鐵路貨車故障模式危害性分析方法

喬萬華

摘 要： 貨運列車經常發生各種類型的故障，建立各種故障的危害程度模型有利于根據危害程度的大小分別采取相應的措施，采用模糊綜合評價與層次分析法建立故障危害層次模型，并進行了實證分析，得到貨運列車故障危害程度綜合數據與現實情況相符。

關鍵詞：鐵路貨車 故障模式 模糊綜合評判法 層次分析 危害性

中圖分類號：U270 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）07-0218-02

引言

風險優先法和危害性矩陣法是近年來常用的對危害性進行定量分析的方法。但是這種方法的應用尚且存在一定程度的局限性， 但是這兩種方法都無法解決故障分析過程中故障本身的模糊性與不確定性，并且對一些產品故障分析的積累尚顯不足， 因而難以積累有效的故障數據， 因而無法對故障所產生的危害性進行直接分析。所以不同領域中的故障危害性分析中都采用了不同形式的模糊評判方法來對其故障危害性進行分析， 這種方法可以將傳統的對故障危害的定性分析轉變為定量分析， 可以從其中得到定量分析的結果， 相對于定性的分析方法更加的準確，并且效果也相對較好。指標權重的確定是模糊綜合評價方法是否有效的關鍵， 各種因素權重的有效性會直接對評判的結果產生直接的影響。傳統的專家評價方法容易受到專家個人主觀因素的影響， 造成評價的結果難以和現實情況相符， 甚至很多時候得出的結論會背離現實情況，通過層次分析法建立故障危害性的層層影響因素并給予每層因素以確定的權重會使得真個指標權重體系更加的嚴謹、科學合理， 能夠在一定程度上消除由于人為主觀因素造成的權重失當， 確保權重的有效性。常規性危害分析方法以及模糊綜合評價方法是貨運列車故障危害性分析的常用的方法。雖然在數據充足的情況下采用上述兩種模型均能夠達到較好的效果，但是在缺乏關鍵數據的情況下得到的效果卻不盡人意。本文綜合采用了模糊綜合分析與層次分析兩種分析方法， 首先通過模糊分析方法可以有效的解決故障形式多樣以及故障的模糊不確定的問題，通過層次分析法建立故障危害性的層層影響因子模型， 保障整個模型體系的科學性與客觀性。

一、鐵路貨車故障模式危害性分析的模糊數學方法

1.模糊綜合評價模型

模糊評價模型的建立首先要建立因素集合以及評價集合，可以將因素集合看作為影響故障危害性的各種因素所組成的集合，假設當前具有n個影響因素，那么因素組成的集合可以表示成如下的形式：

評價集合是對象所可能產生的評價結果所組成的集合，假設可能的評判結果有m個那么可以將評價的集合表示為：

接著需要構建指標權重集合，由于權重選取會直接影響到綜合評判結果的準確性因而必須嚴格按照權重確定的流程與貨運列車故障的實際來合理的選擇權重，由于傳統的德爾菲打分法以及調查法都存在著很強的主觀性，不確定性較大，所以很多時候得出的結果會偏離基本的客觀事實，并且難以采用定量的方法表示，非常容易造成結果失準，最終得到無實際意義的結果，而采用層次分析法可以在一定程度上解決該問題，采用層次分析法確定權重集合的過程如下：

首先構建判斷矩陣，其中用來表示評價因素，假設評價因素為n種，建立一個因素相對于其他因素的重要性參數，重要性參數的取值可以分為以下等級，如果二者同等重要，那么該數值取1，如果前者比后者稍微重要那么該數值量化為3，如果前者比后者明顯重要那么該數值取值為5，如果前者比后者重要程度強烈那么該數值取值為7，如果前者比后者極端重要那么該數值取值為9。然后計算判斷矩陣的特征值以及其所對應的特征向量，得到最大的特征值及其所對應的最大的特征向量，通過對特征向量的歸一化處理可以得到各個評價因素的重要性的排序，并且通過下列公式可以對上述等級劃分進行一致性檢驗：

其中CR表示的是矩陣的隨機一致性比率，CI表示的是矩陣的一致性指標，RI表示判斷矩陣的平均隨機一致性；如果其隨機一致性比率小于0.1那么可以認為判斷矩陣的一致性較好，說明權重的分類較為恰當，否則直到最終滿意的程度為止。由于采用層次分析法進行模糊綜合評判的過程中，某層次的判斷往往取決于對其下一層次的判斷，本文采用的是兩層二級的模糊綜合評價方法來對上述因素進行綜合分析。在本算法中采用的合成運算模型共有4種，為了涉及到所有的評判因素以及單因素評判所涉及的信息，本文采用的算子包括乘法模型、加法模型等充分考慮到了各因素的影響以及單因素評判結果。單因素評判矩陣是通過對各個因素的分析的基礎上建立起來的，其中所涉及的隸屬函數可以采用專家評判法來確定。當然由于系統十分的復雜可以在系統進行模糊綜合評判的基礎上，對高一層次的系統進行相應的模糊評判。

2.危害程度

模糊評價模型的綜合評判結果可以采用加權處理的方式，那么經過模糊綜合處理之后所得到的最終的故障危害程度可以表示為權重數值與相應對應的危害乘機得到的綜合故障評價的指標。

二、實證分析

本文采用數學模糊方法與層次分析法對貨運列車所用到的車鉤的故障模式的危害性進行了建模分析。車鉤在運用過程中常見的故障包括鉤舌裂紋、鉤尾銷孔出現裂紋以及鉤舌磨損嚴重和鉤尾銷孔磨損嚴重以及三態作用問題，接下來利用數學模糊方法來建立因素集合以及因素等級集合。對車鉤故障危害產生影響的主要因素包括故障發生的概率、故障的嚴酷度、故障的檢測難易程度、故障的維修難以程度等可以將上述因素集合分為{故障發生概率的等級、嚴酷度等級、檢測難度等級與維修難易程度等級}，其中能夠對車鉤故障危害性產生影響的因素等級可以表示為：

根據車鉤各種故障危害程度的不同可以將評價集合定義為5個不同的等級，其中各個級別具體的含義如下表所示：

通過聘請專家來對故障的模式影響因素進行評價，進而得到故障危害程度的一級模糊評判矩陣，然后通過其中一種故障模式為例來建立評判矩陣模型，在對故障等級進行評判的過程中得到故障概率等級的單因素評判集合，然后依次構建其他故障類型的因素集合評判矩陣。根據表1中的判斷矩陣的重要程度來建立影響因素的判斷矩陣，比如一鉤舌裂紋為例，通過層次分析法計算得出各個影響因素的權重然后進行一致性檢驗所得到的結果如喜愛奧所示：

然后可以得到鉤舌裂紋各種影響因素的權重數值，按照此方式可以依次計算鉤尾銷孔裂紋、鉤舌磨損嚴重以及鉤尾銷孔磨損嚴重和三態作用不佳等各種故障模式下影響因素的各個權重。根據所得到的計算結果可以得到各種故障模式的危害程度由大到小依次分別為三態作用不佳、鉤尾銷孔裂紋、鉤舌裂紋、鉤舌磨損嚴重和鉤尾銷孔磨損嚴重。從上述故障的危害程度來看，車鉤三態作用不佳故障發生的概率較小，但是由于其危害性是最大的因而故障的危害程度依然是最大的。鉤尾銷孔裂紋漆狐仙的概率小小并且其危害程度也較其他模式危害較小，但是其最為突出的問題是修復起來非常苦難，而使得其危害的程度相對較高。而鉤舌的磨損和鉤尾銷孔磨損和其所使用的時間具有關系，而本文的研究對象車鉤投入使用的時間較短，因而其發生故障的概率相對較低使得其危害程度相對較小，這與實際情況也是相符的，根據各自故障的危害性大小進行優先級排序，盡量采取有效的措施避免出現危害程度較高的故障模式，對于其他類型的故障也分別按照其危害程度大小采取相對應的預防措施，比如可以從設計、使用以及維修等方面來有效的減少甚至是避免三態作用不佳的現象。通過按照權重求和之后所得到的5種不同故障模式的危害程度為2.67，按照同樣的方法可以對上一層次的故障的綜合的危害程度進行計算，進而能夠全面的對各種故障模式進行分析，并能夠按照不同的危害程度得到不同的優先次序，找出其中危害性較大的部件來研究關鍵部件的可靠性，然后根據分析的結果提出相應的改進措施，最終可以為產品可靠性的提升提供關鍵性的指導性的意見。

結語

通過利用模糊綜合評價方法對貨運列車故障危害性的分析，這種模糊綜合評價方法不僅考慮到了故障發生的概率以及故障的嚴峻程度還考慮到了故障的檢修的難易程度以及故障維修的難以程度，而常規的對貨運列車故障的分析方法是很難做到這一點的。本文還對此方法進行了分析與驗證，通過對實際問題的分析將故障及其危害轉化為定量分析的形式得到了最終的結果， 并且不僅局限于此針對產品進行分析還能夠找出影響產品可靠性的關鍵環節，可以為產品可靠性的提升提供可靠的切實可行的借鑒；層次分析法的采用能夠綜合各領域專家的知識進而為得到更為客觀的綜合的評價結果提供科學的分類依據，使得最終分析的結果更加的貼近故障危害的實際。

參考文獻

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