基于趋势外推法对机车产品全寿命周期的数据支持

基于趋势外推法对机车产品全寿命周期的数据支持

王劭旭 刘运鹏

中车大连机车车辆有限公司 辽宁 大连 116000

摘要：随着铁路交通行业的发展，越来越多机车产品运行在祖国的广袤大地上。机车产品的运用必然离不开检修和保养，提早一步发现问题就可以更大程度避免机车运用时发生故障的风险。通过现代数据分析中常用的趋势外推法，对机车产品部件的更换周期和故障情况进行记录，进而估算出各个部件使用期限，将此数据沿用到新的机车产品中，最终实现产品全寿命周期最优的目标。

关键词：趋势外推法、检修、全寿命周期

1. 趋势外推法的定义

趋势外推法是由R.赖恩(Rhyne)首先应用于科技预测的一种方法，它是根据预测变量的历史时间序列揭示出的变动趋势外推将来，以确定预测值的一种预测方法。在对研究对象过去和现在的发展作了全面分析之后，利用某种模型描述某一参数的变化规律，然后以此规律进行外推，就可以预测出它的未来趋势和状态。在使用趋势外推法的时候，需要进行6个步骤：1）选择预测参数;2）收集必要的数据;3)拟合曲线;4)趋势外推;5)预测说明;6)研究预测结果在制订规划和决策中的应用。

2. 全寿命周期的定义

全寿命周期是将所有相关因素在产品设计阶段进行综合规划和优化的一种设计理论，简单的说就是在设计阶段就考虑到产品寿命历程的所有环节。产品的全寿命周期意味着，从设计开始就不能局限于其功能和结构，而是要设计产品的规划、设计、生产、经销、运行、使用、维修保养、直到回收再用处置的整个过程。全寿命周期不仅需要从技术角度考虑产品的各项参数，还要涵盖其美观性、可装配性、耐用性等等，即把产品放在供应商、用户和整个使用环境中加以综合考察。

3. 使用背景

截止2018年末，中国国家铁路集团有限公司下设18个铁路局，845个运输段，通过规划有致的布局，借助一条条铁路使得天南海北紧密相连，人们得以方便、快捷的进行长途出行。线上运用的机车、动车甚至高铁产品上，依据部件的特征，可以划分为高压电气系统、车体系统、转向架系统、空气管路制动系统、微机网络控制系统、列车运行监控系统等等。每一个系统从柜体到紧固螺栓，从板卡到电气线路，又涵盖有上千个规格型号各不相同的零部件。即使是相同的零部件，也有着少则两三个、多则几十个的制造公司。在零部件生产过程中，不同的工艺要求、不同的生产设备都会对其运用质量造成影响。一个小小的零件装在偌大的机车上，可能看上去不起眼，但实际它起着不可或缺的作用。如何保障繁杂的零部件均能持续可靠使用便成了机车运用质量关键的一环。

为确保机车产品在稳定、可靠的执行牵引任务，中国国家铁路集团有限公司根据机车产品的运用时长和走行公里，规定了各项检修周期的执行标准，包括机车产品执行单次牵引任务后的日常检修，运行一定距离或使用一定时长后的周期检修。检修工作对于机车产品即相当于定期体检，一来可以借助此机会处理既有的问题，二来通过全方面的排查，及时发现潜在的隐患，将故障修转化为预防修，可以让机车产品运用质量得到进一步的保障。

通过定期检修确实可以消除绝大部分故障隐患，但检修工作的执行过程中难免会因为人员疏忽、检修不便等因素造成一些疏漏。此外，因为不清楚零部件运用情况而提前采购了大量的零件备品，实际机车运用过程中并未发生或很少发生该产品故障，导致备品积压库存，造成许多不必要的经济损失。若采取趋势外推法，对机车产品重要零部件维保信息进行统一管理，依据早期机车产品日常检修过程中的故障数据，通过分类筛选逐步确定其所在车型、系统、规格尺寸，即可获得相对可靠的部件平均运用周期。同时，在此过程中获得的部件可靠性参数也能够为日常检修的物料储备、产品设计的部件选型提供有效的支持。

4. 趋势外推法的应用

以任意一款机车产品为例，在正式运用前，将各零部件所在系统进行初步划分，以车号、走行公里、上一次高级修程后走行公里、机车配属（上一次高级修程）日期、设备所在系统、零件所在设备、零件名称、零件（设备）供应商、零件（设备）问题描述、问题处置方式（维修或更换）、发生问题日期、问题处置耗时作为横坐标建立表单。随着机车运用后日常检修工作的进行，各零部件数据样本的容量随之增长，当达到一定密度后，即可开始趋势外推的第三步骤，即拟合曲线。

对需要外推趋势的零件分别以走行公里、运用时长作为横坐标，问题数量作为纵坐标作曲线图，可清晰得出该零件运用情况随机车运用所产生的趋势。取其中峰值，对应的机车走行公里（运用时长）为该零件故障高发区间，可针对性制定零件储备方案、加强该区间对应设备检查项点。

对需要外推趋势的零件以配属（高级修程）至下一个高级修程所在区间为横坐标，问题数量作为纵坐标，可清晰得出该零件在不同运用周期的故障趋势。取其中峰值，对应的运用期间起始点为零件检修薄弱点，可针对性改善此高级修程的部分检修方案。

对需要外推趋势的零件以发生问题日期为横坐标，问题数量为纵坐标，对各高级修程时间点在坐标轴上进行标注，可清晰得出该零件是否在检修过程中有效得到保养。若修程后故障数量呈上升趋势，可针对性在上一个高级修程中改善检修方案。

以此类推，不同的横纵坐标组合形式会形成丰富多样的趋势图。举一反三，也可以以零件供应商为横坐标，问题数量为纵坐标形成柱状图，以此区分相同零件中哪家供应商的产品更为可靠。

通过对前期采集数据的清洗与筛选，最终形成的各项数据与图形能够为产品设计研发、检修方案制定、售后服务保障带来有效提升。例如：将零件可靠性对比图应用于产品研发的选型环节中，选取相比之下更为可靠的零件装用在机车产品上；将零件故障随修程变化的趋势图应用于检修文件编制中，针对零件故障的高峰期适当调整检修周期、强化检修要求；将零件故障随时间、走形公里变化的趋势图应用于产品售后服务工作中，对问题较多的部件强化现场备品储备与售后服务能力，并及时制定相应优化方案，可切实保障机车产品稳定运行。

5. 结语

随着机车产品逐步的更新迭代，“中国速度”也在持续提升。相应的，对机车产品设计、检修、售后服务要求也迈上新的台阶。在未来的产品制造过程中，全寿命周期是不可或缺的一环，也是顺应时代潮流的必要条件，应用趋势外推强化产品全寿命周期，将趋势外推结果转化为设计、检修、甚至市场开拓的强大力量，不仅是对自身查缺补漏的过程，也是铁路产品助力实现民族伟大复兴的有力推手。