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)收集和責任故障判定提出了自己的觀點，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準，并通過MATALB解超越方程完善了標準中定時截完試驗方案，同時對可靠性驗證過程中應注意的問題進行了分析。

關鍵詞：軌道車輛；可靠性驗證；置信度

中圖分類號：U292.91 文獻標志碼：A

0 引言

城市軌道車輛的可靠性直接關系到車輛的運營維護成本及服務質(zhì)量，為了降低車輛的運營維護成本，達到用戶要求的服務質(zhì)量，用戶在車輛的招標階段就提出了可靠性的要求，并要求在車輛運營階段根據(jù)實際運營情況進行考核驗證。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營服務的影響進行分類，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。

救援故障——列車嚴重損壞，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，需要清客，但列車自身能空車返回。

晚點故障——列車故障后影響系統(tǒng)的正常運行，按正常時間表晚點超過一定時間（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行5 000 km或10 000 km的試運行，避開早期故障高發(fā)期。如果合同中對可靠性驗證開始點沒有規(guī)定，雙方可就驗證期達成一致意見。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，應制定故障報表，對每個故障真實地記錄。報表至少應該包括以下參數(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的資料，象當時的天氣、線路情況，故障列車駕駛員的詳細資料等。

1.4 責任故障的判定

售后人員應收集每一個故障的具體信息，對每個故障進行原因分析，劃分責任。已識別的故障應得到用戶和車輛供貨商雙方的認同，唯有雙方都認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錯誤、維修錯誤、破壞行為或者外部因素導致的，如外部物體撞擊、障礙物、接觸網(wǎng)、道旁設備故障等導致的故障。

（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任故障。

具體責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

合同中對可靠性指標一般有3種表達方式：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”判決標準

由于列車的可靠性驗證是在規(guī)定的時間內(nèi)進行的無替換的試驗，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”標準。

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

（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”判決標準

車隊一年運行車公里總數(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”判決標準

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，表示其總試驗運行里程應不超過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，即如果試驗進行到57.07θ?1時所發(fā)生的責任故障數(shù)小于48則接收，如果所發(fā)生的責任故障數(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)要嚴格，即有較高置信度要求比無置信度要求的可靠性指標更為嚴格，因此在進行可靠性分配、預計等工作時應注意這2種情況的差別，避免出現(xiàn)分配的指標達不到要求，并盡早將已分配好的可靠性指標落實到產(chǎn)品設計及分包商產(chǎn)品的管控中去。

3 結語

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際的可靠性水平，通過不斷地改進，實現(xiàn)可靠性增長，最終滿足用戶的要求。

參考文獻

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