城市軌道車輛的可靠性驗證方法

艾興喬 張麗娜 鄭瑞防

摘 要：該文結(jié)合目前城市軌道車輛項目合同要求，闡述了城市軌道車輛可靠性驗證的主要內(nèi)容和方法，對驗證過程中的故障數(shù)據(jù)收集和責(zé)任故障判定提出了自己的觀點(diǎn)，比較分析了有置信度要求和沒有置信度要求時2種不同的可靠性驗證試驗接收標(biāo)準(zhǔn)，并通過MATALB解超越方程完善了標(biāo)準(zhǔn)中定時截完試驗方案，同時對可靠性驗證過程中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：軌道車輛；可靠性驗證；置信度

中圖分類號：U292.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

城市軌道車輛的可靠性直接關(guān)系到車輛的運(yùn)營維護(hù)成本及服務(wù)質(zhì)量，為了降低車輛的運(yùn)營維護(hù)成本，達(dá)到用戶要求的服務(wù)質(zhì)量，用戶在車輛的招標(biāo)階段就提出了可靠性的要求，并要求在車輛運(yùn)營階段根據(jù)實(shí)際運(yùn)營情況進(jìn)行考核驗證。通常用戶將可靠性驗證的通過與否與列車的質(zhì)保期或其他經(jīng)濟(jì)賠償聯(lián)系在一起，因此，可靠性驗證工作在城市軌道交通中越來越受到重視。

1 可靠性驗證的內(nèi)容

1.1 故障定義

一般用戶在合同中會按照故障對運(yùn)營服務(wù)的影響進(jìn)行分類，在城市軌道交通中，一般將故障分為3類，用戶對每類故障都給定了一個可靠性指標(biāo)。

救援故障——列車嚴(yán)重?fù)p壞，喪失自身牽引，需要另一車救援回庫。

清客故障——列車故障后不能繼續(xù)載客服務(wù)，需要清客，但列車自身能空車返回。

晚點(diǎn)故障——列車故障后影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，按正常時間表晚點(diǎn)超過一定時間（一般為2 min或5 min）。

1.2 驗證期

可靠性性能是通過驗證使用的列車在測試期間所運(yùn)行的公里數(shù)來評定的，一般早期的故障不屬于此范圍內(nèi)。一般而言，在5 000 km內(nèi)，車輛電氣和機(jī)械部件有磨合過程，車輛發(fā)生故障的頻率較高，因此用戶通常要求在車輛驗收前進(jìn)行5 000 km或10 000 km的試運(yùn)行，避開早期故障高發(fā)期。如果合同中對可靠性驗證開始點(diǎn)沒有規(guī)定，雙方可就驗證期達(dá)成一致意見。一般驗證期約持續(xù)半年或一年，驗證時以整個車隊為對象。

1.3 故障數(shù)據(jù)收集

在可靠性驗證期間，應(yīng)制定故障報表，對每個故障真實(shí)地記錄。報表至少應(yīng)該包括以下參數(shù)：

（1）列車編號。

（2）故障發(fā)生時間。

（3）累計公里數(shù)。

（4）故障件及所屬系統(tǒng)。

（5）故障描述。

（6）故障原因。

（7）故障對系統(tǒng)及運(yùn)營的影響。

（8）立即采取的措施。

（9）更換的零部件。

（10）維修人時。

報表也可以記錄其他有關(guān)的資料，象當(dāng)時的天氣、線路情況，故障列車駕駛員的詳細(xì)資料等。

1.4 責(zé)任故障的判定

售后人員應(yīng)收集每一個故障的具體信息，對每個故障進(jìn)行原因分析，劃分責(zé)任。已識別的故障應(yīng)得到用戶和車輛供貨商雙方的認(rèn)同，唯有雙方都認(rèn)同的故障才能用于可靠性驗證評估。一般以下故障不屬于車輛供貨商的責(zé)任：

（1）在超出合同范圍條件下使用車輛而發(fā)生的故障。

（2）故障如果是由于司機(jī)錯誤、維修錯誤、破壞行為或者外部因素導(dǎo)致的，如外部物體撞擊、障礙物、接觸網(wǎng)、道旁設(shè)備故障等導(dǎo)致的故障。

（3）未探明原因的故障，如果在故障檢查時沒有發(fā)現(xiàn)任何故障癥狀和沒有采取任何措施故障現(xiàn)象消失了，在未探明原因前則不算責(zé)任故障。

具體責(zé)任故障的判定原則可以在可靠性驗證前跟用戶商定。

1.5 可靠性指標(biāo)

合同中對可靠性指標(biāo)一般有3種表達(dá)方式：MTBF（平均故障間隔時間）、MDBF（平均故障間隔里程）或者是每百萬車公里故障數(shù)，三者之間可以相互轉(zhuǎn)化。鑒于可靠性驗證期一般為一年，可以計算整個車隊在這段時間內(nèi)允許發(fā)生的故障總數(shù)。

2 可靠性驗證計算與“接收/拒收”判決標(biāo)準(zhǔn)

由于列車的可靠性驗證是在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行的無替換的試驗，因此它可以看成是一個無替換的定時截尾試驗?，F(xiàn)舉例說明無置信度要求和有置信度要求2種情況下的可靠性計算和“接收/拒收”標(biāo)準(zhǔn)。

象用戶一共采購10列車，編組方式為8輛編組，每列車每年運(yùn)行距離為12萬 km，驗證期為連續(xù)的12個月，可靠性指標(biāo)如下：

（1）2分鐘及以上的延誤故障每百萬車公里不超過6個；

（2）清客故障每百萬車公里不超過1.5個；

（3）救援故障每百萬車公里不超過0.5個。

2.1 無置信度要求的可靠性驗證計算與“接收/拒收”判決標(biāo)準(zhǔn)

車隊一年運(yùn)行車公里總數(shù)：

10列×8輛×120 000 km=9 600 000 car km =9.6 Million car km；

2分鐘及以上的延誤故障的MDBF=1 000 000 Million car km /6=0.167 Million car km；

一年內(nèi)允許整個車隊發(fā)生故障數(shù)：

9.6 Million car km /0.167 Million car km≈57.49。

其余兩類故障計算結(jié)果見表1。

2.2 有置信度要求的可靠性驗證計算與“接收/拒收”判決標(biāo)準(zhǔn)

這個方法是使用系數(shù)法選定試驗方案從而確定試驗所要求的時間（或距離）和方案所對應(yīng)的接收/拒收的判決故障數(shù)，MIL-HDBK-781A和GJB 899A中給出方案10-1～10-20所對應(yīng)的值，見表2。方案10-20以后的M值可用MATLAB求解超越方程（1）來求解，接收數(shù)a和拒收數(shù)r逐漸增加，r = a -1，在已知a、β的條件下求解對應(yīng)的M。

如2分鐘以上的延誤故障如果有置信度為90 %的要求時，M=T/θ1=9.6 Million car km /0.167 Million car km≈57.49，表示其總試驗運(yùn)行里程應(yīng)不超過MDBF下限θ?1的57.49倍，查表2可選定試驗方案10-48，該方案所對應(yīng)的接收判決故障數(shù)為47，拒絕判決故障數(shù)為48，即如果試驗進(jìn)行到57.07θ?1時所發(fā)生的責(zé)任故障數(shù)小于48則接收，如果所發(fā)生的責(zé)任故障數(shù)大于或等于48則拒收。同理，可算出其他2類故障的“接收/拒收”數(shù)，見表3。

從上述無置信度要求和有較高置信度要求2種情況下的可靠性計算可以看出，有較高置信度要求比無置信度要求的“接收/拒收”判決故障數(shù)要嚴(yán)格，即有較高置信度要求比無置信度要求的可靠性指標(biāo)更為嚴(yán)格，因此在進(jìn)行可靠性分配、預(yù)計等工作時應(yīng)注意這2種情況的差別，避免出現(xiàn)分配的指標(biāo)達(dá)不到要求，并盡早將已分配好的可靠性指標(biāo)落實(shí)到產(chǎn)品設(shè)計及分包商產(chǎn)品的管控中去。

3 結(jié)語

車輛的可靠性驗證是對車輛可靠性最直接、最有效的評估方法，通過可靠性驗證可以知道車輛實(shí)際的可靠性水平，通過不斷地改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)可靠性增長，最終滿足用戶的要求。

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