軌道交通車輛門系統(tǒng)可靠性數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計分析

劉斌坤 朱文明 曹芳芳 劉潤波

(南京康尼機(jī)電股份有限公司，210038，南京∥第一作者，高級工程師)

可靠性數(shù)據(jù)是軌道車輛門系統(tǒng)可靠性設(shè)計和評價的基本依據(jù)，對可靠性數(shù)據(jù)的分析則是一切可靠性工作的基礎(chǔ)。通過有計劃、有目的地收集與統(tǒng)計分析門系統(tǒng)壽命周期各階段的可靠性數(shù)據(jù)，可定量地評估門系統(tǒng)的可靠性水平，發(fā)現(xiàn)其可靠性的薄弱環(huán)節(jié)和產(chǎn)生原因，經(jīng)過有針對性地改進(jìn)，使門系統(tǒng)的質(zhì)量與可靠性水平不斷增長。所以，可靠性數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計分析在門系統(tǒng)可靠性工程中具有舉足輕重的地位。

1 可靠性數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計分析的目的

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

可靠性數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計分析的目的是找出軌道交通車輛門系統(tǒng)可靠性設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)措施，提高門系統(tǒng)可靠性設(shè)計水平。具體工作內(nèi)容如下:

(1)根據(jù)可靠性數(shù)據(jù)提供的信息，改進(jìn)門系統(tǒng)的設(shè)計、制造工藝，提高門系統(tǒng)的固有可靠性，并為新產(chǎn)品研制時，不同方案的可靠性的對比和選擇提供有效依據(jù);

(2)根據(jù)可靠性數(shù)據(jù)提供的信息，預(yù)測和評估門系統(tǒng)實際使用下可靠性水平，開展門系統(tǒng)的可靠性設(shè)計;

(3)根據(jù)可靠性數(shù)據(jù)提供的信息，實時監(jiān)控門系統(tǒng)的可靠性水平［1］。

2 可靠性數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計分析流程

在實施可靠性數(shù)據(jù)收集與分析時應(yīng)有周密的計劃和流程，參見圖1。

圖1 可靠性數(shù)據(jù)收集與分析流程

3 可靠性數(shù)據(jù)收集程序和方法

可靠性數(shù)據(jù)主要包括試驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)。從實驗室得到的數(shù)據(jù)是質(zhì)量優(yōu)良的數(shù)據(jù)，因為數(shù)據(jù)的收集者往往是分析數(shù)據(jù)的本人，對試驗?zāi)康?、方法完全了解，并親自觀測和記錄數(shù)據(jù)，所獲得數(shù)據(jù)的不確定性很小。而現(xiàn)場數(shù)據(jù)反映了產(chǎn)品在實際使用環(huán)境和維護(hù)條件下的情況，比模擬條件更代表了產(chǎn)品的表現(xiàn)。軌道交通門系統(tǒng)可靠性數(shù)據(jù)多為現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集的影響因素很多，再現(xiàn)性較低，因此可靠性數(shù)據(jù)收集前需有詳盡的計劃和細(xì)致的考慮其一般程序見圖 2［2］。

圖2 可靠性數(shù)據(jù)收集的一般程序

門系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集要制定統(tǒng)一規(guī)范的表格，記錄內(nèi)容主要包括產(chǎn)品的運(yùn)營信息、產(chǎn)品的標(biāo)識信息、產(chǎn)品所處的階段、產(chǎn)品的故障信息等，其中故障判據(jù)要盡可能明確、直觀和易測。目前，門系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)已有較完善的收集系統(tǒng)，現(xiàn)場客服人員只要定期把可靠性數(shù)據(jù)錄入故障報告、分析及糾正措施系統(tǒng)(FRACAS)中即可，這樣就保證了數(shù)據(jù)的及時、真實和完整。

4 可靠性數(shù)據(jù)整理

收集到的現(xiàn)場可靠性原始數(shù)據(jù)往往是雜亂無章的，無法直接對門系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析，無法做出判斷，必須經(jīng)過一系列的整理分析后，才能通過看似雜亂的大量數(shù)據(jù)中找出其規(guī)律性。

4.1 故障分類

軌道交通車輛門系統(tǒng)主要包括城市軌道交通車輛門系統(tǒng)和鐵路車輛門系統(tǒng)。由于門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)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(tǒng)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(fā)生故障、清客故障、救援故障;鐵路車輛門系統(tǒng)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(tǒng)可靠性都分為固有可靠性、服務(wù)可靠性和影響運(yùn)營可靠性，參見表1。

4.2 故障判據(jù)

故障判據(jù)根據(jù)所評估的可靠性分類不同而有所區(qū)別。對于固有可靠性，凡是關(guān)聯(lián)故障都應(yīng)記入，對于服務(wù)可靠性與影響運(yùn)營可靠性，只記錄造成相應(yīng)影響的關(guān)聯(lián)故障。

(1)如果在工作過程中發(fā)生以下故障，應(yīng)記為關(guān)聯(lián)故障:①設(shè)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(nèi)發(fā)生的故障;④產(chǎn)品在運(yùn)營期間造成服務(wù)影響的不明原因故障。

(2)如果在工作過程中發(fā)生以下故障，應(yīng)記為非關(guān)聯(lián)故障:①由于主機(jī)廠或業(yè)主安裝調(diào)試不當(dāng)造成的故障;②試驗設(shè)備、檢測設(shè)備發(fā)生的故障，以及由此引起的受試產(chǎn)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(chǎn)品引起的從屬故障;⑤在同一部件第二次或相繼出現(xiàn)的間隙故障;⑥在尋找故障、修復(fù)驗證或正常維護(hù)調(diào)整中，由這些行為所引起的故障;⑦由于超過設(shè)計要求的過應(yīng)力所造成的故障;⑧超壽命期工作時出現(xiàn)的故障;⑨其他任何非系統(tǒng)的獨立故障引起的失敗或故障。

至于關(guān)聯(lián)故障和非關(guān)聯(lián)故障的變更，當(dāng)滿足下列條件時，已判定為關(guān)聯(lián)故障的，可以重新判定為非關(guān)聯(lián)故障:

(1)經(jīng)過故障分析、采取了相應(yīng)有效的糾正措施，并有足夠的證據(jù)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(jìn)行重新分類的批準(zhǔn)［3］。

5 可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

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

可靠性數(shù)據(jù)和統(tǒng)計評估的參數(shù)輸入形式如下:①進(jìn)行評估的產(chǎn)品或部件的累計工作時間T;②進(jìn)行評估的產(chǎn)品或部件累計工作時間T 內(nèi)的故障次數(shù)r;③置信區(qū)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(qū)間上限為:

失效率的雙邊置信區(qū)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(qū)間為:

在進(jìn)行MTBF 的點估計與區(qū)間估計的統(tǒng)計分析中，要注意以下幾點。

(1)對于產(chǎn)品級的可靠性評估，總時間T 為評估時間段內(nèi)產(chǎn)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(nèi)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(jìn)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(qū)間估計方法計算MTBF 時，累積工作時間至少大于3 倍目標(biāo)值，如果累積工作時間較少則不進(jìn)行MTBF 值定量計算，僅作是否拒絕定性判定。判定規(guī)則如下:①若累積工作時間小于2 倍目標(biāo)值時，最大接受的故障數(shù)為1;②若累積工作時間介于2 倍目標(biāo)值和3 倍目標(biāo)值之間時，最大接受的故障數(shù)為2;③使用時間進(jìn)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(jié)語

本文涉及的軌道交通車輛門系統(tǒng)可靠性數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計分析是針對門系統(tǒng)壽命周期內(nèi)各階段的可靠性工作，總結(jié)分析了可靠性數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計的目的、一般流程、可靠性數(shù)據(jù)收集程序和方法，以及可靠性數(shù)據(jù)整理和可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。尤其是針對目前軌道交通行業(yè)故障和可靠性定義不統(tǒng)一現(xiàn)象，提出了針對門系統(tǒng)的故障和可靠性定義及其統(tǒng)計分析方法，為軌道交通車輛門系統(tǒng)可靠性工作的開展奠定了基礎(chǔ)。

［1］趙宇，楊軍，馬小兵.可靠性數(shù)據(jù)分析教程［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

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

［3］須雷.起重機(jī)可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，1998(10):12.

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