面向成本的軌道交通維修過程建模研究.pdf

1、隨著我國軌道交通的快速發(fā)展，其運(yùn)營安全性、可靠性愈加受到重視。軌道交通隨著其運(yùn)營里程及運(yùn)輸量增加而持續(xù)劣化，因此需要采用有效的維修，使其處于良好的運(yùn)營狀態(tài)。維修的必要性及其龐大的成本，使得尋求提升維修效率和優(yōu)化維修經(jīng)濟(jì)性的研究具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而，當(dāng)前軌道交通維修相關(guān)研究主要集中在技術(shù)提升、劣化模型優(yōu)化等方面，而少有基于成本對維修過程開展系統(tǒng)的建模研究。本文的主要研究目的是：探索在保證軌道交通安全、可靠運(yùn)行需求的同時使其維修經(jīng)濟(jì)

2、性達(dá)到最優(yōu)的建模方法，為完善軌道交通維修管理體系提供支持。
　　從成本的視角，本文針對軌道交通維修中的不足，基于動態(tài)數(shù)據(jù)構(gòu)建維修管理框架，進(jìn)一步選取典型維修過程、檢測周期及監(jiān)測技術(shù)投資效益為研究對象，采用Petri網(wǎng)技術(shù)對軌道交通維修過程進(jìn)行建模，提出維修策略的建議，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個軌道交通中安全水平的提高及成本把控。本文的主要研究內(nèi)容包括：
　?。?）軌道交通維修管理框架構(gòu)建。在調(diào)研當(dāng)前維修現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，分析常用的維修方法和當(dāng)前

3、的維修流程，本文提出建立基于動態(tài)數(shù)據(jù)的維修管理框架。在該框架下，維修管理可以實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確地分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前相關(guān)信息，預(yù)測缺陷、故障以及時安排維修行為和平衡維修成本預(yù)算，為進(jìn)一步完善軌道交通維修管理體系提供思路，實(shí)現(xiàn)從事后維修及預(yù)防性維修到預(yù)測性維修的過渡。（2）單態(tài)部件維修過程的Petri網(wǎng)建模。車輪與軌道在運(yùn)行中的持續(xù)摩擦不可避免地造成磨損，在很大程度上影響車輛的運(yùn)行安全。本文選擇車輪作為單態(tài)部件的典型代表，探討

4、了車輪磨損劣化過程及維修行為，通過收集車輪磨損數(shù)據(jù)并獲得車輪磨損規(guī)律來擬合車輪磨損過程，以預(yù)測車輪故障，研究車輪維修過程。本文在建立磨損、鏇修、更換及檢測等模型基礎(chǔ)上構(gòu)建車輪維修過程模型，通過案例分析，應(yīng)用蒙特卡羅方法對車輪在其生命周期內(nèi)的維修過程進(jìn)行仿真，為制定車輪維修策略提供支持。
　?。?）多態(tài)部件維修過程的Petri網(wǎng)建模。鋼軌是軌道交通重要組成部分，一旦發(fā)生故障不但會影響軌道正常運(yùn)行，而且甚至有可能導(dǎo)致重大安全事故。本文

5、選擇鋼軌作為多態(tài)部件的典型代表，探討了幾種比較常見故障模式的劣化過程及維修行為，應(yīng)用威布爾函數(shù)描述鋼軌故障，并采用非線性回歸方法獲得相關(guān)參數(shù)值來擬合鋼軌故障過程，以預(yù)測鋼軌故障，研究鋼軌維修過程及維修成本。本文在建立檢測、潤滑、打磨、事前維修和事后維修等模型基礎(chǔ)上構(gòu)建鋼軌維修過程模型，通過案例分析，應(yīng)用蒙特卡羅方法對鋼軌在其生命周期內(nèi)的維修過程進(jìn)行仿真，為制定鋼軌維修策略提供支持。
　　（4）多態(tài)部件檢測周期的動態(tài)Petri網(wǎng)建模

6、。檢測是保障及時維修的基礎(chǔ)。基于軌道交通可靠性要求，在建模過程中需同時考慮每個檢測間隔的缺陷及故障狀況的客觀需求，本文延伸了 Petri網(wǎng)基礎(chǔ)理論，提出動態(tài) Petri網(wǎng)，以多態(tài)部件檢測為研究對象進(jìn)行建模，并通過算例仿真驗(yàn)證所建立模型的可行性，在滿足可靠性前提下獲得成本最優(yōu)的動態(tài)檢測周期方案。
　?。?）多態(tài)部件監(jiān)測效益的Petri網(wǎng)建模。軌道交通的生命周期很長，后期出現(xiàn)的新技術(shù)可能在很大程度上提升維修效率。鑒于實(shí)時監(jiān)測技術(shù)在軌道

7、交通中發(fā)揮越來越重要的作用，本文以軸承的實(shí)時監(jiān)測技術(shù)投資為案例，建立應(yīng)用實(shí)時監(jiān)測技術(shù)的Petri網(wǎng)模型，通過比較投資前后的全生命周期成本，分析技術(shù)升級項(xiàng)目的成本效益。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn)：
　?。?）建立了面向成本的維修過程Petri網(wǎng)模型。目前基于成本的軌道交通維修過程建模非常有限，本文采用Petri網(wǎng)及其延伸，收集、分析上海軌道交通維修中的相關(guān)數(shù)據(jù)，提出了基于成本的軌道交通維修過程 Petri網(wǎng)模型，并將蒙

8、特卡羅仿真應(yīng)用到模型中，分析維修成本中的不確定性，適合于對復(fù)雜的維修過程開展建模仿真。
　　（2）提出了針對軌道交通維修特性的動態(tài)Petri網(wǎng)方法。在Petri網(wǎng)理論基礎(chǔ)上，針對軌道交通需要滿足可靠性運(yùn)行的特征，對 Petri網(wǎng)進(jìn)行延伸，推進(jìn) Petri網(wǎng)理論在軌道交通維修過程建模中的實(shí)際應(yīng)用。
　?。?）構(gòu)建了基于動態(tài)數(shù)據(jù)的軌道交通維修管理框架。關(guān)于軌道交通維修管理中動態(tài)數(shù)據(jù)建模的研究應(yīng)用尚不成熟，本文分析當(dāng)前維修流程中的