鐵路貨車故障模式危害性分析方法

喬萬華

摘 要： 貨運(yùn)列車經(jīng)常發(fā)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(jù)危害程度的大小分別采取相應(yīng)的措施，采用模糊綜合評(píng)價(jià)與層次分析法建立故障危害層次模型，并進(jìn)行了實(shí)證分析，得到貨運(yùn)列車故障危害程度綜合數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)情況相符。

關(guān)鍵詞：鐵路貨車 故障模式 模糊綜合評(píng)判法 層次分析 危害性

中圖分類號(hào)：U270 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）07-0218-02

引言

風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先法和危害性矩陣法是近年來常用的對(duì)危害性進(jìn)行定量分析的方法。但是這種方法的應(yīng)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(duì)一些產(chǎn)品故障分析的積累尚顯不足， 因而難以積累有效的故障數(shù)據(jù)， 因而無法對(duì)故障所產(chǎn)生的危害性進(jìn)行直接分析。所以不同領(lǐng)域中的故障危害性分析中都采用了不同形式的模糊評(píng)判方法來對(duì)其故障危害性進(jìn)行分析， 這種方法可以將傳統(tǒng)的對(duì)故障危害的定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治觯?可以從其中得到定量分析的結(jié)果， 相對(duì)于定性的分析方法更加的準(zhǔn)確，并且效果也相對(duì)較好。指標(biāo)權(quán)重的確定是模糊綜合評(píng)價(jià)方法是否有效的關(guān)鍵， 各種因素權(quán)重的有效性會(huì)直接對(duì)評(píng)判的結(jié)果產(chǎn)生直接的影響。傳統(tǒng)的專家評(píng)價(jià)方法容易受到專家個(gè)人主觀因素的影響， 造成評(píng)價(jià)的結(jié)果難以和現(xiàn)實(shí)情況相符， 甚至很多時(shí)候得出的結(jié)論會(huì)背離現(xiàn)實(shí)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(quán)重會(huì)使得真?zhèn)€指標(biāo)權(quán)重體系更加的嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)合理， 能夠在一定程度上消除由于人為主觀因素造成的權(quán)重失當(dāng)， 確保權(quán)重的有效性。常規(guī)性危害分析方法以及模糊綜合評(píng)價(jià)方法是貨運(yùn)列車故障危害性分析的常用的方法。雖然在數(shù)據(jù)充足的情況下采用上述兩種模型均能夠達(dá)到較好的效果，但是在缺乏關(guān)鍵數(shù)據(jù)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(gè)模型體系的科學(xué)性與客觀性。

一、鐵路貨車故障模式危害性分析的模糊數(shù)學(xué)方法

1.模糊綜合評(píng)價(jià)模型

模糊評(píng)價(jià)模型的建立首先要建立因素集合以及評(píng)價(jià)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(shè)當(dāng)前具有n個(gè)影響因素，那么因素組成的集合可以表示成如下的形式：

評(píng)價(jià)集合是對(duì)象所可能產(chǎn)生的評(píng)價(jià)結(jié)果所組成的集合，假設(shè)可能的評(píng)判結(jié)果有m個(gè)那么可以將評(píng)價(jià)的集合表示為：

接著需要構(gòu)建指標(biāo)權(quán)重集合，由于權(quán)重選取會(huì)直接影響到綜合評(píng)判結(jié)果的準(zhǔn)確性因而必須嚴(yán)格按照權(quán)重確定的流程與貨運(yùn)列車故障的實(shí)際來合理的選擇權(quán)重，由于傳統(tǒng)的德爾菲打分法以及調(diào)查法都存在著很強(qiáng)的主觀性，不確定性較大，所以很多時(shí)候得出的結(jié)果會(huì)偏離基本的客觀事實(shí)，并且難以采用定量的方法表示，非常容易造成結(jié)果失準(zhǔn)，最終得到無實(shí)際意義的結(jié)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(quán)重集合的過程如下：

首先構(gòu)建判斷矩陣，其中用來表示評(píng)價(jià)因素，假設(shè)評(píng)價(jià)因素為n種，建立一個(gè)因素相對(duì)于其他因素的重要性參數(shù)，重要性參數(shù)的取值可以分為以下等級(jí)，如果二者同等重要，那么該數(shù)值取1，如果前者比后者稍微重要那么該數(shù)值量化為3，如果前者比后者明顯重要那么該數(shù)值取值為5，如果前者比后者重要程度強(qiáng)烈那么該數(shù)值取值為7，如果前者比后者極端重要那么該數(shù)值取值為9。然后計(jì)算判斷矩陣的特征值以及其所對(duì)應(yīng)的特征向量，得到最大的特征值及其所對(duì)應(yīng)的最大的特征向量，通過對(duì)特征向量的歸一化處理可以得到各個(gè)評(píng)價(jià)因素的重要性的排序，并且通過下列公式可以對(duì)上述等級(jí)劃分進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

其中CR表示的是矩陣的隨機(jī)一致性比率，CI表示的是矩陣的一致性指標(biāo)，RI表示判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性；如果其隨機(jī)一致性比率小于0.1那么可以認(rèn)為判斷矩陣的一致性較好，說明權(quán)重的分類較為恰當(dāng)，否則直到最終滿意的程度為止。由于采用層次分析法進(jìn)行模糊綜合評(píng)判的過程中，某層次的判斷往往取決于對(duì)其下一層次的判斷，本文采用的是兩層二級(jí)的模糊綜合評(píng)價(jià)方法來對(duì)上述因素進(jìn)行綜合分析。在本算法中采用的合成運(yùn)算模型共有4種，為了涉及到所有的評(píng)判因素以及單因素評(píng)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(píng)判結(jié)果。單因素評(píng)判矩陣是通過對(duì)各個(gè)因素的分析的基礎(chǔ)上建立起來的，其中所涉及的隸屬函數(shù)可以采用專家評(píng)判法來確定。當(dāng)然由于系統(tǒng)十分的復(fù)雜可以在系統(tǒng)進(jìn)行模糊綜合評(píng)判的基礎(chǔ)上，對(duì)高一層次的系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的模糊評(píng)判。

2.危害程度

模糊評(píng)價(jià)模型的綜合評(píng)判結(jié)果可以采用加權(quán)處理的方式，那么經(jīng)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(quán)重?cái)?shù)值與相應(yīng)對(duì)應(yīng)的危害乘機(jī)得到的綜合故障評(píng)價(jià)的指標(biāo)。

二、實(shí)證分析

本文采用數(shù)學(xué)模糊方法與層次分析法對(duì)貨運(yùn)列車所用到的車鉤的故障模式的危害性進(jìn)行了建模分析。車鉤在運(yùn)用過程中常見的故障包括鉤舌裂紋、鉤尾銷孔出現(xiàn)裂紋以及鉤舌磨損嚴(yán)重和鉤尾銷孔磨損嚴(yán)重以及三態(tài)作用問題，接下來利用數(shù)學(xué)模糊方法來建立因素集合以及因素等級(jí)集合。對(duì)車鉤故障危害產(chǎn)生影響的主要因素包括故障發(fā)生的概率、故障的嚴(yán)酷度、故障的檢測(cè)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(fā)生概率的等級(jí)、嚴(yán)酷度等級(jí)、檢測(cè)難度等級(jí)與維修難易程度等級(jí)}，其中能夠?qū)囥^故障危害性產(chǎn)生影響的因素等級(jí)可以表示為：

根據(jù)車鉤各種故障危害程度的不同可以將評(píng)價(jià)集合定義為5個(gè)不同的等級(jí)，其中各個(gè)級(jí)別具體的含義如下表所示：

通過聘請(qǐng)專家來對(duì)故障的模式影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而得到故障危害程度的一級(jí)模糊評(píng)判矩陣，然后通過其中一種故障模式為例來建立評(píng)判矩陣模型，在對(duì)故障等級(jí)進(jìn)行評(píng)判的過程中得到故障概率等級(jí)的單因素評(píng)判集合，然后依次構(gòu)建其他故障類型的因素集合評(píng)判矩陣。根據(jù)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(jì)算得出各個(gè)影響因素的權(quán)重然后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)所得到的結(jié)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(quán)重?cái)?shù)值，按照此方式可以依次計(jì)算鉤尾銷孔裂紋、鉤舌磨損嚴(yán)重以及鉤尾銷孔磨損嚴(yán)重和三態(tài)作用不佳等各種故障模式下影響因素的各個(gè)權(quán)重。根據(jù)所得到的計(jì)算結(jié)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(tài)作用不佳、鉤尾銷孔裂紋、鉤舌裂紋、鉤舌磨損嚴(yán)重和鉤尾銷孔磨損嚴(yán)重。從上述故障的危害程度來看，車鉤三態(tài)作用不佳故障發(fā)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(fù)起來非?？嚯y，而使得其危害的程度相對(duì)較高。而鉤舌的磨損和鉤尾銷孔磨損和其所使用的時(shí)間具有關(guān)系，而本文的研究對(duì)象車鉤投入使用的時(shí)間較短，因而其發(fā)生故障的概率相對(duì)較低使得其危害程度相對(duì)較小，這與實(shí)際情況也是相符的，根據(jù)各自故障的危害性大小進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，盡量采取有效的措施避免出現(xiàn)危害程度較高的故障模式，對(duì)于其他類型的故障也分別按照其危害程度大小采取相對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施，比如可以從設(shè)計(jì)、使用以及維修等方面來有效的減少甚至是避免三態(tài)作用不佳的現(xiàn)象。通過按照權(quán)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(duì)上一層次的故障的綜合的危害程度進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而能夠全面的對(duì)各種故障模式進(jìn)行分析，并能夠按照不同的危害程度得到不同的優(yōu)先次序，找出其中危害性較大的部件來研究關(guān)鍵部件的可靠性，然后根據(jù)分析的結(jié)果提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，最終可以為產(chǎn)品可靠性的提升提供關(guān)鍵性的指導(dǎo)性的意見。

結(jié)語

通過利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)貨運(yùn)列車故障危害性的分析，這種模糊綜合評(píng)價(jià)方法不僅考慮到了故障發(fā)生的概率以及故障的嚴(yán)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(guī)的對(duì)貨運(yùn)列車故障的分析方法是很難做到這一點(diǎn)的。本文還對(duì)此方法進(jìn)行了分析與驗(yàn)證，通過對(duì)實(shí)際問題的分析將故障及其危害轉(zhuǎn)化為定量分析的形式得到了最終的結(jié)果， 并且不僅局限于此針對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析還能夠找出影響產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以為產(chǎn)品可靠性的提升提供可靠的切實(shí)可行的借鑒；層次分析法的采用能夠綜合各領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)進(jìn)而為得到更為客觀的綜合的評(píng)價(jià)結(jié)果提供科學(xué)的分類依據(jù)，使得最終分析的結(jié)果更加的貼近故障危害的實(shí)際。

參考文獻(xiàn)

[1]王桂萍，賈亞洲，申桂香，張日明.加工中心冷卻系統(tǒng)故障模式危害性模糊評(píng)價(jià)分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2008（03）

[2]張強(qiáng)，宋永增，郭曉龍，鄭湘南.基于FMECA的貨車轉(zhuǎn)向架側(cè)架故障模式分析[J].鐵道機(jī)車車輛. 2007（03）

[3]王華勝.模糊綜合評(píng)價(jià)法在機(jī)車車輛故障分析中的應(yīng)用[J].中國鐵道科學(xué).2000（04）