轨道车辆RCM分析技术与系统研究

关键词：轨道车辆；修程优化；RCM系统；可靠性分析

中图分类号：TH17; U279.3+23 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）25-0097-04

0 引言

RCM分析方法以可靠性为中心开展维修分析，在轨道车辆研制过程中，通常采用RCM确定车辆预防性维修需求、优化维修策略[1]。通过对系统进行功能与故障分析，明确系统故障发生的后果，用规范的逻辑决断方法，确定各类故障后果的预防性对策[2]，通过现场故障统计、专家评估和定量化建模等手段，在保证安全性和可用性的前提下，以维修停机损失量最小为目标，优化系统的维修策略[3]。

深化轨道车辆检修技术体系建设，推进RCM分析在轨道车辆检修规程开发及优化上的推广应用，搭建适用的RCM分析与管理平台，真正实现RCM分析在轨道车辆检修规程开发及优化上的应用落地，本文研究了一种轨道车辆全寿命周期RCM分析系统，加强全寿命可靠性经济性分析能力。

1 关键技术研究

为实现轨道车辆检修规程优化的目标，首先考虑车辆运行环境、车辆规模、服役年限等因素，选取一定规模的车辆作为样本，收集车辆运维数据，包括潜在故障与真实故障，其中潜在故障按照“检修目的相关性”与“故障影响重要性”进行数据分类，制定检修规程的优化策略[4]；其次，基于制定的优化策略，分别对潜在故障进行数据分析，依据趋势分析与统计分析结果，增加或删除检修任务，通过假设检验与详细分析延长或缩短检修间隔，并考虑故障的风险，基于可靠性统计分析，采集车辆的服务可靠性数据，监控检修规程实施前后车辆服役可靠性变化，完善检修规程[5]。

针对RCM系统分析，主要内容包括对系统部件进行MSI确认和RCM分析流程，包括基本信息维护、可靠性数据维护、系统分析、检查任务以及RCM转移等功能。RCM分析与管理平台在设计之初，就确定了MSI判别的功能。将安全、秩序、法规、使用及故障是否隐蔽作为MSI选择的依据或原则，考虑到车辆实际情况，经济性不作为MSI选择的考虑因素。这样就可以针对影响安全、秩序的关键系统及设备筛选出来，更加有针对性。

MSI判别问题具体内容如下：

（1） 故障对正常履职的操作人员（司机、乘务员、机械师）来说是否无法发现或不易察觉的。

（2） 故障是否会影响安全、秩序、法规。

（3） 故障是否会影响使用。

根据以上问题，实现MSI筛选的功能。针对MSI 选择问题，有一个回答为“是”则为MSI，所有问题回答均为“否”，则非MSI。因通常将产品分解的最高可管理层作为MSI。最终输出对应的MSI 清单，以作为FMEA和后续系统RCM分析的对象清单，也就是最高可管理层清单。

在确定系统RCM分析对象之后，即可通过RCM 分析与管理平台开展FMEA、故障影响及故障原因分析工作。故障影响及故障原因分析遵循MSG-3标准的RCM逻辑决断图，RCM逻辑决断如图1所示。

2 平台架构设计

2.1 RCM 分析系统架构

本文RCM系统架构基于SAAS—PAAS—IAAS的设计方式，采用企业级SOA的架构框架，利用分层模型，在持久层、数据层、逻辑层、应用层、表现层上实现技术落地。采用Spring Cloud、Spring Boot、Zoo⁃keeper、Dubbo、VUE、Python等主流应用技术，预留和外围系统的对接的扩展性。同时，自身的分层架构也为自身的系统提供了扩展性以及治理的便捷性，更好地支持分布式应用服务，最终形成了图2 所示的技术架构。

系统架构进行设计时遵循以下原则：

（1） 全面解耦原则；（2） 服务化/组件化原则；（3） 接口隔离及服务自治原则；（4） 弹性伸缩原则；（5） 安全可靠原则；（6） 用户体验和自动化运维原则。

基于以上原则确定了如图3所示的架构设计图。

在对拓扑架构进行设计时，本着简洁、高效的原则，从用户使用开始到系统反馈送达，尽可能缩短信息、数据的链路，提高用户体验。在前后端交互的节点上，采用Nginx的应用服务，提供负载均衡、水平扩展和安全过滤等系统扩展性、鲁棒性的支持。后端的应用集群的统一入口由Java应用来提供支持，采用微服务的部署方式，提高程序的使用效率。在核心计算服务上使用Python作为服务节点，提高计算效率，服务之间采用单向异步的交互形式，避免计算阻塞引起的系统性风险。同时各级服务的交互中，采用Java的权限微服务进行安全性保障。业务数据库的对接也由Java来完成对接，提高数据安全性，灵活应用多种数据存储引擎，为不同场景提供更好的支持和服务。

3 系统部署与模块功能

3.1 系统部署方案

部署过程涉及“软件包”“IT环境”以及“部署流程”这三个主要要件。对于这三个主要要件定义相关的部署规范，以便让一个部署过程标准化、自动化并且可复制可预期。因此，基于DevOps的理念，部署规范的主要内容如下：

软件包规范：形成软件包（也称部署包）作为部署系统的输入，对其规范是整个部署过程规范化的前提。一般来说，软件包的内容需要包含包内内容项以及其目录组织方式，该标准需要保障输入的软件包内容完整，意义明确，相对独立。

IT环境规范：IT环境是最终提供服务的载体，同时作为软件包部署的基础。在一个软件研发流程中常常会涉及不同类型的环境（如开发环境、测试环境、生产环境等）。IT环境规范需要定义软件研发流程中的环境类型，每个环境包括的实体等。另外，定义好不同环境之间的升级和回滚标准也是非常重要的一步。

部署流程规范：定义一个软件包在一个软件环境里面安装部署的流程规范。由于一次部署可能会在一个环境的多个节点上部署，所以部署流程规范需要保证一个软件包在一个环境节点上的完整部署流程，如图4所示。

3.2 系统功能模块

系统RCM分析模块基于RCM分析流程开发，包含维修重要项目（MSI） 选择、MSI分析、数据处理、数据分析、间隔决策功能。模块界面如图5所示。

系统可实现部件（LRU） 及其可靠性数据的创建、录入和管理功能，“部件编号”“部件名称”“供应商”等信息可通过人工选择或自动填充，已实现“相似车型”“MTBUR（非计划拆卸的平均时间）/MTBF/MDBF/MDBUR”（包括预计值与统计值）“带故障运行”等属性信息的录入与修改。

MSI 功能故障分析时，可将典型车型RCM 分析试运行文件作为样例或数据直接导入或录入，供RCM 分析人员参考或调用。功能故障分析如图7所示。

系统具备MSI故障影响分析逻辑及功能，故障影响分析如图8所示。

4 结束语

通过本文研究，分析了轨道交通RCM 分析中MSI 选择与RCM 逻辑决策流程，建立了适用于国内轨道车辆检修规程分析的RCM 分析系统技术架构，基于可靠性数据分析、系统功能故障分析、故障影响分析等模块开发，搭建了可动态扩展、可实现快速响应需求的轨道车辆RCM 分析平台，可以有效支撑轨道车辆检修规程制定及修程优化。