宋 奔

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530200)

0 引言

一直以來(lái),鐵路事業(yè)作為我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)闹鲗?dǎo)行業(yè),掌握著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈。而鐵路軌道作為鐵路線(xiàn)路的重要組成部分,會(huì)受到氣候環(huán)境及列車(chē)反復(fù)動(dòng)載的影響,當(dāng)其狀態(tài)發(fā)生改變,可能影響其使用壽命,因此需要采用合理的措施對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修,以保障列車(chē)安全運(yùn)行。而大型養(yǎng)路機(jī)械因具有智能化、自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn),符合鐵路事業(yè)的發(fā)展方向,逐漸成為鐵路軌道養(yǎng)護(hù)維修的主流方式,但仍然面臨著大量可能存在隱患的問(wèn)題,對(duì)此許多學(xué)者進(jìn)行了深入研究。徐濟(jì)松等[1]融合多源數(shù)據(jù)研發(fā)了大型機(jī)械施工時(shí)保障現(xiàn)場(chǎng)施工人員安全的預(yù)警系統(tǒng),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的可行性。劉輝[2]針對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械在應(yīng)急搶修施工過(guò)程中的困難問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種可以模擬多種緊急工況的搶修演練系統(tǒng)。劉平[3]根據(jù)遺傳算法搜索確定了最優(yōu)化的養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)方案,并將其運(yùn)用于某鐵路的軌道高低不平順檢測(cè),與傳統(tǒng)方法相比,其效率明顯提高,實(shí)現(xiàn)了維修計(jì)劃的自動(dòng)編制。趙志剛等[4]針對(duì)東北和內(nèi)蒙古東部地區(qū)鐵路網(wǎng)規(guī)格布局特性,將理論與實(shí)際相結(jié)合得到相應(yīng)的大型機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修需求,從而確定合適的檢修臺(tái)建設(shè)地址和規(guī)模。時(shí)瑾等[5]為提高大型機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修工作針對(duì)有砟軌道進(jìn)行搗鼓作業(yè)的質(zhì)量,建立了相應(yīng)的撥道方案優(yōu)化模型和效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),并在實(shí)際工程中驗(yàn)證了該方法的有效性。牛懷軍等[6]針對(duì)大密度重載鐵路結(jié)合相應(yīng)的理論方法,提出一種針對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械的相關(guān)設(shè)備和數(shù)量的優(yōu)化配置方案。本文針對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修的作用效果,分析對(duì)其產(chǎn)生影響的各大因素,選用層次分析法對(duì)其進(jìn)行層次化、條理化的劃分,確定其相應(yīng)的權(quán)重,從而確定對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修效果影響最大的因素。

1 層次分析法理論

隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,大型養(yǎng)路機(jī)械的應(yīng)用也不斷增多。大量大型養(yǎng)路機(jī)械累積實(shí)際作業(yè)經(jīng)驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)其維修質(zhì)量的好壞與維修作業(yè)前設(shè)備自身狀態(tài)、既有線(xiàn)縱斷面的優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工組織設(shè)計(jì)等多種因素有關(guān)。為提高大機(jī)作業(yè)的質(zhì)量,本文選用層次分析法[7],將所有影響因素進(jìn)行條理化、層次化、規(guī)范化的梳理,構(gòu)造出相應(yīng)的養(yǎng)路機(jī)械維修模型,并邀請(qǐng)200余名專(zhuān)家和相關(guān)從業(yè)者對(duì)每項(xiàng)因素進(jìn)行評(píng)估,判斷其相對(duì)重要程度,對(duì)其進(jìn)行一定處理后,得到相應(yīng)影響因素的權(quán)重。

層次分析法需要根據(jù)分析決策的對(duì)象,制定相應(yīng)的目標(biāo),明確需要考慮的影響因素,從而建立上、中、下3個(gè)層次的結(jié)構(gòu)模型。

用Ui=(u1,u2,…,un)表示需要研究的各項(xiàng)影響因素,為避免定性研究的主觀影響,選擇建立相應(yīng)的構(gòu)造判斷矩陣A=(uij)n×n的方式進(jìn)行,將各項(xiàng)影響因素的重要性進(jìn)行兩兩比較,根據(jù)常見(jiàn)重要性比較語(yǔ)義,按照如表1所示的對(duì)照關(guān)系,按1～9標(biāo)度將語(yǔ)義轉(zhuǎn)換為合理的數(shù)值標(biāo)度。對(duì)于兩項(xiàng)影響因素ui和uj,矩陣A中的uij是指影響因素ui相對(duì)于影響因素uj的重要程度,則可知uji=1/uij。矩陣A如式(1)所示。

表1 判斷矩陣的語(yǔ)義轉(zhuǎn)換關(guān)系表

(1)

根據(jù)所得的構(gòu)造判斷矩陣A,將其各行向量先采用方根法進(jìn)行幾何平均,即將矩陣A中的元素每一行進(jìn)行相乘,得到新的列向量,將列向量中每個(gè)元素開(kāi)n次方,后采用歸一化處理,可得到各個(gè)影響因素的權(quán)重和相應(yīng)的特征向量,如式(2)、式(3)所示。

(2)

(3)

為判斷根據(jù)上述方法得到的矩陣A的特征向量W的可信程度,需要對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。根據(jù)式(4)求得相應(yīng)的最大特征值λmax,再根據(jù)式(5)求得一致性指數(shù)CI,將CI與由表2查詢(xún)所得的RI進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)式(6)可以計(jì)算得到相應(yīng)的CR值,當(dāng)且僅當(dāng)CR值<0.1時(shí),認(rèn)為上文構(gòu)造的判斷矩陣A符合一致性要求,否則需要對(duì)矩陣A進(jìn)行調(diào)整,直到所得CR<0.1為止。

表2 n階矩陣一致性指標(biāo)RI值表

(4)

(5)

(6)

2 養(yǎng)路機(jī)械維修模型分析

分析研究使用大型養(yǎng)路機(jī)械對(duì)鐵路軌道進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修的影響因素可知,其主要分為6個(gè)方面:

(1)既有線(xiàn)設(shè)備原始狀態(tài)。大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修前,檢測(cè)路段軌道、道岔及其他設(shè)備結(jié)構(gòu)、幾何的原始狀態(tài)對(duì)養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)的難易程度和作業(yè)效果都存在重要影響。

(2)既有線(xiàn)縱斷面優(yōu)化。鐵路軌道的縱斷面需要根據(jù)其實(shí)際工況,定期檢測(cè)其平順性情況,制定合理的養(yǎng)護(hù)維修方案,選擇進(jìn)行起道整修或者大機(jī)搗固,養(yǎng)護(hù)維修全過(guò)程均需進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制,根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)交底文件,對(duì)該檢測(cè)段的縱斷面進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)與完善。

(3)作業(yè)施工組織安排。大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修時(shí),若作業(yè)施工組織如作業(yè)流程、工作進(jìn)度、工作天窗時(shí)間等安排合理,能夠大幅提高養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)的效率和質(zhì)量。

(4)大型機(jī)械原始狀態(tài)。養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)不僅需要既有線(xiàn)狀態(tài)優(yōu)良,也需要大型機(jī)械本身的狀態(tài)能滿(mǎn)足要求。故在進(jìn)行作業(yè)之前,應(yīng)當(dāng)對(duì)需要進(jìn)行作業(yè)的大型設(shè)備提前進(jìn)行調(diào)試工作,確保其能正常運(yùn)行。同時(shí)需要制定相應(yīng)的措施,對(duì)其進(jìn)行日常保養(yǎng)維護(hù)。

(5)操作人員的技能水平。大型養(yǎng)路機(jī)械一般需要機(jī)組人員跟隨進(jìn)行作業(yè),而其技能水平如對(duì)各種機(jī)械本身事務(wù)操作的熟練程度、對(duì)各種路段適用的操作方案判斷能力、出現(xiàn)緊急故障時(shí)應(yīng)急水平等都會(huì)對(duì)養(yǎng)護(hù)維修工作造成影響,因此需要對(duì)相應(yīng)的機(jī)組人員進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn),使其充分掌握機(jī)械操作技能,能熟練應(yīng)對(duì)各項(xiàng)情況。

(6)各個(gè)部門(mén)對(duì)施工作業(yè)的配合程度。大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修工作涉及很多部門(mén),如車(chē)務(wù)部門(mén)需要提前進(jìn)行施工作業(yè)協(xié)調(diào),交底施工時(shí)需要進(jìn)行組織安排,施工作業(yè)結(jié)束后需要進(jìn)行總結(jié)工作;工務(wù)部門(mén)需要事先進(jìn)行施工準(zhǔn)備,做好相關(guān)資料確認(rèn),平整道床,根據(jù)需要對(duì)護(hù)軌等設(shè)備進(jìn)行拆除和恢復(fù);電務(wù)部門(mén)根據(jù)需要對(duì)各類(lèi)導(dǎo)線(xiàn)和連接線(xiàn)進(jìn)行拆除和恢復(fù);車(chē)輛部門(mén)需要對(duì)車(chē)輛進(jìn)行相關(guān)設(shè)置和處理。各個(gè)部門(mén)及時(shí)完成分內(nèi)工作,共同協(xié)調(diào),才能盡可能減少意外事件的發(fā)生,高質(zhì)量地完成養(yǎng)護(hù)維修工作。

這6個(gè)影響因素之間相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián),部分與部門(mén)管理有關(guān),部分與實(shí)際作業(yè)時(shí)的施工情況有關(guān),但共同決定了大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修工作的最終成果。實(shí)際作業(yè)中,鐵路既有線(xiàn)的縱斷面優(yōu)化、既有線(xiàn)設(shè)備的原始狀態(tài)以及作業(yè)施工組織安排均由鐵路工務(wù)部門(mén)負(fù)責(zé),大型機(jī)械的日常保養(yǎng)和原始狀態(tài)確認(rèn)、操作人員的技能培訓(xùn)和水平提升主要由檢修部門(mén)負(fù)責(zé),而對(duì)施工作業(yè)的配合程度則涉及多個(gè)部門(mén)的協(xié)調(diào)工作。

結(jié)合上述實(shí)際工作情況與專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn),可設(shè)置3個(gè)與大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修效果有關(guān)的方案:方案一,著重考慮鐵路既有線(xiàn)的縱斷面優(yōu)化、既有線(xiàn)設(shè)備的原始狀態(tài)以及作業(yè)施工組織安排的影響;方案二,著重考慮大型機(jī)械的日常保養(yǎng)和原始狀態(tài)確認(rèn)、操作人員的技能培訓(xùn)和水平提升的影響;方案三,著重考慮各部門(mén)施工作業(yè)配合程度的影響。據(jù)此,基于層次分析法建立相應(yīng)的大型養(yǎng)路機(jī)械維修模型如圖1所示。

圖1 大型養(yǎng)路機(jī)械維修模型示意圖

3 最優(yōu)方案的確定

對(duì)于最大化改善大型養(yǎng)路機(jī)械維修效果這一決策目標(biāo)A,將B層的6項(xiàng)影響因素兩兩進(jìn)行重要程度的比較后根據(jù)上文所述的標(biāo)度進(jìn)行評(píng)價(jià)打分,綜合200余名專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)打分結(jié)果,得到相應(yīng)的構(gòu)造判斷矩陣A如下頁(yè)式(7)所示。以既有線(xiàn)設(shè)備的原始狀態(tài)與大型機(jī)械原始狀態(tài)為例,大部分專(zhuān)家認(rèn)為,前者的重要程度略高于后者,故選定其標(biāo)度為3,即a14=3,a41=1/3。

(7)

針對(duì)B層的6個(gè)影響因素,將C層3個(gè)方案對(duì)其的重要程度進(jìn)行兩兩比較,得到6個(gè)矩陣B1～B6,如式(8)所示。以B1為例,針對(duì)既有線(xiàn)設(shè)備的原始狀態(tài)這一影響因素而言,專(zhuān)家評(píng)價(jià)均認(rèn)為方案一重要程度高于方案二,故選定其標(biāo)度為7,即b12=7,b21=1/7。

使用Matlab軟件計(jì)算上述矩陣A中各項(xiàng)影響因素B的權(quán)重值、特征向量及一致性檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示;對(duì)于矩陣B1～B6,各個(gè)方案的權(quán)重值、特征向量及一致性檢驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表3、表4可知,各矩陣一致性檢驗(yàn)均能滿(mǎn)足要求,根據(jù)權(quán)值計(jì)算結(jié)果,對(duì)3個(gè)方案的權(quán)值進(jìn)行計(jì)算后結(jié)果如表5所示,方案一的總權(quán)重值為0.501 9,方案二的總權(quán)值為0.238 9,方案三的總權(quán)重值為0.296 4,故可認(rèn)為方案一的重要程度最高,其次為方案二,最次為方案三。即大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修,應(yīng)當(dāng)首先對(duì)檢測(cè)段線(xiàn)路設(shè)備狀態(tài)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)查評(píng)判,選擇最適宜的養(yǎng)護(hù)維修方案,對(duì)其縱斷面進(jìn)行合理優(yōu)化,加強(qiáng)施工作業(yè)的組織工作,以確保最后的養(yǎng)護(hù)維修施工效果。

表3 矩陣A各項(xiàng)影響因素權(quán)重及一致性檢驗(yàn)結(jié)果表

表4 矩陣B1～B6各方案權(quán)重及一致性檢驗(yàn)結(jié)果表

表5 影響因素指標(biāo)權(quán)重表

(8)

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修的作用效果,分析對(duì)其產(chǎn)生影響的各大因素,為盡量避免主觀影響,將這些影響因素進(jìn)行量化分析。選用層次分析法將相應(yīng)的影響因素和作業(yè)方案進(jìn)行層次化、條理化的劃分,根據(jù)200余名專(zhuān)家進(jìn)行兩兩比較打分進(jìn)行量化處理和數(shù)學(xué)運(yùn)算后,得到如下結(jié)論:

(1)大型養(yǎng)路機(jī)械維修效果的影響因素有很多,由協(xié)調(diào)管理、施工操作等多方面組成,但主要可以分為既有線(xiàn)設(shè)備原始狀態(tài)、既有線(xiàn)縱斷面優(yōu)化、作業(yè)施工組織安排、大型機(jī)械原始狀態(tài)、操作人員的技能水平、各個(gè)部門(mén)對(duì)施工作業(yè)的配合程度等6個(gè)具體因素指標(biāo)。

(2)使用上、中、下三層的層次分析法可以建立相應(yīng)的大型養(yǎng)路機(jī)械維修模型,最頂層為模型目標(biāo),即改善大型養(yǎng)路機(jī)械維修效果的最優(yōu)決策;中間層為影響大型養(yǎng)路機(jī)械維修效果的6個(gè)主要因素;最底層是根據(jù)各項(xiàng)因素的實(shí)施部門(mén)制定的相應(yīng)的優(yōu)化方案。

(3)各項(xiàng)影響因素指標(biāo)和優(yōu)化方案分別進(jìn)行兩兩比較和量化評(píng)分,采用方根法進(jìn)行幾何平均得到相應(yīng)的權(quán)重值、特征向量,并對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn),最后結(jié)果均符合一致性要求。方案一總權(quán)重值最大,即在進(jìn)行大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)維修時(shí),應(yīng)當(dāng)首選考慮既有線(xiàn)設(shè)備原始狀態(tài)、既有線(xiàn)縱斷面優(yōu)化、作業(yè)施工組織安排這三項(xiàng)因素的影響。