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摘 要：铁路调车场的吞吐量和终点站能直接影响整体铁路网络容量。影响终点站性能的一个重要因素是检查和修理轨道车的效率。由于检查时间的减少和铁路枢纽运营的改善，铁路車辆检查自动化技术得到了发展，因此提高了铁路枢纽的效率。本研究将精益生产方法应用于铁路货车维护过程，并通过实施自动化状态监控技术，研究消除浪费和降低可变性的潜在方法，对单位列车检查的潜在影响，并量化了轨道车检查造成的直接和间接延误成本。这种分析为使用自动化技术开发具有成本效益的检查和维护策略提供了基础，并评估了在提高效率和增加容量方面的潜在好处。
关键词：精益生产;列车检测;自动监控
中图分类号：U279.3 文献标识码：A
0 引言
在过去的一个世纪里，我国的列车检查和维护实践有了很大的发展。在铁路运输的早期，检查技术包括一把锤子用来“探测”破裂或破损的车轮，一根粉笔或其他标记设备来识别可能有缺陷的汽车，以及一个用于晚上检查火车的灯。在这些检车技术中，铁路车辆的安全性和可靠性在很大程度上取决于列车检查员的精神敏锐度、个人能力和后期培训。这些检车方法一直持续到20世纪下半叶，当时已开发了各种技术来更有效地检测轨道车设备缺陷。在过去的几十年里，我国在铁路货车检车技术的开发和实施方面投入了大量资金以实现减少相关设备的脱轨和运行故障。此外，与当前系统相比，这些技术有可能通过加强维护和保养和减少检查冗余来提高效率。在当前网络容量有限和对可靠服务需求更大的时代，提高调车场和终端效率将变得越来越重要。本文回顾和评估了终端操作背景下铁路货车检测的现状，并预测了与自动状态监控和改进维护策略相关的潜在优势。
1 研究动机和背景
早在1925年，铁路终点站就被认为是货运作业生产率损失的主要来源。到20世纪60年代，终点站的效率已经成为铁路工程研究的一个主要焦点。20世纪后半叶，随着铁路枢纽研究的继续，其他行业的管理技术也在不断发展，以提高生产和制造效率。在2000年，通过引入精益铁路建设，各种生产管理技术被应用于终点站作业。精益铁路建设通过提高铁路枢纽的整体能力、效率和资产利用率，提供了一种消除运营浪费的方式。随着铁路继续利用新的可用技术和管理策略，精益铁路建设的原则可以应用于终点站作业的各个方面，包括铁路货车检查和维修保养，以进一步提高效率。
1.1 精益铁路运输
精益铁路运输的概念是在2000年发展起来的，是一种提高终点站效率的方法。因为分类终端可以被认为是生产系统，所以它们的性能可以通过采用由三种成熟的生产管理技术组成的集成方法来提高：精益、约束理论和统计过程控制[1]。在本分析中，我们将只关注精益生产的概念，因为它已经以精益铁路建设的形式应用于铁路终端运营。
1990年，“精益生产”一词首次出现在麻省理工学院的一项研究中。该研究得出结论，丰田的生产技术优于汽车制造业的其他竞争对手[2]。这些发现有助于推动精益方法和其他原则的使用，这些原则首先由丰田公司实施，并已被世界各地的许多公司采用。虽然类似的原则以前曾在铁路枢纽中使用过，但精益技术的第一次正式应用是在2000年代初，由加拿大太平洋铁路（CPR）站场运营小组进行的。
精益被定义为使用最小缓冲成本生产商品或服务。过度缓冲的来源包括直接浪费和可变性。直接浪费是不需要的操作的精益术语。铁路站场设置中的示例包括：返工、事故、伤害、车辆损坏、不必要的运动和不必要的信息收集。大多数经理关注于减少直接浪费，但在减少可变性方面花费的精力较少。然而，可变性是浪费的一个基本来源，因为它需要以额外库存、容量或时间的形式进行缓冲。在铁路站场，过量库存缓冲的来源包括：燃料需求的可变性、需要维护的轨道车或机车的数量以及所需维护的范围。这些缓冲可以以柴油、货车部件、机车部件等储备供应的形式出现。列车到达的可变性和需要维护的意外缺陷会导致缓冲能力过剩，这可能包括额外的调车场轨道、汽车检查员或维修人员。最后，到达时间、检查和维修时间或劳动力可用性的可变性可以通过在列车时刻表中添加“空闲时间”来缓冲。所有这些缓冲都是铁路站场内各种过程固有的不确定性的结果，它们以间接浪费的形式导致不必要的成本。
德恩伯格制定了在终点站实施精益铁路的步骤，包括：消除直接浪费、交换缓冲区、减少可变性和执行持续改进。现在正在应用精益铁路建设的各个方面来提高终点站的性能。随着铁路不断寻求改善终端性能，新的方法和技术将被整合到调车场系统中，以进一步消除浪费和减少可变性。改进轨道车检查和维护实践是将精益流程与铁路终端运营相结合的一个途径。
1.2 自动控制和检查
首次推广准时制生产概念的丰田生产系统是精益生产概念的前身。除了准时制之外，丰田生产系统的一个主要元素是自动控制，或“人性化的自动化”[3，4]。正如精益技术已在更广泛的意义上应用于铁路终端运营一样，自动控制原则也可应用于轨道车检查和维护实践，以提高终端性能。如上所述，铁路终点站可以被视为一个工业生产系统。如果被“制造”的产品是由火车提供的高效、安全和可靠的运输，那么列车检验过程可以被比作质量控制的一种形式。
人和机器的模型已经被用来产生混合自动化，这通常比单独的人或机器表现得更好。总的来说，机器在执行缺陷检测（搜索）功能方面更快，而人类在做出关于缺陷的有效性和/或严重性的决策方面更好。在某些情况下，机器可以帮助人类做出这些决定。例如，计算机视觉系统可以突出显示数字图像中可能存在缺陷的位置，并且操作员将决定突出显示的部分是否实际包含缺陷。具有完善检测机制的轨道车检查系统（例如，车辆识别系统（WILDs）或自动驾驶系统（ABDs））可以进行编程，以便计算机在出现缺陷的可能性较高，但当缺陷可能性较低时，将由人工检验员做出决定。
在其他情况下，如机器视觉技术，机器可能不是总能够做出准确的决定，所以计算机搜索人类决策系统将是最合适的。例如，机器视觉系统可以识别出中梁有裂纹。该系统可以标记这辆车，突出显示有问题的位置，并允许汽车检查员目视检查中梁，并确认或拒绝计算机的建议。不管系统安排如何，这些技术有助于使得汽车检查员将注意力集中在最有可能有部件缺陷的汽车上。 1.3 当前列车检测情况
在列车离开调车场或终点站之前，放置在列车上的每节车厢都必须接受机械检查。此外，长途行驶的列车在行驶1500公里后必须停下来接受检查，但如果满足特殊条件，允许在两次检查之间行驶5600公里。当列车在终点站组装后进行初始检查时，该检查被称为初始终点站或一级检查，而1500公里的中间检查被称为一级检查。为了满足一级和二级检验的要求，铁路必须高度依赖货车的人工检验。目前的轨道车检查实践需要一名车检员沿着列车的整个长度行走或乘坐车辆，目视检查每辆车两侧的机械部件。根据汽车检查员的特殊经验或能力，这些检查的效率和效果会有所不同。由于人工检查固有的低效率和主观性，铁路公司开发了一些技术来增强汽车检查员的工作。
1.4 自动化状态监控技术（ACMT）
自20世纪90年代初以来，铁路行业开发、安装和维护能够监控货车部件状况的路旁检测系统。本文中称为自动状态监控技术（ACMT），这些系统使用各种传感机制来测量热、力、声音和视觉参数，以监控轨道车部件的状态。早期的路旁检测系统旨在识别途中有缺陷的部件，以防止轴颈轴承过热、拖动设备或其他缺陷导致的脱轨。这些检查系统对于防止脱轨是必不可少的，但是由于它们对缺陷检测的反应性方法，它们并没有极大地提高执行维护的效率。然而，以ACMT为代表的新检测系统有能力通过准确和客观的状态监测促进预防性维护。
此外也对轨道车部件进行状态监测，以便进行趋势分析和早期检测损坏的部件。例如，声学轴承检测器（ABDs）和卡车性能检测器（TPDs）等技术现在为机械部门管理人员提供了相关信息，以便在故障发生前移除有故障的轴颈轴承或卡车部件。其他能够监控状况的路旁检测系统包括车轮冲击负载检测器（WILDs）、热车轮检测器（HWDs）、冷车轮检测器（CWDs）、卡车蛇行检测器（THDs）和车轮轮廓监控（WPM）系统。2009年进行的一项分析验证了研究、开发和实施ACMT的经济可行性。
虽然通过减少设备造成的脱轨和运行故障可以立即获得回报，但通過提高终点站效率和提高资产利用率可以实现长期效益。通过实施精益铁路建设原则，可以做出有关轨道车检查和维护的决策，从而提高调车场效率并提供全系统的经济效益。
2 精益在轨道车检验中的应用
使用以下四步流程，将以下精益铁路建设原则应用到轨道车检查和维护实践中：消除直接浪费、交换缓冲、减少可变性和执行持续改进。结果分析表明，就劳动力成本而言，混合的机器搜索人工决策检查过程的使用效率大约是纯人工检查的九倍。这些结果虽然仅限于一个一级铁路枢纽，但显示了显著减少运营浪费的潜力。虽然道旁检测技术尚未达到每个铁路枢纽都能从混合过程中受益的水平，但通过消除对健康车辆的人工检查，可以提高大部分检查的效率。除了这些节约之外，还可以通过消除其他形式的浪费、适当分配缓冲区和减少可变性来降低其他成本。
随着新检查技术的开发和实施，轨道车维护流程将需要不断检查和改进。不管管理者多么努力地追求可变性的减少，它将永远存在于生产系统中。因此，铁路管理层应该采取积极的方法来平衡时间、库存和容量缓冲。随着维护过程变得越来越具有预测性，可以根据需要订购新的轨道车零件，而不是保留大量未使用的零件。正如丰田的准时制生产方法所证明的那样，这种维护方法将减少库存缓冲。此外，随着轨道车维护效率的提高，车辆可用性和资产利用率也将提高。这将允许铁路公司及其客户通过清算未充分利用的轨道车来回收资本投资成本，或者利用现有的轨道车车队寻求新的业务。如果铁路公司选择减少其车辆车队的规模，通过移除或合并存储轨道和降低容量缓冲可以获得额外的节约。因此，使用精益原则的改进可以对整个铁路网的效率产生重大影响。
3 结论和讨论
与其他制造系统一样，铁路站场可以从精益生产方法的应用中显著受益。提出了一种将铁路精益化应用于轨道车检查和维护实践的方法，该方法采用四步方法：1）消除浪费;2）交换缓冲;3）减少可变性;4）执行持续改进。
为了消除与轨道车检查实践相关的操作浪费，首先，必须全面开发和集成能够监控所有安全关键轨道车部件的自动路旁检测系统。这将需要开发可靠和强大的状态监测系统，实现这一目标后，可能会采用新的法规来允许自动化技术来增强人工检查，从而形成更有效和高效的混合系统。其次，配备电控空气（ECP）制动系统[5]的列车在进行必要的空气制动器检查之前，允许行驶5 600公里。随着路旁检测系统被进一步结合到铁路机械实践中，检查之间的距离可能会增加和/或单个检查的人工需求会减少。
参考文献：
[1]宁乐振.精益生产在铁路货车维修中的应用分析[J].交通世界，2019，26（Z1）：268-269.
[2]秦晨龙.基于精益管理的呼和浩特铁路客车整备所业务流程优化[D].内蒙古大学，2018.
[3]张琦.武汉北编组站自动化驼峰事故率控制研究[D].华东交通大学，2017.
[4]蒋朝阳.一种网络布线自动检测系统的设计与应用[J].数字技术与应用，2018，36（11）：91-92.
[5]林晖，钱立新.重载列车有线电控空气制动系统的研究[J].中国铁道科学，2007，29（01）：63-70.
关键词：精益生产;列车检测;自动监控
中图分类号：U279.3 文献标识码：A
0 引言
在过去的一个世纪里，我国的列车检查和维护实践有了很大的发展。在铁路运输的早期，检查技术包括一把锤子用来“探测”破裂或破损的车轮，一根粉笔或其他标记设备来识别可能有缺陷的汽车，以及一个用于晚上检查火车的灯。在这些检车技术中，铁路车辆的安全性和可靠性在很大程度上取决于列车检查员的精神敏锐度、个人能力和后期培训。这些检车方法一直持续到20世纪下半叶，当时已开发了各种技术来更有效地检测轨道车设备缺陷。在过去的几十年里，我国在铁路货车检车技术的开发和实施方面投入了大量资金以实现减少相关设备的脱轨和运行故障。此外，与当前系统相比，这些技术有可能通过加强维护和保养和减少检查冗余来提高效率。在当前网络容量有限和对可靠服务需求更大的时代，提高调车场和终端效率将变得越来越重要。本文回顾和评估了终端操作背景下铁路货车检测的现状，并预测了与自动状态监控和改进维护策略相关的潜在优势。
1 研究动机和背景
早在1925年，铁路终点站就被认为是货运作业生产率损失的主要来源。到20世纪60年代，终点站的效率已经成为铁路工程研究的一个主要焦点。20世纪后半叶，随着铁路枢纽研究的继续，其他行业的管理技术也在不断发展，以提高生产和制造效率。在2000年，通过引入精益铁路建设，各种生产管理技术被应用于终点站作业。精益铁路建设通过提高铁路枢纽的整体能力、效率和资产利用率，提供了一种消除运营浪费的方式。随着铁路继续利用新的可用技术和管理策略，精益铁路建设的原则可以应用于终点站作业的各个方面，包括铁路货车检查和维修保养，以进一步提高效率。
1.1 精益铁路运输
精益铁路运输的概念是在2000年发展起来的，是一种提高终点站效率的方法。因为分类终端可以被认为是生产系统，所以它们的性能可以通过采用由三种成熟的生产管理技术组成的集成方法来提高：精益、约束理论和统计过程控制[1]。在本分析中，我们将只关注精益生产的概念，因为它已经以精益铁路建设的形式应用于铁路终端运营。
1990年，“精益生产”一词首次出现在麻省理工学院的一项研究中。该研究得出结论，丰田的生产技术优于汽车制造业的其他竞争对手[2]。这些发现有助于推动精益方法和其他原则的使用，这些原则首先由丰田公司实施，并已被世界各地的许多公司采用。虽然类似的原则以前曾在铁路枢纽中使用过，但精益技术的第一次正式应用是在2000年代初，由加拿大太平洋铁路（CPR）站场运营小组进行的。
精益被定义为使用最小缓冲成本生产商品或服务。过度缓冲的来源包括直接浪费和可变性。直接浪费是不需要的操作的精益术语。铁路站场设置中的示例包括：返工、事故、伤害、车辆损坏、不必要的运动和不必要的信息收集。大多数经理关注于减少直接浪费，但在减少可变性方面花费的精力较少。然而，可变性是浪费的一个基本来源，因为它需要以额外库存、容量或时间的形式进行缓冲。在铁路站场，过量库存缓冲的来源包括：燃料需求的可变性、需要维护的轨道车或机车的数量以及所需维护的范围。这些缓冲可以以柴油、货车部件、机车部件等储备供应的形式出现。列车到达的可变性和需要维护的意外缺陷会导致缓冲能力过剩，这可能包括额外的调车场轨道、汽车检查员或维修人员。最后，到达时间、检查和维修时间或劳动力可用性的可变性可以通过在列车时刻表中添加“空闲时间”来缓冲。所有这些缓冲都是铁路站场内各种过程固有的不确定性的结果，它们以间接浪费的形式导致不必要的成本。
德恩伯格制定了在终点站实施精益铁路的步骤，包括：消除直接浪费、交换缓冲区、减少可变性和执行持续改进。现在正在应用精益铁路建设的各个方面来提高终点站的性能。随着铁路不断寻求改善终端性能，新的方法和技术将被整合到调车场系统中，以进一步消除浪费和减少可变性。改进轨道车检查和维护实践是将精益流程与铁路终端运营相结合的一个途径。
1.2 自动控制和检查
首次推广准时制生产概念的丰田生产系统是精益生产概念的前身。除了准时制之外，丰田生产系统的一个主要元素是自动控制，或“人性化的自动化”[3，4]。正如精益技术已在更广泛的意义上应用于铁路终端运营一样，自动控制原则也可应用于轨道车检查和维护实践，以提高终端性能。如上所述，铁路终点站可以被视为一个工业生产系统。如果被“制造”的产品是由火车提供的高效、安全和可靠的运输，那么列车检验过程可以被比作质量控制的一种形式。
人和机器的模型已经被用来产生混合自动化，这通常比单独的人或机器表现得更好。总的来说，机器在执行缺陷检测（搜索）功能方面更快，而人类在做出关于缺陷的有效性和/或严重性的决策方面更好。在某些情况下，机器可以帮助人类做出这些决定。例如，计算机视觉系统可以突出显示数字图像中可能存在缺陷的位置，并且操作员将决定突出显示的部分是否实际包含缺陷。具有完善检测机制的轨道车检查系统（例如，车辆识别系统（WILDs）或自动驾驶系统（ABDs））可以进行编程，以便计算机在出现缺陷的可能性较高，但当缺陷可能性较低时，将由人工检验员做出决定。
在其他情况下，如机器视觉技术，机器可能不是总能够做出准确的决定，所以计算机搜索人类决策系统将是最合适的。例如，机器视觉系统可以识别出中梁有裂纹。该系统可以标记这辆车，突出显示有问题的位置，并允许汽车检查员目视检查中梁，并确认或拒绝计算机的建议。不管系统安排如何，这些技术有助于使得汽车检查员将注意力集中在最有可能有部件缺陷的汽车上。 1.3 当前列车检测情况
在列车离开调车场或终点站之前，放置在列车上的每节车厢都必须接受机械检查。此外，长途行驶的列车在行驶1500公里后必须停下来接受检查，但如果满足特殊条件，允许在两次检查之间行驶5600公里。当列车在终点站组装后进行初始检查时，该检查被称为初始终点站或一级检查，而1500公里的中间检查被称为一级检查。为了满足一级和二级检验的要求，铁路必须高度依赖货车的人工检验。目前的轨道车检查实践需要一名车检员沿着列车的整个长度行走或乘坐车辆，目视检查每辆车两侧的机械部件。根据汽车检查员的特殊经验或能力，这些检查的效率和效果会有所不同。由于人工检查固有的低效率和主观性，铁路公司开发了一些技术来增强汽车检查员的工作。
1.4 自动化状态监控技术（ACMT）
自20世纪90年代初以来，铁路行业开发、安装和维护能够监控货车部件状况的路旁检测系统。本文中称为自动状态监控技术（ACMT），这些系统使用各种传感机制来测量热、力、声音和视觉参数，以监控轨道车部件的状态。早期的路旁检测系统旨在识别途中有缺陷的部件，以防止轴颈轴承过热、拖动设备或其他缺陷导致的脱轨。这些检查系统对于防止脱轨是必不可少的，但是由于它们对缺陷检测的反应性方法，它们并没有极大地提高执行维护的效率。然而，以ACMT为代表的新检测系统有能力通过准确和客观的状态监测促进预防性维护。
此外也对轨道车部件进行状态监测，以便进行趋势分析和早期检测损坏的部件。例如，声学轴承检测器（ABDs）和卡车性能检测器（TPDs）等技术现在为机械部门管理人员提供了相关信息，以便在故障发生前移除有故障的轴颈轴承或卡车部件。其他能够监控状况的路旁检测系统包括车轮冲击负载检测器（WILDs）、热车轮检测器（HWDs）、冷车轮检测器（CWDs）、卡车蛇行检测器（THDs）和车轮轮廓监控（WPM）系统。2009年进行的一项分析验证了研究、开发和实施ACMT的经济可行性。
虽然通过减少设备造成的脱轨和运行故障可以立即获得回报，但通過提高终点站效率和提高资产利用率可以实现长期效益。通过实施精益铁路建设原则，可以做出有关轨道车检查和维护的决策，从而提高调车场效率并提供全系统的经济效益。
2 精益在轨道车检验中的应用
使用以下四步流程，将以下精益铁路建设原则应用到轨道车检查和维护实践中：消除直接浪费、交换缓冲、减少可变性和执行持续改进。结果分析表明，就劳动力成本而言，混合的机器搜索人工决策检查过程的使用效率大约是纯人工检查的九倍。这些结果虽然仅限于一个一级铁路枢纽，但显示了显著减少运营浪费的潜力。虽然道旁检测技术尚未达到每个铁路枢纽都能从混合过程中受益的水平，但通过消除对健康车辆的人工检查，可以提高大部分检查的效率。除了这些节约之外，还可以通过消除其他形式的浪费、适当分配缓冲区和减少可变性来降低其他成本。
随着新检查技术的开发和实施，轨道车维护流程将需要不断检查和改进。不管管理者多么努力地追求可变性的减少，它将永远存在于生产系统中。因此，铁路管理层应该采取积极的方法来平衡时间、库存和容量缓冲。随着维护过程变得越来越具有预测性，可以根据需要订购新的轨道车零件，而不是保留大量未使用的零件。正如丰田的准时制生产方法所证明的那样，这种维护方法将减少库存缓冲。此外，随着轨道车维护效率的提高，车辆可用性和资产利用率也将提高。这将允许铁路公司及其客户通过清算未充分利用的轨道车来回收资本投资成本，或者利用现有的轨道车车队寻求新的业务。如果铁路公司选择减少其车辆车队的规模，通过移除或合并存储轨道和降低容量缓冲可以获得额外的节约。因此，使用精益原则的改进可以对整个铁路网的效率产生重大影响。
3 结论和讨论
与其他制造系统一样，铁路站场可以从精益生产方法的应用中显著受益。提出了一种将铁路精益化应用于轨道车检查和维护实践的方法，该方法采用四步方法：1）消除浪费;2）交换缓冲;3）减少可变性;4）执行持续改进。
为了消除与轨道车检查实践相关的操作浪费，首先，必须全面开发和集成能够监控所有安全关键轨道车部件的自动路旁检测系统。这将需要开发可靠和强大的状态监测系统，实现这一目标后，可能会采用新的法规来允许自动化技术来增强人工检查，从而形成更有效和高效的混合系统。其次，配备电控空气（ECP）制动系统[5]的列车在进行必要的空气制动器检查之前，允许行驶5 600公里。随着路旁检测系统被进一步结合到铁路机械实践中，检查之间的距离可能会增加和/或单个检查的人工需求会减少。
参考文献：
[1]宁乐振.精益生产在铁路货车维修中的应用分析[J].交通世界，2019，26（Z1）：268-269.
[2]秦晨龙.基于精益管理的呼和浩特铁路客车整备所业务流程优化[D].内蒙古大学，2018.
[3]张琦.武汉北编组站自动化驼峰事故率控制研究[D].华东交通大学，2017.
[4]蒋朝阳.一种网络布线自动检测系统的设计与应用[J].数字技术与应用，2018，36（11）：91-92.
[5]林晖，钱立新.重载列车有线电控空气制动系统的研究[J].中国铁道科学，2007，29（01）：63-70.