)量為50列，方案使用壽命30年，日行駛時間6小時，運營商與制造商的人力本錢單價均為100元/小時，質保期1年。制動系統(tǒng)裝車數(shù)為2套，其組成和維修相關數(shù)據(jù)簡化如表5至表8所示。利用上述數(shù)據(jù)計算制動系統(tǒng)壽命周期維修本錢如表9所示：制動系統(tǒng)按組成部件統(tǒng)計本錢在此不再贅述。6 結語本研究提出了一個地鐵車輛壽命周期維修本錢計算模型與相應的數(shù)據(jù)模板，可用于地鐵車輛的壽命周期維修本錢分析。該模型的準確性依賴于本錢分解構造建模與輸入數(shù)據(jù)的準確性，后續(xù)還將對模型不斷細化與調整，并通過加強RAMS工作逐步進步故障率等輸入數(shù)據(jù)的準確性。參考文獻1 BS EN 60300-3-3：2004 Dependability