動(dòng)車組可靠性評(píng)估及維修策略優(yōu)化方法研究.pdf

1、動(dòng)車組的高可靠性已經(jīng)成為高速鐵路的一個(gè)重要特征。而如何評(píng)估動(dòng)車組的可靠度以及如何通過恰當(dāng)?shù)木S修手段來提高動(dòng)車組的可靠度已成為保障高速鐵路安全性與可靠性的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)階段，我國動(dòng)車組的性能與國際先進(jìn)水平的差距不斷減小，但在動(dòng)車組可靠性評(píng)估方面還有待提高，因而動(dòng)車組可靠性技術(shù)已經(jīng)在本行業(yè)領(lǐng)域中引起了高度重視。可靠性建模是動(dòng)車組可靠性研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，正確建模是實(shí)現(xiàn)可靠性評(píng)估與可靠性增長的前提和保證。目前，該領(lǐng)域僅僅圍繞各系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)

2、行建模及可靠性評(píng)估，而少部分整車可靠性評(píng)估也是在“維修如新”的完全維修假設(shè)條件下進(jìn)行分析。事實(shí)上，對(duì)于動(dòng)車組這種復(fù)雜可修系統(tǒng)而言，僅對(duì)故障系統(tǒng)的維修，常常是建立在“維修如舊”的最小維修前提條件下開展研究。因此，需要對(duì)動(dòng)車組的整車可靠性建模方法進(jìn)行改進(jìn)，加強(qiáng)考慮各故障的危害程度及風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用等影響，著重對(duì)動(dòng)車組的維修策略進(jìn)行相關(guān)研究。
　　本文主要以動(dòng)車組及其組成的各系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，圍繞動(dòng)車組可靠性評(píng)估與維修策略優(yōu)化的問題，采用包

3、括統(tǒng)計(jì)學(xué)、可靠性理論、維修工程學(xué)、生命周期評(píng)價(jià)理論以及計(jì)算機(jī)仿真模擬等多學(xué)科理論與技術(shù)，將理論研究、模型開發(fā)與應(yīng)用驗(yàn)證相結(jié)合，在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新性研究:
　　(1)針對(duì)動(dòng)車組可靠性建模的特點(diǎn)分析，基于模塊化理論建立動(dòng)車組系統(tǒng)劃分的聚類模型，采用層次分析法與種群遺傳算法編制仿真程序，通過敏感度分析，驗(yàn)證所建模型及分析程序的準(zhǔn)確性。該模型考慮了動(dòng)車組零部件的功能、結(jié)構(gòu)、材料、壽命等相關(guān)屬性，采用層次分析法明確各零部件的相關(guān)關(guān)系，

4、進(jìn)而建立綜合關(guān)系矩陣與系統(tǒng)聚類數(shù)學(xué)模型。通過仿真計(jì)算，給出了適用于動(dòng)車組可靠性分析的系統(tǒng)劃分結(jié)果。所得的研究結(jié)論為動(dòng)車組系統(tǒng)可靠性建模及分析奠定了理論基礎(chǔ)。該系統(tǒng)劃分方法有利于實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組模塊化設(shè)計(jì)，從而減少維護(hù)維修工作量，縮短維修時(shí)間，降低生命周期成本。
　　(2)動(dòng)車組各系統(tǒng)的可靠度是評(píng)價(jià)整車可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。基于動(dòng)車組運(yùn)用故障數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理與可靠性理論對(duì)動(dòng)車組各系統(tǒng)的故障規(guī)律及可靠性進(jìn)行了研究。通過分析動(dòng)車組各系統(tǒng)的

5、結(jié)構(gòu)及功能關(guān)系，建立各系統(tǒng)的故障樹模型。分析各系統(tǒng)的故障模式、故障頻度、故障原因以及故障影響，推導(dǎo)并證明各系統(tǒng)可靠性規(guī)律，給出各系統(tǒng)可靠性評(píng)估指標(biāo)及計(jì)算方法。
　　(3)基于動(dòng)車組正常、故障兩狀態(tài)以及系統(tǒng)相互獨(dú)立的假設(shè)條件，通過動(dòng)車組的功能結(jié)構(gòu)分析，建立了動(dòng)車組整車可靠性模型。該模型適用于各系統(tǒng)故障規(guī)律已知的情況下，求解整車系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。并通過蒙特卡洛仿真計(jì)算方法，驗(yàn)證了該可靠性模型的合理性與有效性。
　　(4)從動(dòng)車組

6、整車角度出發(fā)，本文首次提出了基于“維修如舊”的最小維修可靠性模型。該模型是對(duì)動(dòng)車組可修系統(tǒng)的理論分析基礎(chǔ)上，建立的非齊次泊松過程的數(shù)學(xué)模型，它避免各系統(tǒng)不利因素的干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)車組整車可靠性的有效評(píng)價(jià)。通過將該模型計(jì)算結(jié)果與基于結(jié)構(gòu)功能的動(dòng)車組可靠性模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，證明該模型能較好的反映動(dòng)車組可靠性規(guī)律，并且與實(shí)際運(yùn)用故障數(shù)據(jù)有較好的擬合性。
　　(5)在建立動(dòng)車組和各系統(tǒng)的可靠性模型基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)車組維修方式與預(yù)防維修

7、周期等維修策略進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)各零部件的危害程度，優(yōu)化其維修方式。通過分析基于可用度制定預(yù)防維修周期模型對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)的局限性，首次提出了基于風(fēng)險(xiǎn)—可用度的預(yù)防維修周期優(yōu)化模型。該模型可以在保證可用度滿意的前提下，使維修費(fèi)用大幅降低，為提高動(dòng)車組可用度、降低維修費(fèi)用提供可行有效的維修決策模型和方法。
　　(6)為達(dá)到新購動(dòng)車組運(yùn)用要求，對(duì)可靠性維修性參數(shù)及其指標(biāo)進(jìn)行分析與論證。根據(jù)可靠性維修性參數(shù)選擇的基本原則，給出確定參數(shù)與指標(biāo)選