一種動車組子系統(tǒng)關(guān)鍵部件運用可靠性評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軌道車輛安全領(lǐng)域，尤其是涉及一種動車組子系統(tǒng)關(guān)鍵部件運用可靠 性評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動車組是極端服役條件下的具有先進功能的復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)。近年來，一方面我國 動車組上線運用數(shù)量日益增多，另一方面，國內(nèi)在動車組運用與維修方面也面臨著先期經(jīng) 驗匱乏的客觀事實，評估動車組子系統(tǒng)關(guān)鍵部件運用可靠性水平，一方面可以為保障車輛 的運行安全提供依據(jù)，另一方面還可以為列車的修程修制優(yōu)化提供支撐，從而實現(xiàn)列車運 行過程中"安全性"與"經(jīng)濟性"的有機結(jié)合。為了切實保證動車組運行安全和經(jīng)濟可用， 迫切需要一套基于上線運用現(xiàn)場數(shù)據(jù)的動車組子系統(tǒng)關(guān)鍵部件運用可靠性評估方法。然而 目前還沒有有效的可靠性評估方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的空白而提供一種有效的動車組 子系統(tǒng)關(guān)鍵部件運用可靠性評估方法。
[0004] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0005] 一種動車組關(guān)鍵部件運行可靠性評估方法，包括以下步驟：
[0006] (1)構(gòu)建標準化動車組子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹，該動車組子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹的最底層為動車組 運用現(xiàn)場最小不可拆分部件，每棵樹所有層次的部件名稱和數(shù)量相同；
[0007] (2)根據(jù)動車組實際上線運用情況，按投入運用時間劃分車組批次；
[0008] (3)記錄同一批次動車組的標準化部件現(xiàn)場發(fā)生故障的時間點Xi，i= 1，2,3. ..，r，r為故障個數(shù)；
[0009] (4)根據(jù)動車組現(xiàn)場動態(tài)維修記錄的離散時間與運行里程信息的關(guān)系，計算對應(yīng) 的動車組運行里程Xpi= 1，2, 3. . .，r;
[0010] (5)計算Xi的均值0、方差s、二階矩y2、三階矩y3、四階矩y4、偏度Cs、峰度(； 和對數(shù)化樣本的偏度Cs'、峰度C/ ;
[0011] (6)計算部件故障樣本的平均失效率，得到失效率表；
[0012] (7)選擇部件壽命分布模型，確定部件可靠度函數(shù)估計方法；
[0013] (8)確定單個部件平均故障間隔時間和可靠度函數(shù)；
[0014] (9)確定車組級部件平均故障間隔時間和可靠度函數(shù)；
[0015] (10)利用可靠度函數(shù)對各個部件進行可靠性評估。
[0016] 所述的步驟（2)中，從第一批動車投入運行開始，同一批次的所有車組投入運用 時間相差不超過一年。
[0017] 所述的步驟（4)中，采用分段線性插值的方式來獲得Xi。
[0018] 所述的步驟（5)具體包括以下步驟：
[0019] (5-1)根據(jù)下列公式計算Xi的均值0、方差s、二階矩y2、三階矩y3、四階矩y4、 偏度Cs、峰度C6:
[0025] Cs=y3/03
[0026] ce= y4/〇4；
[0027] (5-2)將Xi作對數(shù)變換，重復(fù)步驟（5-1)得到對數(shù)化樣本的偏度Cs'、峰度Ce'。
[0028] 所述的步驟（6)具體包括以下步驟：
[0029] (6-1)將動車組總運行時間分成k個時間區(qū)間Ax，計算每個時間區(qū)間長度：
[0030] Ax= (La-Sm)/k
[0031] 其中，k=l+3.31gr，LaSXi的最大值，S"^Xi的最小值；
[0032] (6-2)計算部件故障樣本的平均失效率RAX,.):
[0034] 其中，為第i個時間區(qū)間Axi內(nèi)的失效率頻數(shù)，i= 1，2, 3. . .，k，r為進 入第i個時間區(qū)間時的樣本數(shù)，1^4=r-rh，:^指進入第i個時間區(qū)間的累積失效率。
[0035] 所述的步驟（7)具體包括以下步驟：
[0036] (7-1)判斷部件故障數(shù)據(jù)個數(shù)，若大于10,則進入步驟（7-2);否則返回步驟 (7-1)；
[0037] (7-2)若| 0 -s| < ( 0 +s)/5,則部件壽命服從指數(shù)分布，否則進入步驟（7-3);
[0038] (7-3)若|Cs |〈0. 5且|Ce_3 |〈0. 5,則部件壽命服從正態(tài)分布，否則進入步驟 (7-4)；
[0039] (7-4)若|Cs' |〈0. 5且|C/ -3 |〈0. 5,則部件壽命服從對數(shù)正態(tài)分布，否則進入步 驟（7-5);
[0040] (7-5)根據(jù)步驟（6)中得到的平均失效率表，計算AAi:
[0042] 若
對于i= 1，2, ...k均成立，則部件壽命服從指數(shù)分布，否則進 入步驟（7-6);
[0043] (7-6)對步驟（7-5)中AAp記AApO的個數(shù)為a，AA^ 〇個數(shù)為b，若a/ b多3/4,則部件壽命服從威布爾分布，否則部件壽命分布無規(guī)律，可靠性評估采用非參數(shù) 方法。
[0044]所述的步驟⑶具體為：
[0045] (8-1)若部件壽命服從指數(shù)分布，則將動車組部件壽命數(shù)據(jù)作為無替換定時截尾 情形，即有n件產(chǎn)品投入使用，到規(guī)定的時間X(l進行數(shù)據(jù)收集，依照時間的先后記錄截止到 規(guī)定時間的失效時間，對應(yīng)的里程數(shù)據(jù)為XiS X2彡...彡X y
[0046] 根據(jù)定時截尾樣本數(shù)據(jù)，獲得該樣本的可靠度似然函數(shù)L( 0 ):
[0048]其中：
為總運行時間，對L( 0 )取對數(shù)并求導(dǎo)，求解似然 方程，得到0和A的極大似然點估計為：
[0050] (8-2)若部件壽命服從威布爾分布，則密度函數(shù)為：
[0052] 根據(jù)定時截尾樣本數(shù)據(jù)，得到該樣本的可靠度似然函數(shù)：
[0054] 使用參數(shù)估計迭代數(shù)值求解算法求解以下方程組：
[0056] 得到可靠度函數(shù)為：
[0058] (8-3)若部件壽命服從對數(shù)正態(tài)分布，則密度函數(shù)為：
[0060] 定時截尾時可靠度似然函數(shù)為：
[0062] 設(shè)ZQ=(InxQ-y) / 〇，標準正態(tài)分布函數(shù)①（_ZQ) = 1-①（ZQ)，并且記①（ZQ)為 標準正態(tài)分布密度函數(shù)，則似然方程為：
[0064] 使用參數(shù)估計近似數(shù)值求解算法求解上述方程組，即可得到參數(shù)y、〇的極大似 然估計，從而得到可靠度函數(shù)；
[0065] (8-4)若部件壽命服從正態(tài)分布，正態(tài)分布的求解為：將對數(shù)正態(tài)分布密度函數(shù) f(x)中的lnx替換為X，其余步驟與對數(shù)正態(tài)分布的求解方法相同；
[0066] (8-5)若部件壽命分布無規(guī)律，令收集到的部件數(shù)據(jù)為XpXyXi. . .Xy當(dāng)Xi是故障 數(shù)據(jù)時，令Si=l;當(dāng)&是右截尾數(shù)據(jù)時，令S,=〇,將數(shù)據(jù)記為（Xi，6山1= 1，2，...，1*， 將這些七按從小到大排列，為xx2彡..?彡x ^
[0067] 可靠度函數(shù)的乘積限估計為：
[0069] 平均壽命估計如下：
[0071] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0072] 1)針對我國動車組運用現(xiàn)場實際情況，將動車組標準化并建立子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹，有 助于建立標準化數(shù)據(jù)分析模型，解決動車組上線運用可靠性分析缺乏的問題。
[0073] 2)通過對故障數(shù)據(jù)分布類型進行判別，根據(jù)分布類型計算可靠度函數(shù)，提高可靠 性估計的準確度。
[0074] 3)本發(fā)明的基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的動車組關(guān)鍵部件運行可靠性評估方法也適用于其他 軌道車輛部件的運行可靠性分析。
【附圖說明】
[0075] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0076] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0077] 如圖1所示，本實施例的方法實現(xiàn)具體包括以下步驟：
[0078] S01，構(gòu)建動車組子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹。
[0079] 動車組子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹的最低層為動車組運用現(xiàn)場最小不可拆分部件，每棵樹所有 層次的部件名稱和數(shù)量相同。
[0080] S02,劃分車組批次。
[0081] 根據(jù)動車組實際上線運用情況，可將車組按投入運用時間分成不同批次。如，不同 批次車組投入運用時間間隔一般在2到3年以上，故投入運用時間間隔不超過一年的車組 列可認為同一批次。
[0082] S03,故障時間點記錄。
[0083] 記錄同一批次動車組的標準化部件現(xiàn)場發(fā)生故障的時間點ivi= 1，2, 3. ..r，r 為故障個數(shù)。
[0084] S04,故障運行時間計算。
[0085] 根據(jù)動車組現(xiàn)場動態(tài)維修記錄的離散時間_運行里程信息，采用分段線性插值的 方式計算各個時間點Xi上對應(yīng)的動車組運行里程xpi= 1，2, 3. . .r。
[0086] S05,統(tǒng)計數(shù)據(jù)參數(shù)計算。
[0087] 將動車組總運行時間分成k個時間區(qū)間Ax，計算Xi的均值0、方差s、二階矩y2、 三階矩U2、四階矩U4、偏度Cs、峰度(；和對數(shù)化樣本的偏度Cs'、峰度C/，具體包括以下步 驟：
[0088] S0501，將動車組總運行時間分成k個時間區(qū)間Ax，計算每個時間區(qū)間長度
[0089] Ax= (La-Sm)/k
[0090]其中，k= 1+3. 31gr，LaSx1最大值，SmSx1最小值。
[0091] S0502,根據(jù)下列公式計算Xi的均值0、方差s、二階矩y2、三階矩y3、四階矩y4、 偏度Cs、峰度C6:
[0097] Cs=y3/03
[0098] ce=y4/〇4。
[0099] S0503,將Xi作對數(shù)變換，重復(fù)步驟（5-2)得到對數(shù)化樣本的偏度Cs'、峰度Ce'。
[0100] S06,計算失效率表。
[0101] 計算部件故障樣本的平均失效率ICAxj，得到失效率表：
[0103] 其中，Ari為第i個時間區(qū)間Ari內(nèi)的失效率頻數(shù)，i= 1，2,3. 為進入 第i個時間區(qū)間時的樣本數(shù)，1^4=r-rh，:^指進入第i個時間區(qū)間的累積失效率。
[0104] S07,壽命分布模型選擇。
[0105] 選擇部件壽命分布模型，確定部件可靠度函數(shù)估計方法，具體包括以下步驟：
[0106] S0701，判斷部件故障數(shù)據(jù)個數(shù)，若大于10,則進入步驟S0702。
[0107] S0702,若| 0 -s| < ( 0 +s)/5,則部件壽命服從指數(shù)分布，否則進入步驟S0703。
[0108] S0703,若|CS|〈0. 5且|Ce-3|〈0. 5,則