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【摘要】随着市场需求的增加，动车组的技术安全可靠尤为重要。通过采用运营检修维护参与动车组研发设计可以弥补设计经验的不足，提高产品质量和经济效益。
【关键词】动车组；检修维护；数据库建设；研发设计
1、前言
铁路作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具，在中国经济社会发展中具有重要作用。随着中国经济的稳步增长以及城镇化建设和区域协调发展，高速铁路作为连接城市间的重要纽带也取得了突飞猛进的发展。目前中国高铁运营里程达1.6万公里，占世界的60%以上。“四纵四横”的高铁路网基本成型，中国开始迈向“高铁社会”，成为世界上高速铁路投产运营里程最长、在建规模最大的国家。
高速铁路的发展和客流量的增长，给动车组带来了巨大的市场需求，同时也推动了动车组技术的快速发展。此外，中国高铁“走出去”已上升为国家战略，中国高铁迎来了“走出国门，走向世界”的良机。拓展海外市场，面临更高的技术要求。虽然我国高速动车组的技术在引进消化吸收的基础上，已经掌握了大量高于原创的技术，但动车组的运营时间不如德国、日本长，相比之下，经验的积累略显不足。因此，应该充分发挥我国高铁运营里程长的优势，广泛积累运营过程中以及检修维护时的经验，并将已知问题的处理方案应用到新产品的研发设计中。
2、运营检修维护参与研发设计的优势
运营检修维护参与设计的优势在于他们直接面向动车组的运营维护，掌握动车组故障信息的第一手资料，长期大量的数据积累，使得他们对动车组的性能及常见更为了解。同时他们也直接面向用户，了解用户需求，掌握用户对动车组使用过程的建议。他们参与研发设计可以更有针对性的提高动车组产品的性能，更有利于按客户导向思维去设计产品。
3、运营检修维护参与研发设计的构思
充分利用运营检修维护的优势，将运营检修维护过程中产生的故障、解决的措施以及各种经验，整理汇总成数据库。设计者可以快速查找数据库，并将其中丰富翔实的资料文件用以指导研发设计。数据库的使用和维护是一个长期的过程，还需要根据使用过程发现的问题不断完善优化。
3.1搭建数据库
运营检修维护过程中将处理到各种问题，直接将这些种类繁多的问题纳入数据库，会造成查阅不便，不利于数据库的使用和维护。因此需要对数据库进行分类，按照不同的分类方式，给每个资料信息定义关键字或标签，通过这些关键字或标签，可以快速定位到自己想要的信息。不同的分类方法，分类的结果也不同。最常用的分类方式是按功能分和按故障影响类型分。
按功能结构，划分为：牵引、制动、网络、机械、辅助等系统。
牵引系统：主要由牵引变压器及其冷却系统、牵引变流器及其冷却系统、牵引电动机及传动装置、限压电阻、高压电器等组成。
制动系统：主要包括主供风系统、辅助供风系统、制动控制系统、安全环路等。
网络系统：主要包括列车网络系统（中央控制单元CCU、司机显示屏HMI、列车通讯网络TCN的通讯数据处理）、运行监控系统、旅客信息系统等。
机械：转向架、车体结构、车端连接、车下吊装结构、车内布置等。
辅助系统：主要为车载设备提供交流或直流电源的辅助供电系统和相关用电设备。包括供电系统、照明系统、空调系统、车门系统、厨房给水卫生系统、厨房等。
按照故障的影响程度，分为1类故障、2类故障、3类故障。
1、类故障是指动车组不能运营，由严重的技术问题引起，动车组在到达目的车站前必须停，或出不能按计划发车，需要备用列车或救援车辆。如：不能牵引或空气制动完全故障等。
2、类故障是指动车组受限模式，动车组在运营过程中不能按时刻表正常运行，但不需要救援，则动车组受限运行，旅客可继续乘车到达目的站点。该类故障通常引起列车严重晚点。如：由于牵引性能降到50%引起较大晚点或一个转向架的车轮防滑装置故障等
3、类故障是指动车组在最小受限限度下运营，动车组只受轻微的影响，仍能在舒适度受限的条件下继续运行则为3类故障。这类故障可能会引起晚点，供热、通风和空调部分故障，舒适度降低，但运营速度至少高于救援速度。
4、类故障是指动车组不降低运营速度运行，该类故障通常在正常运营结束后进行维修，对正常运营没有实质性影响，没有1、2、3类故障发生。
此外还可以采用其它分类方式：按照各个系统出现问题的形式、特征还可以分成软件逻辑类、电气原理类、机械结构类等，按照故障产生的周期可分为偶发类、持续类等，按照故障产生的根源可分为设计问题、安装问题、操作问题、产品质量问题等。运营维护数据库不仅仅是故障数据的记录，还应包括故障产生、处理的分析过程，以及后续如何避免的建议。对于运营检修维护过程中发现的潜在问题、处理问题的一些方法技巧，以及用户的需求建议也可以统计到数据库中。这些分类形式均可作为数据库的关键字，用以统计查找相关故障。汇总之后形成的数据库，可按关键字查找，也可按项目浏览，使用方便快捷。
3.2提供RAMS支持
RAMS的数据指标是建立在长期大量的数据支持之上的，运营维护数据库的搭建恰好为RAMS分析提供了翔实的数据平台。通过对数据库的分析处理，计算出动车组以及各系统和关键零部件的故障率、平均故障时间、每百万公里故障次数、平均故障距离才更有说服力。同时根据故障的分析统计，对影响动车组可靠性的零部件采取冗余设计，如果单个元件的可靠性不足以保证系统的可靠性，则必须采取冗余功能结构措施。除易损易耗件之外，零部件的更换周期至少应满足一个三级修的周期，以降低动车组的寿命周期成本。易损易耗件在安全可靠的基础上要便于拆装，以缩短维护时间，提高运营效率。系统设计要按照故障导向安全的原则进行，以保证动车组的安全性。
3.3参与研发设计 运营检修维护不应与研发设计割裂，应主动参与到研发设计之中。故障数据库作为运营检修部门的重要资源，不能仅用于处理运营故障和检修维护，要提供给研发部门作为从源头降低故障的资料和依据。参与研发设计的方式是多样的，除了提供技术资料之外，有设计经验的可以直接进行研发设计，还可以通过参与方案评审，提供数据技术支持等多种形式进行，同时还可与研发人员共同处理重大故障。
以下为检修部门参与动车组设计结构方案评审的一个实例。
制动控制单元是动车组的重要零部件，一般采用集成吊装的方式，为充分考虑安装维护的方便，采用了模块化设计方式。初步设计的制动控制单元和风缸模块吊装结构如图1所示：
制动控制单元和风缸模块吊架采用4角吊装的方式安装于车体底架边梁上，由制动控制单元吊装结构、风缸模块吊装结构以及吊架框架三部分组成，制动控制单元吊装于横梁上，风缸通过模块化设计集成于一个支架上，再吊装于整个吊架上。
在进行设计结构方案评审时邀请了运营维护和检修等部门人员参与，评审时，检修人员根据经验初步判断，制动控制单元吊装处横梁强度可能不够，在重力和振动冲击的作用下，容易产生较大变形。因此建议对吊架整体强度进行分析计算，验证结构强度是否满足设计要求。
通过分析计算，制动控制单元吊装横梁处的最大应力果然超出了材料的屈服极限，不满足设计要求。建议在横梁受力集中位置增加补强。补强后的横梁结构见图2。
图1 原方案制动控制单元和风缸模块吊架
图2 新方案制动控制单元和风缸模块吊架
通过仿真计算，优化后横梁处的最大应力低于材料的屈服极限，满足设计要求。通过此次检修维护人员参与结构评审，消除了结构变形过大的安全隐患，避免装车后发现问题再进行补救的经济损失。
4、总结
本文结合中国高铁的发展前景和现状，提出了一种将运营维护检修工作和成果融入到研发设计之中的方法。通过搭建信息量丰富、分类合理、查找便捷、更新及时的数据库，设计者可以通过梳理数据库中的典型问题，将解决方案应用到新产品设计中，减少故障问题的发生。通过运营检修维护人员参与设计评审可以及时发现问题隐患，尽早给出解决方案，避免经济损失。这种运营检修维护参与研发设计的方法，不仅能改善产品质量，提高工作效率，还可以促进新员工快速成长，弥补设计经验的不足，为公司储备技术人才，避免人员流动给公司带来的技术损失。
作者简介
1史鹏（1981-），男，唐山轨道客车有限责任公司工程师，研究方向：轨道车辆的检修维护。
【关键词】动车组；检修维护；数据库建设；研发设计
1、前言
铁路作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具，在中国经济社会发展中具有重要作用。随着中国经济的稳步增长以及城镇化建设和区域协调发展，高速铁路作为连接城市间的重要纽带也取得了突飞猛进的发展。目前中国高铁运营里程达1.6万公里，占世界的60%以上。“四纵四横”的高铁路网基本成型，中国开始迈向“高铁社会”，成为世界上高速铁路投产运营里程最长、在建规模最大的国家。
高速铁路的发展和客流量的增长，给动车组带来了巨大的市场需求，同时也推动了动车组技术的快速发展。此外，中国高铁“走出去”已上升为国家战略，中国高铁迎来了“走出国门，走向世界”的良机。拓展海外市场，面临更高的技术要求。虽然我国高速动车组的技术在引进消化吸收的基础上，已经掌握了大量高于原创的技术，但动车组的运营时间不如德国、日本长，相比之下，经验的积累略显不足。因此，应该充分发挥我国高铁运营里程长的优势，广泛积累运营过程中以及检修维护时的经验，并将已知问题的处理方案应用到新产品的研发设计中。
2、运营检修维护参与研发设计的优势
运营检修维护参与设计的优势在于他们直接面向动车组的运营维护，掌握动车组故障信息的第一手资料，长期大量的数据积累，使得他们对动车组的性能及常见更为了解。同时他们也直接面向用户，了解用户需求，掌握用户对动车组使用过程的建议。他们参与研发设计可以更有针对性的提高动车组产品的性能，更有利于按客户导向思维去设计产品。
3、运营检修维护参与研发设计的构思
充分利用运营检修维护的优势，将运营检修维护过程中产生的故障、解决的措施以及各种经验，整理汇总成数据库。设计者可以快速查找数据库，并将其中丰富翔实的资料文件用以指导研发设计。数据库的使用和维护是一个长期的过程，还需要根据使用过程发现的问题不断完善优化。
3.1搭建数据库
运营检修维护过程中将处理到各种问题，直接将这些种类繁多的问题纳入数据库，会造成查阅不便，不利于数据库的使用和维护。因此需要对数据库进行分类，按照不同的分类方式，给每个资料信息定义关键字或标签，通过这些关键字或标签，可以快速定位到自己想要的信息。不同的分类方法，分类的结果也不同。最常用的分类方式是按功能分和按故障影响类型分。
按功能结构，划分为：牵引、制动、网络、机械、辅助等系统。
牵引系统：主要由牵引变压器及其冷却系统、牵引变流器及其冷却系统、牵引电动机及传动装置、限压电阻、高压电器等组成。
制动系统：主要包括主供风系统、辅助供风系统、制动控制系统、安全环路等。
网络系统：主要包括列车网络系统（中央控制单元CCU、司机显示屏HMI、列车通讯网络TCN的通讯数据处理）、运行监控系统、旅客信息系统等。
机械：转向架、车体结构、车端连接、车下吊装结构、车内布置等。
辅助系统：主要为车载设备提供交流或直流电源的辅助供电系统和相关用电设备。包括供电系统、照明系统、空调系统、车门系统、厨房给水卫生系统、厨房等。
按照故障的影响程度，分为1类故障、2类故障、3类故障。
1、类故障是指动车组不能运营，由严重的技术问题引起，动车组在到达目的车站前必须停，或出不能按计划发车，需要备用列车或救援车辆。如：不能牵引或空气制动完全故障等。
2、类故障是指动车组受限模式，动车组在运营过程中不能按时刻表正常运行，但不需要救援，则动车组受限运行，旅客可继续乘车到达目的站点。该类故障通常引起列车严重晚点。如：由于牵引性能降到50%引起较大晚点或一个转向架的车轮防滑装置故障等
3、类故障是指动车组在最小受限限度下运营，动车组只受轻微的影响，仍能在舒适度受限的条件下继续运行则为3类故障。这类故障可能会引起晚点，供热、通风和空调部分故障，舒适度降低，但运营速度至少高于救援速度。
4、类故障是指动车组不降低运营速度运行，该类故障通常在正常运营结束后进行维修，对正常运营没有实质性影响，没有1、2、3类故障发生。
此外还可以采用其它分类方式：按照各个系统出现问题的形式、特征还可以分成软件逻辑类、电气原理类、机械结构类等，按照故障产生的周期可分为偶发类、持续类等，按照故障产生的根源可分为设计问题、安装问题、操作问题、产品质量问题等。运营维护数据库不仅仅是故障数据的记录，还应包括故障产生、处理的分析过程，以及后续如何避免的建议。对于运营检修维护过程中发现的潜在问题、处理问题的一些方法技巧，以及用户的需求建议也可以统计到数据库中。这些分类形式均可作为数据库的关键字，用以统计查找相关故障。汇总之后形成的数据库，可按关键字查找，也可按项目浏览，使用方便快捷。
3.2提供RAMS支持
RAMS的数据指标是建立在长期大量的数据支持之上的，运营维护数据库的搭建恰好为RAMS分析提供了翔实的数据平台。通过对数据库的分析处理，计算出动车组以及各系统和关键零部件的故障率、平均故障时间、每百万公里故障次数、平均故障距离才更有说服力。同时根据故障的分析统计，对影响动车组可靠性的零部件采取冗余设计，如果单个元件的可靠性不足以保证系统的可靠性，则必须采取冗余功能结构措施。除易损易耗件之外，零部件的更换周期至少应满足一个三级修的周期，以降低动车组的寿命周期成本。易损易耗件在安全可靠的基础上要便于拆装，以缩短维护时间，提高运营效率。系统设计要按照故障导向安全的原则进行，以保证动车组的安全性。
3.3参与研发设计 运营检修维护不应与研发设计割裂，应主动参与到研发设计之中。故障数据库作为运营检修部门的重要资源，不能仅用于处理运营故障和检修维护，要提供给研发部门作为从源头降低故障的资料和依据。参与研发设计的方式是多样的，除了提供技术资料之外，有设计经验的可以直接进行研发设计，还可以通过参与方案评审，提供数据技术支持等多种形式进行，同时还可与研发人员共同处理重大故障。
以下为检修部门参与动车组设计结构方案评审的一个实例。
制动控制单元是动车组的重要零部件，一般采用集成吊装的方式，为充分考虑安装维护的方便，采用了模块化设计方式。初步设计的制动控制单元和风缸模块吊装结构如图1所示：
制动控制单元和风缸模块吊架采用4角吊装的方式安装于车体底架边梁上，由制动控制单元吊装结构、风缸模块吊装结构以及吊架框架三部分组成，制动控制单元吊装于横梁上，风缸通过模块化设计集成于一个支架上，再吊装于整个吊架上。
在进行设计结构方案评审时邀请了运营维护和检修等部门人员参与，评审时，检修人员根据经验初步判断，制动控制单元吊装处横梁强度可能不够，在重力和振动冲击的作用下，容易产生较大变形。因此建议对吊架整体强度进行分析计算，验证结构强度是否满足设计要求。
通过分析计算，制动控制单元吊装横梁处的最大应力果然超出了材料的屈服极限，不满足设计要求。建议在横梁受力集中位置增加补强。补强后的横梁结构见图2。
图1 原方案制动控制单元和风缸模块吊架
图2 新方案制动控制单元和风缸模块吊架
通过仿真计算，优化后横梁处的最大应力低于材料的屈服极限，满足设计要求。通过此次检修维护人员参与结构评审，消除了结构变形过大的安全隐患，避免装车后发现问题再进行补救的经济损失。
4、总结
本文结合中国高铁的发展前景和现状，提出了一种将运营维护检修工作和成果融入到研发设计之中的方法。通过搭建信息量丰富、分类合理、查找便捷、更新及时的数据库，设计者可以通过梳理数据库中的典型问题，将解决方案应用到新产品设计中，减少故障问题的发生。通过运营检修维护人员参与设计评审可以及时发现问题隐患，尽早给出解决方案，避免经济损失。这种运营检修维护参与研发设计的方法，不仅能改善产品质量，提高工作效率，还可以促进新员工快速成长，弥补设计经验的不足，为公司储备技术人才，避免人员流动给公司带来的技术损失。
作者简介
1史鹏（1981-），男，唐山轨道客车有限责任公司工程师，研究方向：轨道车辆的检修维护。