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摘要：随着新一轮城市轨道交通线网建设在全国的兴起，在给市民提供舒适?快捷服务的同时，如何在线网的高密度客流条件下提高列车运营的可靠性和安全性已引起城市轨道交通运营部门的高度关注?目前，国外很多的城市轨道交通运营商?车辆生产厂商早已将可靠性工作作为提高车辆质量的重要环节?国内很多的车辆生产厂商也已经在多年前开展可靠性工作，并积累了一定的经验?然而，国内的城市轨道交通运营部门开展可靠性工作的时间较短或者刚刚起步，各方面经验和数据都较为匮乏，故车辆全寿命周期内可靠性的研究还处于空白状态?
关键词：城市轨道交通；车辆；全寿命周期；可靠性
1可靠性分析
1.1可靠性指标
可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力?对于城市轨道交通车辆而言，采用可靠度?故障概率密度函数?故障率和平均寿命作为衡量可靠性的主要指标?
（1）可靠度：是指系统在规定时间内和规定条件下正常工作的概率，取值范围为0~1?由定义可知，系统开始使用时，可靠度为1，系统可以正常使用；当使用时间充分大时，可靠度为0，即系统最终都会失效或发生故障?可靠度估计值是指在规定时间区间内，能够完成规定功能的样本数与在该时间区间开始时投入工作的样本总数的比值?
（2）故障概率密度函数：表示在任意时刻样本总数中下一个单位时间内发生故障的概率，是可靠度函数导数的负值?
（3）故障率：也称失效率，表示工作到规定时刻尚未故障的样本，在规定时刻后的单位时间内发生故障的概率?对于有限样本，其故障率等于在规定时刻后单位时间内新发生的故障样本数除以工作到规定时刻尚未故障的样本数和单位时间的乘积?
（4）平均寿命：也称故障间隔时间和平均无故障时间，表示样本在2次故障间的平均时间，是故障概率密度函数的期望?
1.2可靠性分析流程
可靠性分析方法主要包括机理模型法和统计模型法?由于城市轨道交通车辆是一类包含机械零部件和电子元器件等的复杂系统，机理模型法很难评价其可靠性?因此，采用统计模型法进行城市轨道交通车辆可靠性的分析?
首先，进行数据准备与分析，确定城市轨道交通车辆的关键系统；其次，根据专家经验候选几种可能的故障分布模型，采用极大似然法对各分布模型进行参数估计，采用A-D统计量各分布进行拟合度检验，确定最佳故障分布模型；最后，计算关键系统的可靠性指标?
（1）数据准备与分析?根据车辆运营状况及维修记录，采用可靠性数据统计方法，剔除或合并非故障条目，最终确定有效的城市轨道交通车辆故障数据，并基于故障数据统计分析进一步确定车辆关键系统?
（2）选择分布模型?可靠性工程中较常用的分布有指数分布?威布尔分布?正态分布?极值分布和正态对数分布?不同失效机理的设备其分布模型也不同?指数分布适合大部分电子元器件和大型综合系统的故障模型；正态分布适合因临界参数决定成功/失败的硬件类故障模型；威布尔分布适合因腐蚀?磨损?疲劳而强度受损的设备，以及具有递增或递减故障率特性的简单装置?
选择指数分布?对数正态分布?两参数威布尔分布和三参数威布尔分布为车辆关键系统的初选分布模型?三参数威布尔分布的概率密度函数中包含形状参数?尺度参数和位置参数?形状参数决定分布密度函数曲线的基本形状，使得威布尔分布在数据拟合上具有较大调整空间，可以很好地描述数据分布情况；尺度参数也称离散度，主要影响分布函数的广度和均值；位置参数也称起始参数，系统在位置参数之前的时间内不发生失效或故障，具有100%的可靠度，当其为0时，三参数威布尔分布转化为两参数威布尔分布?
（3）参数辨识与拟合度检验?参数辨识是根据数据样本计算分布模型参数的过程，辨识精度取决于样本数据的多少及辨识算法?常用的辨识算法有矩估计法?极大似然估计法?最小二乘法和相关系数法等?采用极大似然估计法进行参数辨识?
拟合度检验用来确认样本数据是否符合指定的分布模型，常用的检验方法包括皮尔逊χ2检验?柯尔莫哥洛夫K-S检验?Anderson-Darling（A-D）检验等?针对故障分布模型采用A-D拟合度检验法，参数辨识与拟合度检验均采用Matlab编程实现?
（4）可靠性指标计算?根据通过检验的分布模型计算可靠度函数?故障概率密度函数?故障率函数等，并在此基础上计算平均寿命?可靠寿命等预测指标?
2可靠性管理在轨道交通车辆全寿命周期内的应用
根据国际标准IEC60300-2的定义，产品的寿命周期（见图1）一般包括论证?设计?开发?生产?安装?运用?维护和报废等不同阶段?其中，论证?设计?开发和生产阶段一般在生产厂商处完成，安装?运用?维护和报废阶段是在运营商处完成?可靠性的应用需贯穿于整个寿命周期之中?
由表1可见，车辆可靠性高低的关键在于前期的设计和制造，即要想保证车辆全寿命周期内较高的可靠性，必须注重提高车辆设计以及制造过程中各系统?整车的可靠性要求；同时，当车辆投入使用后，使用和维护能力的高低也是影响可靠性高低的重要因素之一?换句话说，就是要将可靠性工作贯穿于车辆前期的设计?制造及后期的运营维护维修的全寿命周期?
2.2全寿命周期内各阶段的可靠性管理
列车全寿命周期不同阶段的可靠性管理相关工作不尽相同，贯穿于全寿命周期内的可靠性管理相关工作见表2所示?
表2全寿命周期内可靠性管理相关工作
城市轨道交通车辆是由许多系统共同构成的复杂机电设备?其整车系统?子系统?零部件或元器件之间的逻辑结构也很复杂，而不同的逻辑结构必然导致不同的可靠性指标?如，串联元器件组成的系统较并联元器件组成的系统可靠性要低?可靠性框图就是用来表示整车系统?子系统?零部件或元器件之间逻辑关系的工具?车辆车门传动系统基本可靠性框图见图2所示?
可靠性框图的建立，可以为各系统?整车的可靠性评估和可靠性分配提供依据?同时，可靠性框图也是部件故障分析?风险评估的基础?
图2车辆车门传动系统基本可靠性框图
3结语
可靠性管理工作贯穿于城市轨道交通车辆的整个寿命周期?因此，在新线建设期间要充分运用可靠性管理来控制车辆在设计?生产制造期间的产品质量，在运营阶段要建立有效的?标准化的故障数据库来评估车辆可靠性考核指标；同时，根据故障数据对车辆全寿命周期内的状态进行分析和评估，为改善维修模式?科学制定维修周期和方案?降低维修成本提供依据?
参考文献
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论文作者:刘东宇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/7
标签：可靠性论文; 车辆论文; 故障论文; 参数论文; 寿命论文; 周期论文; 模型论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;