軌道交通車輛門系統可靠性數據收集與統計分析

劉斌坤 朱文明 曹芳芳 劉潤波

(南京康尼機電股份有限公司，210038，南京∥第一作者，高級工程師)

可靠性數據是軌道車輛門系統可靠性設計和評價的基本依據，對可靠性數據的分析則是一切可靠性工作的基礎。通過有計劃、有目的地收集與統計分析門系統壽命周期各階段的可靠性數據，可定量地評估門系統的可靠性水平，發現其可靠性的薄弱環節和產生原因，經過有針對性地改進，使門系統的質量與可靠性水平不斷增長。所以，可靠性數據的收集與統計分析在門系統可靠性工程中具有舉足輕重的地位。

1 可靠性數據收集與統計分析的目的

軌道交通車輛門系統可靠性數據是指門系統壽命周期各階段的可靠性工作及活動中所產生的能夠反映門系統可靠性水平及狀況的各種數據，可以是數字、圖表、符號、文字、圖形、圖像等形式。

可靠性數據收集與統計分析的目的是找出軌道交通車輛門系統可靠性設計的薄弱環節，提出改進措施，提高門系統可靠性設計水平。具體工作內容如下:

(1)根據可靠性數據提供的信息，改進門系統的設計、制造工藝，提高門系統的固有可靠性，并為新產品研制時，不同方案的可靠性的對比和選擇提供有效依據;

(2)根據可靠性數據提供的信息，預測和評估門系統實際使用下可靠性水平，開展門系統的可靠性設計;

(3)根據可靠性數據提供的信息，實時監控門系統的可靠性水平［1］。

2 可靠性數據收集與統計分析流程

在實施可靠性數據收集與分析時應有周密的計劃和流程，參見圖1。

圖1 可靠性數據收集與分析流程

3 可靠性數據收集程序和方法

可靠性數據主要包括試驗數據和現場數據。從實驗室得到的數據是質量優良的數據，因為數據的收集者往往是分析數據的本人，對試驗目的、方法完全了解，并親自觀測和記錄數據，所獲得數據的不確定性很小。而現場數據反映了產品在實際使用環境和維護條件下的情況，比模擬條件更代表了產品的表現。軌道交通門系統可靠性數據多為現場數據。

現場數據收集的影響因素很多，再現性較低，因此可靠性數據收集前需有詳盡的計劃和細致的考慮其一般程序見圖 2［2］。

圖2 可靠性數據收集的一般程序

門系統現場數據的收集要制定統一規范的表格，記錄內容主要包括產品的運營信息、產品的標識信息、產品所處的階段、產品的故障信息等，其中故障判據要盡可能明確、直觀和易測。目前，門系統現場數據已有較完善的收集系統，現場客服人員只要定期把可靠性數據錄入故障報告、分析及糾正措施系統(FRACAS)中即可，這樣就保證了數據的及時、真實和完整。

4 可靠性數據整理

收集到的現場可靠性原始數據往往是雜亂無章的，無法直接對門系統的可靠性進行分析，無法做出判斷，必須經過一系列的整理分析后，才能通過看似雜亂的大量數據中找出其規律性。

4.1 故障分類

軌道交通車輛門系統主要包括城市軌道交通車輛門系統和鐵路車輛門系統。由于門系統結構較復雜，影響也不盡相同，為了便于比較分析，把城市軌道交通車輛門系統故障分為庫檢故障、可忽略故障、輕微故障、延遲故障、下線故障、不能發生故障、清客故障、救援故障;鐵路車輛門系統故障分為庫檢故障、可忽略故障、1 類故障、2 類故障、3 類故障。二者門系統可靠性都分為固有可靠性、服務可靠性和影響運營可靠性，參見表1。

4.2 故障判據

故障判據根據所評估的可靠性分類不同而有所區別。對于固有可靠性，凡是關聯故障都應記入，對于服務可靠性與影響運營可靠性，只記錄造成相應影響的關聯故障。

(1)如果在工作過程中發生以下故障，應記為關聯故障:①設計缺陷或制造工藝缺陷造成的故障;②零部件或元器件缺陷造成的故障;③耗損件在壽命期內發生的故障;④產品在運營期間造成服務影響的不明原因故障。

(2)如果在工作過程中發生以下故障，應記為非關聯故障:①由于主機廠或業主安裝調試不當造成的故障;②試驗設備、檢測設備發生的故障，以及由此引起的受試產品的故障;③使用中由于意外事故、惡意破壞或誤操作引起的故障;④由其他產品引起的從屬故障;⑤在同一部件第二次或相繼出現的間隙故障;⑥在尋找故障、修復驗證或正常維護調整中，由這些行為所引起的故障;⑦由于超過設計要求的過應力所造成的故障;⑧超壽命期工作時出現的故障;⑨其他任何非系統的獨立故障引起的失敗或故障。

至于關聯故障和非關聯故障的變更，當滿足下列條件時，已判定為關聯故障的，可以重新判定為非關聯故障:

(1)經過故障分析、采取了相應有效的糾正措施，并有足夠的證據證明糾正措施對消除故障完全有效;

(2)已得到訂購方對故障進行重新分類的批準［3］。

5 可靠性數據統計分析

可靠性數據統計分析方法的選擇多取決于數據分析評價的目的和收集的數據完整性，對于軌道交通車輛門系統而言，可靠性數據統計分析一般采取時間截尾試驗中點估計及置信區間評估方法。

可靠性數據和統計評估的參數輸入形式如下:①進行評估的產品或部件的累計工作時間T;②進行評估的產品或部件累計工作時間T 內的故障次數r;③置信區間評估時需給定的顯著水平α，或給定的置信水平1-α。

失效率的點估計為:

失效率的單邊置信區間上限為:

失效率的雙邊置信區間為:

MTBF(平均無故障時間)的點估計為:

MTBF 的單邊置信下限為:

MTBF 的雙邊置信區間為:

在進行MTBF 的點估計與區間估計的統計分析中，要注意以下幾點。

(1)對于產品級的可靠性評估，總時間T 為評估時間段內產品的工作時間;對于零部件級的可靠性評估，總時間T 為評估時間段內零部件的工作時間;

(2)若未觀測到失效，則不能使用MTBF 的點估計進行評估，但可確定MTBF 的單邊下限或失效率的單邊上限;

(3)一般通過點估計和區間估計方法計算MTBF 時，累積工作時間至少大于3 倍目標值，如果累積工作時間較少則不進行MTBF 值定量計算，僅作是否拒絕定性判定。判定規則如下:①若累積工作時間小于2 倍目標值時，最大接受的故障數為1;②若累積工作時間介于2 倍目標值和3 倍目標值之間時，最大接受的故障數為2;③使用時間進行評估的地方，可以用距離、周期或其他適用的量來替代;④置信水平90%的含義為，將有90%的概率包含特征量的真值。

6 結語

本文涉及的軌道交通車輛門系統可靠性數據收集與統計分析是針對門系統壽命周期內各階段的可靠性工作，總結分析了可靠性數據收集與統計的目的、一般流程、可靠性數據收集程序和方法，以及可靠性數據整理和可靠性數據統計分析。尤其是針對目前軌道交通行業故障和可靠性定義不統一現象，提出了針對門系統的故障和可靠性定義及其統計分析方法，為軌道交通車輛門系統可靠性工作的開展奠定了基礎。

［1］趙宇，楊軍，馬小兵.可靠性數據分析教程［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2009.

［2］閆鵬，高明君，陳煒剛.裝備維修性數據收集與分析方法研究［J］.科學技術與工程，2006(24):3919.

［3］須雷.起重機可靠性數據的收集與分析［J］.起重運輸機械，1998(10):12.

［4］曾世文，朱文明.軌道車輛門系統故障及可靠性分類與度量指標的研究［J］.機械設計與制造工程，2013(10):75.