城市轨道车辆的可靠性验证方法

艾兴乔 张丽娜 郑瑞防

摘 要：该文结合目前城市轨道车辆项目合同要求，阐述了城市轨道车辆可靠性验证的主要内容和方法，对验证过程中的故障数据收集和责任故障判定提出了自己的观点，比较分析了有置信度要求和没有置信度要求时2种不同的可靠性验证试验接收标准，并通过MATALB解超越方程完善了标准中定时截完试验方案，同时对可靠性验证过程中应注意的问题进行了分析。

关键词：轨道车辆；可靠性验证；置信度

中图分类号：U292.91 文献标志码：A

0 引言

城市轨道车辆的可靠性直接关系到车辆的运营维护成本及服务质量，为了降低车辆的运营维护成本，达到用户要求的服务质量，用户在车辆的招标阶段就提出了可靠性的要求，并要求在车辆运营阶段根据实际运营情况进行考核验证。通常用户将可靠性验证的通过与否与列车的质保期或其他经济赔偿联系在一起，因此，可靠性驗证工作在城市轨道交通中越来越受到重视。

1 可靠性验证的内容

1.1 故障定义

一般用户在合同中会按照故障对运营服务的影响进行分类，在城市轨道交通中，一般将故障分为3类，用户对每类故障都给定了一个可靠性指标。

救援故障——列车严重损坏，丧失自身牵引，需要另一车救援回库。

清客故障——列车故障后不能继续载客服务，需要清客，但列车自身能空车返回。

晚点故障——列车故障后影响系统的正常运行，按正常时间表晚点超过一定时间（一般为2 min或5 min）。

1.2 验证期

可靠性性能是通过验证使用的列车在测试期间所运行的公里数来评定的，一般早期的故障不属于此范围内。一般而言，在5 000 km内，车辆电气和机械部件有磨合过程，车辆发生故障的频率较高，因此用户通常要求在车辆验收前进行5 000 km或10 000 km的试运行，避开早期故障高发期。如果合同中对可靠性验证开始点没有规定，双方可就验证期达成一致意见。一般验证期约持续半年或一年，验证时以整个车队为对象。

1.3 故障数据收集

在可靠性验证期间，应制定故障报表，对每个故障真实地记录。报表至少应该包括以下参数：

（1）列车编号。

（2）故障发生时间。

（3）累计公里数。

（4）故障件及所属系统。

（5）故障描述。

（6）故障原因。

（7）故障对系统及运营的影响。

（8）立即采取的措施。

（9）更换的零部件。

（10）维修人时。

报表也可以记录其他有关的资料，象当时的天气、线路情况，故障列车驾驶员的详细资料等。

1.4 责任故障的判定

售后人员应收集每一个故障的具体信息，对每个故障进行原因分析，划分责任。已识别的故障应得到用户和车辆供货商双方的认同，唯有双方都认同的故障才能用于可靠性验证评估。一般以下故障不属于车辆供货商的责任：

（1）在超出合同范围条件下使用车辆而发生的故障。

（2）故障如果是由于司机错误、维修错误、破坏行为或者外部因素导致的，如外部物体撞击、障碍物、接触网、道旁设备故障等导致的故障。

（3）未探明原因的故障，如果在故障检查时没有发现任何故障症状和没有采取任何措施故障现象消失了，在未探明原因前则不算责任故障。

具体责任故障的判定原则可以在可靠性验证前跟用户商定。

1.5 可靠性指标

合同中对可靠性指标一般有3种表达方式：MTBF（平均故障间隔时间）、MDBF（平均故障间隔里程）或者是每百万车公里故障数，三者之间可以相互转化。鉴于可靠性验证期一般为一年，可以计算整个车队在这段时间内允许发生的故障总数。

2 可靠性验证计算与“接收/拒收”判决标准

由于列车的可靠性验证是在规定的时间内进行的无替换的试验，因此它可以看成是一个无替换的定时截尾试验。现举例说明无置信度要求和有置信度要求2种情况下的可靠性计算和“接收/拒收”标准。

象用户一共采购10列车，编组方式为8辆编组，每列车每年运行距离为12万 km，验证期为连续的12个月，可靠性指标如下：

（1）2分钟及以上的延误故障每百万车公里不超过6个；

（2）清客故障每百万车公里不超过1.5个；

（3）救援故障每百万车公里不超过0.5个。

2.1 无置信度要求的可靠性验证计算与“接收/拒收”判决标准

车队一年运行车公里总数：

10列×8辆×120 000 km=9 600 000 car km =9.6 Million car km；

2分钟及以上的延误故障的MDBF=1 000 000 Million car km /6=0.167 Million car km；

一年内允许整个车队发生故障数：

9.6 Million car km /0.167 Million car km≈57.49。

其余两类故障计算结果见表1。

2.2 有置信度要求的可靠性验证计算与“接收/拒收”判决标准

这个方法是使用系数法选定试验方案从而确定试验所要求的时间（或距离）和方案所对应的接收/拒收的判决故障数，MIL-HDBK-781A和GJB 899A中给出方案10-1～10-20所对应的值，见表2。方案10-20以后的M值可用MATLAB求解超越方程（1）来求解，接收数a和拒收数r逐渐增加，r = a -1，在已知a、β的条件下求解对应的M。

如2分钟以上的延误故障如果有置信度为90 %的要求时，M=T/θ1=9.6 Million car km /0.167 Million car km≈57.49，表示其总试验运行里程应不超过MDBF下限θ?1的57.49倍，查表2可选定试验方案10-48，该方案所对应的接收判决故障数为47，拒绝判决故障数为48，即如果试验进行到57.07θ?1时所发生的责任故障数小于48则接收，如果所发生的责任故障数大于或等于48则拒收。同理，可算出其他2类故障的“接收/拒收”数，见表3。

从上述无置信度要求和有较高置信度要求2种情况下的可靠性计算可以看出，有较高置信度要求比无置信度要求的“接收/拒收”判决故障数要严格，即有较高置信度要求比无置信度要求的可靠性指标更为严格，因此在进行可靠性分配、预计等工作时应注意这2种情况的差别，避免出现分配的指标达不到要求，并尽早将已分配好的可靠性指标落实到产品设计及分包商产品的管控中去。

3 结语

车辆的可靠性验证是对车辆可靠性最直接、最有效的评估方法，通过可靠性验证可以知道车辆实际的可靠性水平，通过不断地改进，实现可靠性增长，最终满足用户的要求。

参考文献

[1]李明国，高泽忠.可靠性保证试验及其在通信装备验收中的应用[J].电子产品可靠性与环境试验，2015，33（4）：38-45.

[2]邱述斌，王春晖，李晓钢.可靠性验收试验的方法与途径[J].电子产品可靠性与环境试验，2013，31（S1）：24-28.