基于軌道交通產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹的可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

王大平，呂愛萍，劉亞妮

(中車株洲電力機(jī)車有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心，湖南 株洲 412000)

0 引言

隨著國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域的快速發(fā)展，機(jī)車、動車和城軌車輛市場保有量持續(xù)上漲，導(dǎo)致軌道交通產(chǎn)品的故障率不斷提升，事故也頻繁發(fā)生。軌道交通產(chǎn)品主機(jī)廠應(yīng)充分了解自身產(chǎn)品的可靠性水平，對招投標(biāo)階段的可靠性要求及自身響應(yīng)合同的履約能力的評估做到有據(jù)可依。為此，軌道交通產(chǎn)品主機(jī)廠開發(fā)了可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，在系統(tǒng)中構(gòu)建產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹，通過導(dǎo)入各車型歷史記錄的故障臺賬，并對故障記錄逐條清洗，每條故障記錄均落實到具體項目車型、具體部件和部件的故障模式中形成可靠性數(shù)據(jù)庫。通過可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的運用，可獲取整車產(chǎn)品故障的分布等相關(guān)信息，獲取整車及其各級子部件直至最小可更換單元的故障率、平均無故障時間、故障模式發(fā)生占比等可靠性信息，以掌握整車產(chǎn)品的可靠性真實表現(xiàn)，有針對性地提升整車質(zhì)量。

1 可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)構(gòu)成

可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的輸入內(nèi)容為產(chǎn)品運營期間發(fā)生的故障臺賬、運營里程、產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)樹等，這幾項內(nèi)容為可靠性數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括車輛故障描述、故障部件、故障類型、故障模式、故障等級等。該系統(tǒng)運用由產(chǎn)品基礎(chǔ)信息模塊、產(chǎn)品生命履歷模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、統(tǒng)計分析模塊4個部分構(gòu)成，通過對輸入內(nèi)容的分析，最終輸出的內(nèi)容為產(chǎn)品的平均無故障運營里程MDBF、平均無故障時間MTBF、部件故障模式發(fā)生占比、可靠性增長曲線、故障率等。

1.1 產(chǎn)品基礎(chǔ)信息模塊

該模塊對軌道交通整車產(chǎn)品的型號、所屬項目、功能結(jié)構(gòu)構(gòu)型以及故障模式進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范。其中，產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)樹有五層級聯(lián)關(guān)系，從上至下分別為系統(tǒng)級、子系統(tǒng)級、部件級、零件級、最小可更換單元級。

項目管理將整車產(chǎn)品的功能構(gòu)型與項目名稱通過關(guān)聯(lián)表關(guān)聯(lián)起來，分配產(chǎn)品基礎(chǔ)信息表，在進(jìn)行統(tǒng)計分析時可以快速定位項目、定位產(chǎn)品；型號管理提供整車相似產(chǎn)品的歸類管理功能，在統(tǒng)計分析時，可以快速定位型號、項目名稱和產(chǎn)品；故障模式是可靠性數(shù)據(jù)分析的核心內(nèi)容，并且故障模式具有很強(qiáng)的隸屬性，在不同的產(chǎn)品、功能件中存在各種相似的故障模式，但是并沒有因為相似而將其混為一談，而是根據(jù)不同的產(chǎn)品、構(gòu)型進(jìn)行分級管理。

1.2 產(chǎn)品生命履歷模塊

該模塊對軌道交通產(chǎn)品整車產(chǎn)品進(jìn)行全壽命周期的追蹤管理，追蹤到每個型號產(chǎn)品。其中，針對每一個整車產(chǎn)品，系統(tǒng)接受定期更新的運行里程數(shù)據(jù)。故障履歷錄入系統(tǒng)時，確定每條故障記錄將在產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹中具體定位，并確定故障模式及其影響等。系統(tǒng)接受定期更新的供應(yīng)商名錄表，故障履歷錄入系統(tǒng)時，根據(jù)具體產(chǎn)品選擇責(zé)任供應(yīng)商。

1.3 數(shù)據(jù)管理模塊

該模塊基于故障臺賬，對最小可更換單元、運營里程、責(zé)任供應(yīng)商等信息進(jìn)行管理。

可靠性分析系統(tǒng)會根據(jù)“重大故障判斷標(biāo)準(zhǔn)”自動將某些符合條件的故障記錄轉(zhuǎn)化為重大故障。例如某一系列產(chǎn)品的某一部件，在3個月時間內(nèi)發(fā)生了超過3起相同故障模式的故障，系統(tǒng)會自動將該故障判定為重大故障。

1.4 統(tǒng)計分析模塊

該模塊提供整車產(chǎn)品及其部件的可靠性、可用性和可維修性數(shù)據(jù)，以及全生命周期成本中的維修性數(shù)據(jù)。針對產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹中的任一部件，均可統(tǒng)計得到該部件對應(yīng)的故障次數(shù)、故障率、平均無故障時間MTBF、平均無故障運營里程MDBF、平均維修時間MTTR、可用度、故障模式發(fā)生占比等相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

2 可靠性數(shù)據(jù)技術(shù)分析的實施方案

2.1 獲取整車產(chǎn)品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

整車產(chǎn)品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括產(chǎn)品類型、速度等級、配屬車輛段、運營里程、故障臺賬等。在可靠性數(shù)據(jù)分析過程中，對輸入數(shù)據(jù)須慎重判斷，數(shù)據(jù)一經(jīng)采納，必須給予肯定和采信，相信數(shù)據(jù)的真實性。

2.2 可靠性數(shù)據(jù)分析輸入與分析

產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹是數(shù)據(jù)分析和分析結(jié)果輸出的基礎(chǔ)，可先建立車型產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹母樹，這個過程往往需要幾個月時間，建立過程中，對公司及同行業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)行摸底后采用最宜方案。車型產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹建立后，就可以在母樹中選取具體項目的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以構(gòu)成項目產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹。以某地鐵項目車門系統(tǒng)為例，該項目車門系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)樹為二級系統(tǒng)，其子部件客室外掛門、司機(jī)室內(nèi)藏門、坡道式疏散門從母樹上勾選后，構(gòu)成了該車門系統(tǒng)的一級子部件，如圖1所示。其一級子部件下屬的部件構(gòu)成及車輛其他系統(tǒng)的構(gòu)成，采用相同的方式在母樹上勾選，然后構(gòu)成該項目的整車產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹。

圖1 產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹

在可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中，需要先建立產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹，后導(dǎo)入該產(chǎn)品對應(yīng)的故障臺賬。故障臺賬的清洗過程可在系統(tǒng)中進(jìn)行，如圖2所示，前兩列“故障日期”和“故障描述”為售后提供的故障臺賬，該臺賬導(dǎo)入可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)后，需要對該臺賬進(jìn)行清洗，即將該產(chǎn)品所發(fā)生的每條故障臺賬落實到功能結(jié)構(gòu)樹和對應(yīng)的故障模式中，見圖2中后六列內(nèi)容。

圖2 故障臺賬清洗

2.3 可靠性數(shù)據(jù)分析結(jié)果輸出

故障臺賬經(jīng)過清洗后，即可在系統(tǒng)中獲取該產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)。獲取過程需要選定時間區(qū)間后，并確定該產(chǎn)品在該時間區(qū)間總的運營里程。其中，列車的運營里程不局限于某個項目，可多個項目累積。假設(shè)地區(qū)A和地區(qū)B的地鐵車輛運營環(huán)境相似，地鐵車輛上配置的風(fēng)源系統(tǒng)壓縮機(jī)型號在地區(qū)A的某地鐵線和地區(qū)B的某地鐵線上一致，現(xiàn)要計算質(zhì)保期內(nèi)該型風(fēng)源系統(tǒng)壓縮機(jī)的可靠性數(shù)據(jù)，則可累積這兩條地鐵線路上所有列車的運營里程和故障數(shù)據(jù)，得到該型壓縮機(jī)的可靠性數(shù)據(jù)，也可以分別累積兩條線路的運營里程和故障數(shù)據(jù)，相應(yīng)地分別計算每條地鐵線路的產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)。

基于選定的產(chǎn)品和時間區(qū)間，選定故障類型(如碎修、系統(tǒng)修、清客、下線、機(jī)破等)，計算該產(chǎn)品在該時間區(qū)間、對應(yīng)故障類型的總故障次數(shù)，以及相應(yīng)的可靠性表現(xiàn)(如MDBF、MTBF、可靠性增長曲線、故障率等)。以某地鐵項目為例，計算某時間段內(nèi)其平均無故障運營里程MDBF，圖3展示了整車一級系統(tǒng)的MDBF分布結(jié)果，圖4展示了整車一級系統(tǒng)的MTBF分布結(jié)果。以某機(jī)車項目為例，計算某時間區(qū)間內(nèi)的可靠性增長曲線，如圖5所示。

圖3 某地鐵項目的MDBF分布結(jié)果

圖4 某地鐵項目的MTBF分布結(jié)果

圖5 某機(jī)車項目可靠性增長曲線

3 結(jié)語

可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)形成了可靠性數(shù)據(jù)分析平臺，規(guī)范了可靠性數(shù)據(jù)分析過程，并且提供了一個對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析、快速輸出結(jié)果的方法，以提高故障信息的利用率；還提供了一個可以多項目交互的對同一廠家外購件的故障快速統(tǒng)計分析、快速輸出結(jié)果的方法，為供應(yīng)商質(zhì)量管理提供有效依據(jù)。后續(xù)可借鑒故障數(shù)據(jù)分析的經(jīng)驗，基于軌道交通產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹，拓展對維修性數(shù)據(jù)的分析與計算研究。