芻議如何驗(yàn)證動(dòng)車組整車的可靠性

【摘要】近年來，為了滿足日益提升的交通運(yùn)輸需求，動(dòng)車逐漸成為了更加受歡迎的出行工具。動(dòng)車由于行駛速度較快，一旦發(fā)生故障將會(huì)帶來不可估量的后果，所以，相關(guān)工作人員需要對(duì)動(dòng)車組的整車可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。本文主要介紹動(dòng)車組的主要故障以及可靠性的驗(yàn)證方法。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)車組；故障；整車可靠性

我國的鐵路網(wǎng)近些年發(fā)展非常快，尤其是動(dòng)車組，短短幾年間已經(jīng)基本構(gòu)成了動(dòng)車網(wǎng)絡(luò)，為人們的日常出行帶來了極大的便利。但發(fā)展速度過快難免令人對(duì)發(fā)展質(zhì)量產(chǎn)生擔(dān)憂與質(zhì)疑，2011年7月，甬溫線發(fā)生的特大動(dòng)車事故更是為動(dòng)車組的安全運(yùn)作與可靠性敲響了警鐘。在這種背景下，有必要對(duì)動(dòng)車組整車的安全性與可靠性進(jìn)行重分析，全面解析故障規(guī)律，并結(jié)合實(shí)證分析，驗(yàn)證動(dòng)車組整車的可靠性，為我國動(dòng)車的可靠性發(fā)展提供必要的理論依據(jù)，提高鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩健?/p>

一、動(dòng)車組故障分析

作為一種實(shí)際運(yùn)作的列車，動(dòng)車組雖然具有較高的技術(shù)條件和安全保障措施，但故障依然是無法完全規(guī)避的，而故障正是影響可靠性的最關(guān)鍵因素。因此，想要驗(yàn)證動(dòng)車組的可靠性，就要先對(duì)其故障進(jìn)行了解和分析。

（一）故障類型

動(dòng)車組是一種鐵道系統(tǒng)，具有大型化和復(fù)雜化特征，因此其可能發(fā)生的故障非常繁多，分類方式也各不相同，本文僅以故障的危害程度對(duì)所有動(dòng)車組故障進(jìn)行分類。具體來說，動(dòng)車組故障包括以下四種：

其一，安全類故障。這類故障對(duì)動(dòng)車組安全運(yùn)行的危害具有直接性，因此可能造成的危害相當(dāng)巨大，一旦發(fā)生有可能為整個(gè)動(dòng)車組造成破壞性危害，常見的包括車軸裂紋故障、軸承故障、制動(dòng)系統(tǒng)故障等。

其二，運(yùn)用類故障。主要指調(diào)度運(yùn)行等方面的問題所導(dǎo)致的故障，也包括了意外事故導(dǎo)致的各類運(yùn)作延誤。從危害程度來看，這類故障的危害性相對(duì)較小，基本不會(huì)對(duì)乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全造成損失，但是由于這類故障大多會(huì)導(dǎo)致動(dòng)車組非計(jì)劃運(yùn)行、到站時(shí)間延誤等現(xiàn)象，所以對(duì)動(dòng)車組的信譽(yù)有一定的負(fù)面影響。

其三，隱患類故障。這類故障如果單獨(dú)發(fā)生，并不會(huì)直接危害動(dòng)車組的安全和運(yùn)作，但當(dāng)遭遇其他故障時(shí)，有可能瞬間產(chǎn)生故障擴(kuò)大化現(xiàn)象，或者大幅增加其他故障的危害，或者令自身產(chǎn)生原本不具備的危害性。這類故障在預(yù)防和控制上是最為困難的。

其四，一般類故障?？梢匝杆偬幚?，不會(huì)造成根本性危害的日常故障，特點(diǎn)是危害性小，但發(fā)生率高，如果缺乏有效的應(yīng)對(duì)措施，長期積累下也可能造成故障危害擴(kuò)大。

（二）故障規(guī)律

通常情況下，產(chǎn)品故障具有依循工作時(shí)間變化而變化的特征，這種變化規(guī)律就是故障規(guī)律?，F(xiàn)代維修理論、可靠性理論等都已經(jīng)對(duì)這種規(guī)律做出了較為深入的分析與說明，指出了大型復(fù)雜系統(tǒng)的故障規(guī)律：在故障能得到維修與處理的情況下，運(yùn)用時(shí)間的積累會(huì)令故障率穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)平緩的水平線上，故障間隔時(shí)間在分布上則接近于指數(shù)分布特征。具有大型復(fù)雜系統(tǒng)特征的動(dòng)車組也符合這一故障規(guī)律，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知，動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)行期間，其諸多故障的故障率的確基本保持恒定，間隔時(shí)間在分布上也基本滿足了指數(shù)分布的分布特征?；诖朔N原因，我國動(dòng)車組在整車故障規(guī)律的表征上是利用指數(shù)分布函數(shù)加以描述的。根據(jù)這種故障規(guī)律，我們將動(dòng)車組的故障率劃分成10個(gè)等級(jí)，等級(jí)的衡量參數(shù)為動(dòng)車組每運(yùn)行百萬千米時(shí)故障的發(fā)生次數(shù)。

二、整車可靠性驗(yàn)證方法

（一）評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

想要驗(yàn)證動(dòng)車組的整車可靠性，首先要對(duì)故障率的等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和驗(yàn)證，本文以90%的置信度為準(zhǔn)，進(jìn)行相關(guān)評(píng)定分析，具體的分析方法依照上文所述的故障率等級(jí)劃分方法進(jìn)行。獲得故障率等級(jí)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行可靠性驗(yàn)證的模式有二：其一是決定一定的運(yùn)用時(shí)間區(qū)間，直接評(píng)定該時(shí)間范圍內(nèi)動(dòng)車組的可靠性水平；其二是與購買方進(jìn)行溝通，詢問他們對(duì)可靠性的具體要求，以該要求為依據(jù)，制定出更有針對(duì)性的驗(yàn)證方案。以第一種模式為例，假定動(dòng)車組的運(yùn)行里程為T，故障的允許發(fā)生次數(shù)可以根據(jù)前述統(tǒng)計(jì)分析得到，在這種情況下，獲得的允許故障次數(shù)、相應(yīng)故障率等級(jí)、最低運(yùn)行里程數(shù)、置信度、故障率最低等級(jí)等參數(shù)即為可靠性驗(yàn)證的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

（二）方案確定

驗(yàn)證方案的確定可以分為以下幾步：第一步，如上文所述選擇評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，獲得故障率的等級(jí)下限值。第二步，融合多重影響因素，比如試驗(yàn)條件、動(dòng)車組列數(shù)、試驗(yàn)時(shí)間等，重新篩選累積運(yùn)行里程與故障的允許次數(shù)，將驗(yàn)證方案最終確定。第三步，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。第四步，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)，主要是驗(yàn)證運(yùn)行里程的總故障次數(shù)，將獲得的實(shí)際故障次數(shù)和允許故障次數(shù)進(jìn)行對(duì)比，如果實(shí)際故障次數(shù)不高于允許故障次數(shù)，則動(dòng)車組已滿足要求故障等級(jí)，需要注意的是，該結(jié)論的前提條件是90%的置信度，如果置信度發(fā)生變化，最終結(jié)論有改變的可能。

三、實(shí)證分析

（一）評(píng)定等級(jí)

以某型動(dòng)車組為例，該動(dòng)車組累積運(yùn)行里程為2510萬公里，故障總數(shù)為29，其中安全類故障只有1起，發(fā)生于運(yùn)行里程1530萬公里時(shí)。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)評(píng)定安全類故障的故障率等級(jí)可知，安全類故障的允許里程數(shù)應(yīng)在1291萬公里到3874萬公里的區(qū)間內(nèi)，本動(dòng)車組的故障運(yùn)行里程滿足這一要求，所以安全類故障等級(jí)達(dá)到了等級(jí)要求，每百萬公里內(nèi)，安全類故障的發(fā)生次數(shù)被控制在了0.3次以下。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)評(píng)定總故障率等級(jí)可知，總故障的允許里程數(shù)規(guī)定區(qū)間在2480萬公里到3720萬公里之間，本機(jī)動(dòng)車組的故障運(yùn)行里程滿足這一要求。由此可知，總故障等級(jí)也滿足可靠性等級(jí)要求，每百萬公里內(nèi)，總故障的發(fā)生次數(shù)被控制在1.5次以下。

（二）方案設(shè)計(jì)

以某預(yù)期型動(dòng)車組為例，如果規(guī)定其安全類故障與運(yùn)用類故障的等級(jí)均為最高級(jí)，規(guī)定驗(yàn)證時(shí)間四個(gè)月，則可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的驗(yàn)證方案。根據(jù)故障率等級(jí)，查算出必須的累積運(yùn)行里程，由此可得出四個(gè)月時(shí)間內(nèi)動(dòng)車組必要的運(yùn)作里程，將該里程除以4，得出月平均運(yùn)作里程。結(jié)合目前該型動(dòng)車組的月實(shí)際運(yùn)作里程，計(jì)算必要的試驗(yàn)用動(dòng)車組數(shù)量，再根據(jù)該數(shù)量確定實(shí)際投入試驗(yàn)的動(dòng)車組，對(duì)這些動(dòng)車組進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。

結(jié)語

從方法分類上來看，本文所述的可靠性驗(yàn)證方法屬于抽樣檢驗(yàn)類方法，其特征是具有置信度水平的限制。因此，雖然該方法所得出的結(jié)論具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，可以一定程度上反映出動(dòng)車組的可靠性水平，但終歸不夠全面。在實(shí)際的驗(yàn)證設(shè)計(jì)中，該驗(yàn)證方法還要和國家規(guī)定的驗(yàn)證等級(jí)、驗(yàn)證要求、評(píng)判準(zhǔn)則、實(shí)際運(yùn)作情況等因素相結(jié)合，制定出更完善的驗(yàn)證方案。這樣才能有效檢測和確定動(dòng)車組實(shí)際的可靠性，為動(dòng)車組的安全優(yōu)化提供參考依據(jù)，也為受事故負(fù)面影響而不信任動(dòng)車組的民眾提供一定的信心。

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