基于故障风险的动车组塞拉门多部件预防性机会维修策略

技术领域

本发明涉及轨道交通故障维修特别是门系统多部件的故障维修领域，尤其涉及一种基于故障风险的动车组塞拉门多部件预防性机会维修策略。

背景技术

近年来，随着我国轨道交通产业的迅速发展，高速列车已经成为人们出行搭乘的重要交通工具。目前，我国自主研制的标准动车组都将采用塞拉门系统。由于高速列车运行密度大，客流量密集，在运行过程中，往往会因为环境因素、人为因素以及塞拉门本身零件老化问题，引发塞拉门系统故障，导致塞拉门无法正常开关门，影响列车的行车安全，轻则影响乘客出行，重则造成人员伤亡。目前，塞拉门故障维修方式主要采用的是定期检修保养和事后维修相结合的方式，但这种维修方式存在很多不足，其维修成本高，易出现维修过剩或维修不足的现象。要实现高可靠性和高效能的动车组塞拉门维修，必须充分认识到塞拉门维修的客观规律，以科学系统的维修理论指导维修实践，建立合理的维修策略，因此，研究先进的维修策略，为塞拉门制定科学合理的维修方式具有重要的意义。

预防性维修指在未发生故障之前，提前对系统进行检修、保养，及时发现故障征兆并进行维修，使其保持在规定状态下运行。机会维修是指部件之间存在维修和经济相关性，可同时进行维修的思想。由于国内动车组塞拉门维修方式主要采用定期预防性维修和事后维修相结合的方式，没有考虑到塞拉门系统运行的可靠性大小，因此需要从部件的可靠性原理出发，结合部件故障风险大小对塞拉门维修策略的影响，同时在传统预防性维修的基础上引入多部件机会维修思想，从而制定塞拉门的预防性机会维修策略。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术之不足，本发明提供一种能够在满足塞拉门运行可靠性的基础上降低维修成本、减少维修次数，为动车组塞拉门维修策略优化提供了参考和理论依据的基于故障风险的动车组塞拉门多部件预防性机会维修策略。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于故障风险的动车组塞拉门多部件预防性机会维修策略，包括以下步骤：

S1：制定动车组塞拉门系统关键部件的不完美维修方式；

S2：根据历史故障数据计算所有故障模式的威布尔比例风险模型；

S3：通过故障模式的可靠度函数确定单部件预防性维修周期间隔，并以单位时间内维修费用最少为目标确定单部件的预防性维修次数；

S4：以运行周期内最优维修费用为目标建立目标函数，通过对目标函数的寻优得到最佳机会维修可靠度阈值；

S5：建立动车组塞拉门预防性机会维修的维修策略，使部件总维修费用最少，同时又能满足可靠度的要求。

动车组塞拉门系统关键部件的不完美维修方式包括故障小修、故障预防性维修、机会维修和更换维修。

威布尔比例风险模型为

所述关键部件的实时可靠性满足如下可靠度函数R(t)：

其中，t是列车运行时间；β、η分别是部件的形状参数和特征寿参数。

S3包括以下步骤：

S31：基于运行可靠度求解单部件维修周期间隔，对塞拉门各单部件设定不完美维修模式是根据役龄递减模型和故障率递增模型，预设部件在第i次预防性维修间隔期的故障率为λ

λ

λ

λ

式中，k＝0，1，2…，N，T

S32：基于部件可靠度求解单部件预防性维修周期间隔，包括以下步骤：设定塞拉门系统全新部件的故障率为λ

将式(4)两边去对数得：

式中，T

S33：以单位时间维修费用最少为目标函数确定单部件的最佳维护次数，维护总费用包括：故障风险成本、故障小修成本、预防性维修成本以及更换维修费用，则单位时间内总维护费用C

其中：C

M

T为一个维护周期的总时间，

S4包括以下步骤：

S41：以单部件的预防性维修周期为基础，引入机会维修思想，对于部件a、b、c，当部件a运行至其预防性维修周期

S42：以预防性维修周期内总的维修费用为目标函数建立机会维修模型，如下：

Min{C

s.t:0＜R

N

N

N

S43：目标函数的求解采用二次抛物线插值法，即利用目标函数在若干点的信息和函数值，构造一个与目标函数较接近的低次插值多项式，然后求取该多项式的最优解作为原函数的近似最优解，最优解即为部件机会维修的最佳阈值。

S5包括以下步骤：

S51:确定每个部件的最佳机会维修阈值，

S52:建立塞拉门系统预防性机会维修策略。

本发明的有益效果是，本发明提供的一种基于故障风险的动车组塞拉门多部件预防性机会维修策略，相对于单部件的预防性维修策略，采用多部件预防性机会维修策略，可有效降低塞拉门系统维修费用，减少维修次数，提高塞拉门运行可靠性，为动车组塞拉门维修策略优化提供了参考和理论依据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是机会维修原理图。

图2是维修费用与机会维修阈值的关系图。

图3是单部件预防性维修决策图。

图4是多部件预防性机会维修决策图。

图5是本发明的流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图5所示的流程图，以动车组塞拉门系统门控器、敏感边缘、限位开关、通讯故障、锁闭装置五个关键部件、动车组年检周期(一年)为例，验证基于故障风险的动车组塞拉门多部件预防性机会维修策略。

首先制定动车组塞拉门系统关键部件的不完美维修方式，动车组塞拉门系统关键部件的不完美维修方式包括故障小修、故障预防性维修、机会维修和更换维修。

然后根据关键部件的历史故障数据确定部件的威布尔分布参数，如表1所示，给出了五个部件的威布尔分布参数和各项维修费用以及风险因子。

表1部件各参数表

则故障率函数λ

根据可靠度公式：

可求得最低可靠度约束下单部件的预防性维修周期间隔，以单位时间维修费用最少为目标函数确定单部件的最佳维护次数。维护总费用包括：故障风险成本、故障小修成本、预防性维修成本以及更换维修费用。则单位时间内总维护费用C

其中：C

M

T为一个维护周期的总时间，

根据式(9)和式(10)可求得单部件最佳预防性维修周期以及维修次数，如表2所示。

表2最佳预防性维修周期间隔和次数

以单部件的预防性维修周期为基础，引入机会维修思想，以预防性维修周期内总的维修费用为目标函数建立机会维修模型，如下：

Min{C

s.t:0＜R

N

N

N

目标函数的求解采用二次抛物线插值法，该方法的基本思想是利用目标函数在若干点的信息和函数值，构造一个与目标函数较接近的低次插值多项式，然后求取该多项式的最优解作为原函数的近似最优解。最优解即为部件机会维修的最佳阈值。如图2所示，通过二次抛物线插值法可得到各部件的机会维修可靠度阈值ΔR

表3预防性机会维修参数优化结果

从表3中可以看出，机会维修区域约占预防性维修周期的10％～15％左右，机会维修区域合理，不易出现过剩维修而导致的维修次数增加。

根据单部件的最佳机会维修阈值可对5个部件进行多部件机会维修，在一个年检周期内，各部件单部件顺序维修策略和多部件联合机会维修决策分别如图3和图4所示。从图中可以看出一个年检周期内，进行单部件的预防性维修要进行26次检修，而采用机会维修策略仅需16次检修。

通过计算分析塞拉门系统5个部件分别采用预防性机会维修策略与传统预防性维修的费用，比较结果如表4所示。从表中可以看出，一个年检周期内采用单部件预防性维修策略的费用为42785.5元，而采用多部件预防性机会维修策略的费用为32244.2元，费用节省率达25％。

表4两种维修决策结果对比

通过上述以动车组塞拉门系统门控器、敏感边缘、限位开关、通讯故障、锁闭装置五个关键部件、动车组年检周期(一年)为例，采用基于故障风险的动车组塞拉门多部件预防性机会维修策略进行验证，可得出该维修策略能够在满足塞拉门运行可靠性的基础上降低维修成本、减少维修次数，为动车组塞拉门维修策略优化提供了参考和理论依据。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。