内燃动车组动力系统可靠性分配研究

石馨月++李静源++苏会芳

摘 要：RAMS（可靠性、可用性、可维护性、安全性）是系统工程技术之一，也是世界先进轨道交通行业普遍采用的关键技术。研究轨道车辆的可靠性对保证其安全运营有着重要意义。文章主要对RAMS中的可靠性分配进行重点讨论，以某出口国外内燃动车组动力系统为例，根据给定的可靠性指标，采用评分分配方法，对此关键系统展开可靠性分配，最后得出可靠性分配结果。

关键词：轨道车辆；可靠性指标；可靠性分配

中图分类号：U262.73 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0058-02

RAMS起源于20世纪70年代，首先应用于民航、核电、军工等领域，从20世纪80年代起，轨道交通行业引入RAMS。目前，发达国家轨道交通行业的RAMS工程已经发展到了一个比较先进的水平，建立了系统的RAMS行业标准，形成了完整高效的工作体系。我国轨道车辆还没有形成完整的产业链和合理的产业结构，在项目各阶段，如何更好的应用RAMS还不够完善。文章以内燃动车组动力系统为例，在项目方案设计阶段，采用评分分配方法，展开可靠性分配，得到可靠性指标，从而为相关轨道车辆关键系统可靠性分配提供决策性参考。

1 轨道车辆可靠性及可靠性分配

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。表征产品故障的频繁程度和危害程度，是产品的一种固有属性，主要有设计决定。可靠性分配是将可靠性指标（用户提出的或在设计任务中规定）自上而下，从大到小，从系统到子系统、零部件，即将上一级产品可靠性定量要求合理的分配到下一级产品的过程，并将其写入相应的设计任务书或合同中，是一个演绎的分解过程。

2 可靠性分配方法

常用的基本可靠性分配方法有：等分配法、比例组合法、评分分配法、Delphi法等。文章采用评分分配法，通过有经验的设计人员或专家对影响可靠性的几种因素评分，对评分进行综合分析而获得各单元产品之间的可靠性相对比值，再根据相对比值给每个分系统或设备分配可靠性指标。应用这种方法时，时间应以系统工作时间为基准。一般假设产品服从指数分布。

[分配模型]设系统的故障率，则分配给第i个单元的故障率为：

（式1）

其中

（式2）

（式3）

（式4）

式中i=1，2，…，n——单元数

——第i个单元的评分系数

——第i个单元的评分数

——第i个单元第j个因素的评分数（这里假定m个因素）

——系统的评分数

评分因素

评分分配法通常考虑的因素有：复杂程度、技术发展水平、工作时间、环境条件。可以根据产品的特点增加或减少评分因素。

分配步骤

按以下步骤进行分配：

（1）确定待分配系统的基本可靠性指标，研究待分配系统的特点，确定评分因素。

（2）确定该系统中的“特殊件”产品及其可靠性指标。

（3）聘请评分专家，专家人数不宜太少（至少5人）。

（4）产品设计人员向评分专家介绍产品及其组成部分的构成、工作原理、功能流程、任务时间、工作环境条件、研制生产水平等情况。

（5）各专家评分，经处理给出专家综合评分值（对偏差较大的奇异值应分析其理由）。

评分原则

以列车产品的MTBF为分配参数说明评分原则：

a.复杂程度——它是根据列车产品的组成单元的元器件、部件数量以及它们组装的难易程度来评定。最复杂的评10分，最简单的评1分。

b.重要度——它是根据列车产品的组成单元发生故障对产品可靠性的影响程度大小来评定的。最重要的评1分，最不重要的评10分。

c.技术水平——根据列车产品的组成单元目前的技术水平和成熟程度来评定。水平最低的评10分，水平最高的评1分；

按公式1～4分配各单元的基本可靠性指标。

在可靠性分配的过程中，往往有一些系统的子系统已经有可靠性指标，此时该子系统就不需要参加分配，可以将子系统的可靠性指标从总体指标中剔除，剔除后的可靠性指标作为新的待分配指标，进行分配。具体的剔除模型：

式中：

MTBF‘——剔除子系統后的可靠性待分配指标；

λ——原系统的故障率；

λi——已知可靠性的子系统的故障率；

k——已知可靠性的子系统的个数。

3 给定的系统可靠性指标

动力系统的可靠性待分配指标，见表1所示。

4 可靠性模型

动力系统是整个动车组的动力来源，动车组的牵引、控制、冷却、风扇、照明等所有用电全部取自动力总成。其可靠性模型如图1所示。

5 产品评分表

通过5名专家评分，得出产品评分分配总表如表2。

6 分配结果

可靠性分配详细结果如表3所示。

通过以上分析，得知在动力系统的设计过程中需要注意以下几点：

（1）根据故障导向安全的原则，合理设计系统控制逻辑。

（2）采取硬线冗余的方式保证控制装置的可靠性。

（3）合理设计管路排布。

（4）充分考虑管路连接处的受力情况及其在车辆运行过程中的可靠性，管路连接处采用抗震动的结构。

（5）通过计算校核，合理设计动力模块与车体安装处的接口结构，做好受力分析，设计合理的扭矩。

参考文献

[1]British Standards Institution.EN 50125：1999 Railway applications—The specification and demonstration of Reliability，Availability，Maintainability and Safety（RAMS）[s].

[2]李国文.营运车辆使用可靠性评价研究[D].西安：长安大学，2011.

[3]潘丽莎.城市轨道交通车辆关键系统可靠性研究[J].城市轨道交通，2012（07）：80-83.