台英軌道論壇之全生命成本制度教育訓練計畫-106年度成果說明(6-4)
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 編輯部
2018.03.09

2. NTAR 狀態監控(Condition Monitoring)教育訓練2日課程
狀態監控為預測式維護之主要技術,可最佳化維護資源,降低不必要的維護成本並減少設施失效時間。課程由英國機械工業協會資深顧問MR.Dick Page講授,MR. Page同時擁有豐富的理論與實務知識,具有多年鐵路列車維修管理及運用監測設備輔助決策的經驗。課程學習成果如下:
(1) 理解養護的定義,提出案例說明養護作為不一定對設施具有正面的效果,亦可能因為人為的操作錯誤而破壞設施現有的功能。
(2) 說明養護的類型可分為矯正養護(Corrective Maintenance)及預防養護(Preventive Maintenance)。矯正養護在設備已發生失效時執行,可視為補救措施;預防性養護又分為週期性養護(Periodic Maintenance)及狀態依據養護(Condition Base Maintenance),在設備仍可提供功能時即執行養護作業。
(3) 矯正式養護適用於非關鍵設備,可容許設備功能失效後再進行修復之元件。
(4) 週期性養護以特定的性質定義養護頻率,一般以小時、天、運轉次數、里程作為界定。養護週期的設定,初期多依照供應商的規範制定,隨著營運經驗的增加逐步由使用者調整修訂。設定養護週期需考量設施失效的影響性、備援系統、系統安全係數及採用此養護方式的性價比。週期性養護可能會有設施已損壞但未被發現的問題發生,以UK的經驗如剎車片、車輪踏面與列車懸吊彈簧都曾發生過此狀況。
(5) 養護作業的精神,從「不壞不修」到「預防性的週期性養護」,再到更進步的發展為「聆聽設施對你說的話」。狀態依據養護(Condition Base Maintenance, CBM)的概念即為聆聽設施所透露出的細部狀態資訊。
(6) CBM的做法是先理解設施的表現情況,再依劣化趨勢規劃養護時程。因此可以在設施失效之前預先給予養護排除問題,同時提供效率更佳的維修計畫。以英國的經驗CBM模式多應用於車輪軸承、剎車片等機械元件。因為機械元件的物理特性較容易被偵測,且劣化具有特定趨勢表徵。一般元件劣化由輕微到嚴重所展現的特徵為震動、發熱、噪音、高熱、起煙至功能失效。
(7) 應用CBM具有幾項原則:假設所有的單元或總成元件都會劣化且最終將喪失功能、應用適當的科技執行狀態監控(Condition Monitoring, CM)監(檢)測設施的功能表現、蒐集與分析資料以獲得設施功能失效趨勢、最終目的是協助判斷於適當的時機介入維護行為。
(8) 應用CBM的效益為:降低非必要的預防養護、減少侵入式維護活動、降低成本、減少重大的功能失效狀況發生。
(9) 應用CBM的缺點為:需要資料分析作業、依賴感測元件及監控設備的可靠度、需妥善規劃監控系統的使用與配置、需搭配內部組織文化與習慣的改變。
(10) ISO 17359 - Condition Monitoring–Diagnostics of machine此文件為執行狀態監控作業所遵循的準則,提供監控機械設備的物理特性如震動、溫度、流量、能量及速度的建議方式。此文件於2003年建立,2011年更新加入Cost-Benefit(成本績效評估)與新的監控科技。文件聚焦於機械元件,特別是在製造工廠與發電廠內的設備。
(11) 應用CM作業的流程如下:定義監控的需求與目標、考量效益與技術能力、決定花費成本績效評估、發展維護策略、收集設施監控資料、分析設施監控資料、決定維護動作。
(12) ISO 13374 - Condition monitoring and diagnostics of machines–Data processing, communication and presentation此文件為狀態監控作業中,遵循的資料收集及應用原則,共分為四個部分:綜合原則、資料處理需求、通訊需求及成果展示需求。
(13) 資料蒐集作業流程如下:資料蒐集(Data Acquisition)、資料處理(Data Manipulation)、狀態基線定義(State Detection)、健康評估(Health Assessment)、未來狀態評估(Prognostic Assessment)、產生建議(Advisory Generation)、整合外部資訊(External Systems)。
(14) 提出CM可應用的案例說明如:以雷射檢測車輪踏面平坦度及車輪真圓度、應用紅外線熱影像監控轉向架電線異常接觸阻抗、應用加速度規監控列車剎車效率、應用應變規與雷射光學儀監控架空電車線高度與磨耗。以龐巴迪(Bombardier)為例,已在英國的機廠已依循ISO 17359及13374原則建立上述列車檢(監)測系統。

圖17講師繪製講解圖示

圖18 講師講解課程說明案例

圖19講師講解課程說明案例

圖20 學員與講師於課程中討論

圖21 講師展示列車震動感測元件

圖22 全學員與講師合影

圖23 NTAR實作課程訓練場地

圖24 NTAR演講空間

3. NR研討及案例參訪
英國鐵路採用車路分離模式,由NR執行鐵路基礎設施如軌道、號誌、供電系統、車站等的管理養護,再由多家鐵路公司向NR租借路線的營運權提供載客服務。NR為英國率先發展WLC制度於軌道系統應用的單位,研討當日由NR WLC專案部門主管Julian Williams偕其同仁簡報WLC制度於NR內的發展歷程。根據NR說明,因2009年由第三方認證單位提出的服務水準評估報告中,建議「NR應發展全生命週期的研究方法與全生命成本評估模式」,因而開始NR對於WLC制度的研究。
NR首先由定義「重要資產」開始著手,尋找具有執行WLC活動價值的關鍵設施。其次提出與資產有關的「重要問題」如:最佳的設施更新時間與方式、何時及何項目重置後可發揮成效、應遵循的規範及最佳維護策略等,以確立WLC制度研究的目標與方向。歷經3年的時間NR發展出一套以Excel架構為基礎的WLC資產資料管理系統,累積資產的壽年、功能表現曲線、失效率與衝擊、認證方式及成本項目等資料,協助執行後續的WLC分析。
2013年英國官方的鐵路規範辦公室(Office of Rail Regulation, ORR)提出NR的WLC模型已具有良好的執行原則,擁有合適能力支持WLC策略之決策。 NR進而於2014年發行「WLC作業手冊」,提供內部單位及供應商作為執行WLC活動的參考,多方推動WLC制度應用到其供應鏈之中。
研討過程中NR強調WLC是以證據為導向、整合多方知識的評估活動,以產生數種情境輔助決策。亦展示多個說明案例,示範資產經過WLC分析後的成本結構(建置、維護、支持、更新與加強成本),以圓餅圖或直方圖表示分析成果,使國內團隊對於應用WLC制度可望獲得的成果有更清晰的概念。
欲理解NR之所以能夠成功推動WLC的原因,必須從其與鐵路營運商之間的合作模式來探討。若發生因為基礎設施不良造成營運商載客服務中斷或延誤,NR必須依約定付出賠償金。因此如何降低設施失效狀況的發生,減少賠償金支出就成為NR推動WLC制度最大的驅動力。
研討會後由NR的WLC專案經理Sammia Ahmad帶領學員至倫敦Waterloo火車站參觀。Waterloo火車站為NR直接營運,原為歐洲之星列車的停靠站。於St.Pancras火車站的新月台啟用之後,原Waterloo火車站的月台便規劃改建為提供城際列車停靠與購物商場使用,現正進行頂棚與月台層的改建工程。
頂棚最終選用的設計方案非建造成本最低的選項,而是採用長期維護成本低,且可以提供最完整遮雨功能的方案。至於原月台周邊的空間,朝向吸引商店進駐與人潮駐留規劃。參訪過程中,學員提問聚焦於計畫審議的部分,如車站營運單位如何有效傳達需求給予興建單位,並獲得正面回應。
依據NR表示,其流程規定車站的重大施工計畫必須經由營運單位簽屬同意,方可交由興建單位進行後續作業,以落實WLC制度之中重視營運與養護單位意見之精神,取得營運階段資訊回饋於評估作業。

圖25 NR研討會議剪影

圖26 學員與NR研討代表合影

圖27學員搭乘倫敦地鐵前往參訪車站

圖28 NR帶領車站參訪活動人員

圖29 學員與NR人員交流

圖30 Waterloo車站繁忙景象

圖31 學員參訪施工區

圖32施工區未來規劃為新月台與商場

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