動車組可靠性評估及維修策略優(yōu)化方法研究.pdf

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

2、行建模及可靠性評估，而少部分整車可靠性評估也是在“維修如新”的完全維修假設條件下進行分析。事實上，對于動車組這種復雜可修系統(tǒng)而言，僅對故障系統(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，需要對動車組的整車可靠性建模方法進行改進，加強考慮各故障的危害程度及風險、費用等影響，著重對動車組的維修策略進行相關研究。
　　本文主要以動車組及其組成的各系統(tǒng)為主要研究對象，圍繞動車組可靠性評估與維修策略優(yōu)化的問題，采用包

3、括統(tǒng)計學、可靠性理論、維修工程學、生命周期評價理論以及計算機仿真模擬等多學科理論與技術，將理論研究、模型開發(fā)與應用驗證相結合，在以下幾個方面進行了創(chuàng)新性研究:
　　(1)針對動車組可靠性建模的特點分析，基于模塊化理論建立動車組系統(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，驗證所建模型及分析程序的準確性。該模型考慮了動車組零部件的功能、結構、材料、壽命等相關屬性，采用層次分析法明確各零部件的相關關系，

4、進而建立綜合關系矩陣與系統(tǒng)聚類數(shù)學模型。通過仿真計算，給出了適用于動車組可靠性分析的系統(tǒng)劃分結果。所得的研究結論為動車組系統(tǒng)可靠性建模及分析奠定了理論基礎。該系統(tǒng)劃分方法有利于實現(xiàn)動車組模塊化設計，從而減少維護維修工作量，縮短維修時間，降低生命周期成本。
　　(2)動車組各系統(tǒng)的可靠度是評價整車可靠性的關鍵環(huán)節(jié)之一?；趧榆嚱M運用故障數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計學原理與可靠性理論對動車組各系統(tǒng)的故障規(guī)律及可靠性進行了研究。通過分析動車組各系統(tǒng)的

5、結構及功能關系，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，推導并證明各系統(tǒng)可靠性規(guī)律，給出各系統(tǒng)可靠性評估指標及計算方法。
　　(3)基于動車組正常、故障兩狀態(tài)以及系統(tǒng)相互獨立的假設條件，通過動車組的功能結構分析，建立了動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。并通過蒙特卡洛仿真計算方法，驗證了該可靠性模型的合理性與有效性。
　　(4)從動車組

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。該模型是對動車組可修系統(tǒng)的理論分析基礎上，建立的非齊次泊松過程的數(shù)學模型，它避免各系統(tǒng)不利因素的干擾，實現(xiàn)對動車組整車可靠性的有效評價。通過將該模型計算結果與基于結構功能的動車組可靠性模型的計算結果進行對比分析，證明該模型能較好的反映動車組可靠性規(guī)律，并且與實際運用故障數(shù)據(jù)有較好的擬合性。
　　(5)在建立動車組和各系統(tǒng)的可靠性模型基礎上，對動車組維修方式與預防維修

7、周期等維修策略進行優(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防維修周期模型對大型復雜系統(tǒng)的局限性，首次提出了基于風險—可用度的預防維修周期優(yōu)化模型。該模型可以在保證可用度滿意的前提下，使維修費用大幅降低，為提高動車組可用度、降低維修費用提供可行有效的維修決策模型和方法。
　　(6)為達到新購動車組運用要求，對可靠性維修性參數(shù)及其指標進行分析與論證。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)與指標選