动车组故障率统计分析方法
动车组故障率统计分析方法
王华胜;李昊;朱庆龙;钱小磊;艾厚溥
【摘 要】针对我国动车组故障影响特点和运用管理要求,按照故障严重程度不同对动车组事故和故障进行分类,制定了动车组A类、B类、C类和D类故障的可靠性指标;依据可靠性工程理论,给出动车组百万km故障率指标定义及其计算式;提出动车组故障率统计分析方法,并对某型动车组寿命周期内故障率变化规律、高级修效果和特定部件周期性故障规律进行分析.结果表明:动车组的早期惯性故障经过有效整治后,故障率显著降低并持续平稳;高级修前故障率呈逐渐上升趋势,高级修后呈微弱的早期故障期,随后明显下降;空调系统的季节性故障率变化趋势分析表明,在每年夏季的6-8月间具有明显的故障率峰值,应强化维修保养措施.示例分析表明,此方法可基于运用维修大数据对动车组故障规律进行验证和分析.%Based on the characteristics of EMU faults and the requirements for the operation and management in China,the accidents and faults of EMU are classified according to the severity of faults,and the reliability indices are formulated for Class A,B,C and D faults of EMU.According to the theory of reliability engineering,the definition and the formula of the
fault rate index for every million km of EMU are given.The statistical analysis method for the fault rate of EMU is proposed.The change rule of the fault rate for one type of EMU in its life cycle,the effect of advanced repair and the periodic fault rule of certain components are analyzed.Results show that after the early inertia faults of EMU are effectively regulated,the fault rate has been significantly reduced and continued to be stable.The fault rate of the advanced repair is increasing gradually.After the advanced repair,there is a weak early fault period and then there is a dramatic decline.The trend analysis for the seasonal fault rate of the air-conditioning system shows that there is a significant peak of fault rate from June to August every summer and the maintenance measures should be strengthened.Example analyses show that the proposed method can be used to verify and analyze the fault rule of EMU based on the big data of operation and maintenance.
【期刊名称】《中国铁道科学》
【年(卷),期】2018(039)001
【总页数】适合七夕节发的句子5页(P88-92)
【关键词】动车组;故障分类;可靠性分析;统计分析;大数据
【作 者】可移动磁盘不显示王华胜;李昊;朱庆龙;钱小磊;艾厚溥
【作者单位】中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081;中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081;中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081;北京纵横机电科技开发公司,北京100094;中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081
【正文语种】中 文
【中图分类】U266
随着我国高速铁路运输的快速发展，高速动车组在运营里程、开行列数、交路距离、运行环境、载客数量等方面均创造了世界之最，产生了很好的经济效益和社会效益。但在各种复杂运行环境和因素的影响下，动车组也不可避免地出现一些故障，如何借助运用维修大数据对各类故障进行统计分析，揭示故障规律，采取科学有效措施预防和控制故障及其影响，成为目前动车组迫切需要解决的问题。
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故障率作为可靠性基本概念在诸多文献中均有论述[1-4]，这些论述主要集中在基于瞬时故障率的可靠性理论分析，以及可靠性试验中简单产品或部件的平均故障率统计分析方面。但对于像动车组这样集软、硬件为一体的大型复杂、可修机电系统，不仅结构功能复杂而且故障模式及影响种类繁多，如何针对其实际运用和管理特点进行故障率定义、计算、统计和分析尚未见到相关文献介绍。
本文针对动车组故障影响特点和运用管理要求，对动车组事故和故障进行分类，初步建立动车组可靠性指标体系；给出动车组百万公里故障率指标定义及其计算式；提出动车组故障率统计分析方法，并以某型动车组为例进行实例分析。
1　动车组事故和故障的分类及定义
故障是指产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态[5]。不同的故障其机理、原因、规律、影响可能均不相同，为此，应从不同角度对故障进行分类。铁路运输的主要目标是安全、正点地运送旅客至目的地，并在途中为旅客提供必要的服务和环境，为此，铁路行业在长期运输生产中制定了较完善的事故、故障、维修及管理等相关规定，如《铁路交通事故应急救援和调查处理条例》、《铁路交通事故调查处理规则》、《铁路
技术管理规程》、《铁路动车组运用维修规程》等。
依据上述规则和规程，并根据动车组实际运营和管理特点，建议从动车组故障影响的安全性、运用性和舒适性3方面，对动车组的事故和故障进行分类和定义。
1)动车组事故
《铁路交通事故调查处理规则》按照后果严重程度不同，将事故分为特别重大事故、重大事故、较大事故、一般A类事故、一般B类事故、一般C类事故和一般D类事故[6]，并对各类事故的损失和情形给出明确界定，其中包含了动车组车辆设备故障导致的事故情形，可以作为动车组事故分类和定义的标准和依据。
2)动车组故障
(1)动车组A类故障。在规定的运用环境和条件下，由于车辆设备故障导致动车组途中非正常停车时间大于20 min、小于1 h的故障。
(2)动车组B类故障。在规定运用环境和条件下，由于车辆设备故障导致动车组途中非正常停车少于20 min的故障。
(3)动车组C类故障。在规定运用环境和条件下，由于车辆设备故障导致动车组出入站晚点，以及在功能受限模式下运行的故障。
(4)动车组D类故障。不影响动车组正常运行的其他各类故障。
依据各类故障后果的严重程度不同，动车组故障主要包括以下几类：
(1)途中非正常停车。该故障发生时动车组不仅影响同方向后续列车的运行，而且通常需要随车机械师下车对故障进行复核，进而造成邻线封闭，对高铁运输影响较大。途中非正常停车的动车组超过规定时间若不能恢复运行，通常会启动途中应急救援等措施，可能需要车、机、工、电、辆等多部门配合工作，对高铁运输造成更大的影响。为此，参考《铁路动车组运用维修规程》等相关规定[7]，按照途中非正常停车时间是否大于20 min，将其划分为A类故障和B类故障。
(2)出入站晚点。该故障主要指始发和终到站晚点及途经站的发车、到达晚点。数据分析发现，牵引、制动功能部分丧失导致的运缓、限速是造成动车组入站晚点的主要因素；侧门关闭不良等故障是导致动车组出站晚点的主要原因。由于晚点期间动车组位于站内，不会
影响正线其他列车运行，故障后果远小于途中非正常停车，为此把该类故障归为C类故障。
(3)功能受限模式运行。主要指动车组局部功能故障导致牵引力、制动力不足，速度受限；空调、侧门、卫生间等出现严重或多处故障，进而影响旅客乘车的舒适性，但动车组仍可维持运行。其故障包括且不限于：①牵引系统局部功能故障，切除部分牵引动力限速运行；②制动系统局部功能故障，切除部分制动力限速运行；③空气弹簧故障导致限速运行；④动车组中任意一辆车空调故障导致车内空调功能完全丧失；⑤相邻两辆车所有卫生间故障隔离禁用；⑥相邻两辆车同侧所有乘客侧门故障隔离禁用。动车组在上述故障模式下虽可维持运行，但运行品质和旅客乘坐舒适度较差，为此把该类故障也归为C类故障。
动车组和高铁的区别2　动车组故障率计算方法
故障率作为动车组可靠性的重要评价参数，反映了动车组故障的规律和趋势，可分为瞬时故障率和平均故障率。
瞬时故障率λ(t)是指在规定条件下运用到时刻t尚未发生故障的动车组，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，即
(1)
式中：Ns(t)为到t时刻尚未发生故障的动车组列数； dr(t)为t时刻后dt时间段内故障的动车组列数。
由式(1)可以看出：瞬时故障率是动车组运用时间的函数，也称故障率函数；而可靠性理论中时间的概念通常是广义的，这里主要以动车组的运行里程作为时间评价尺度。
在动车组运用管理实际中为计算方便，常用平均故障率作为评价指标，其计算式为
行政级别(2)
式中：Δr(t)为时间间隔(t,t+Δt)内发生故障的动车组列数； r(t)为0～t时间段内累积故障的动车组列数； N0为初始时刻投入运用的动车组总列数； Δt为所取时间间隔。chm转换txt
由式(2)可以看出，Δt取值越小得到的平均故障率越接近瞬时故障率，当式(2)中Δt→0时便得到式(1)，即
(3)
鉴于动车组运行速度快，故障率通常较低，为方便评价，一般可采用列车百万km故障率作为评价指标。设在第i(i=1,2,…)个运行间隔[iΔt～(i+1)Δt]内有Ni列某型动车组投入运行，期间累积发生Δri次故障，则该运行间隔内动车组总累积运行里程为NiΔt，其在iΔt时刻的百万km平均故障率为

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