动车组故障分析及改进方法

转向架是动车组安全、可靠运行的关键部件，转向架的维修是动车组可靠安

全高效运行的必要保障。当转向架出现故障时，如果不能及时维修，严重的会导致系统运营中断，甚至威胁人们的生命及财产安全;如果维修不当，可能导致“维修不足”或“维修过剩”。鉴于此本文以动车组转向架为研究对象，对其维修决策过程的维修方式确定、计划维修周期、视情维修时机三个环节，分别建立数学模型，运用维修决策理方法，有效地解决维修方式不当，计划维修不足或维修过剩以及视情维修时机不准确等问题，为动车组转向架的修程修制优化提供理论依据。

在总结分析动车组转向架主要结构特点及功能原理基础上，分析影响维修决策过程的因素，划分维修模型，对相应模型故障率演化规律进行分析。建立转向架重要功能部件评估模型，为转向架关键零部件的维修方式决策提供参考依据。基于动车组转向架实际维修过程中出现的“维修不足”或“维修过剩”的现状，建立动车组转向架在预防计划性维修中的故障率演化模型，并建立在一个周期内和一个大修周期内的计划性维修周期决策模型，以单位时间维修费用最小为目标函数针对视情维修时机不准确的问题，建立威布尔比例强度模型描述转向架寿命分布与伴随变量之间的关系，运用物理规划法，保证可靠度和单位时间维修费用在期望区间内，求解最优的维修阂值，确定最优视情维修时机。

通过建立的重要功能部件评估模型，确定转向架子系统中重要功能部件的排序及维修方式，为实际动车组转向架零部件的维修方式优化提供了理论参考;运用建立的计划维修周期决策模型，得到转向架在一个大修周期内的最优维修周期及维修次数，降低了大修期内的维修次数，减少了人力财力的消耗，增加了动车组实际运营时间;运用威布尔比例强度模型和维修阂值，结合历史故障统计数据，得到转向架视情维修时机决策图和维修时机建议，所得到的结论与实际现场维修决策基本一致。

因此，本文所做的动车组转向架维修决策研究为其修程修制的优化提供了良好的理论依据，所建立的维修决策模型也同样适用其它复杂系统的维修决策研究。 关键词:转向架;维修方式决策;计划维修周期决策

目 录

第1章 绪论......................................................... 1

1.1课题研究背景及意义........................................... 1 1.2维修决策国内外应用研究现状................................... 2 1.3论文主要研究内容与技术路线................................... 5 第2章 动车组转向架维修决策理论基础................................. 8

2.1转向架概述................................................... 8 2.2维修决策概述................................................ 10 第3章 动车组转向架维修方式决策.................................... 13

3.1维修方式概述................................................ 13 3.2动车组转向架维修方式........................................ 13 结 论.............................................................. 16 展望............................................................... 17 参考文献........................................................... 18

致谢 ................................................................................................................................................ 23

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

随着“一带一路”概念的提出以及实施方案的落实，相应“一带一路”区域的交通运输的需求也日益增长，加快高铁建设己成为解决日益增长交通运输的需求的主要途径。随着大量的动车组列车投入使用，优质的维修和管理并保证动车组列车安全、可靠、高效、经济地运营，无疑成为当前迫切需要解决的问题。

科学合理的修程修制是动车组高效、安全、经济运营的重要保证。对于现有国产动车组的修程修制方案，很大程度上是综合和延续引进的国外动车组的修程修制，没能全面考虑国内动车组具体运营条件，目前的修程修制方案仍需要进一步根据国内的具体运营条件进行完善。通过对我国动车组目前的维修现状调研，发现动车组维修的技术是“在预防计划修的前提下，逐步实施视情维修、换件修和关键零部件的专业化集中修”，其中预防计划修属于预防性维修范畴。但通过对动车组历史可靠性数据统计分析发现，实际维修决策和管理实施过程中，大部分还是延承历史经验，没有系统的运用可靠性与维修决策理论方法作为指导，最终导致动车组在出现故障时未能进行及时的维修或进行了提前维修，从而未能保证动车组故障得到有效地预防的同时也增加了维修成本。

本文研究的目的是在以可靠性理论为基础，维修思想为指导，对动车组转向架关键零部件的维修决策进行研究，主要从维修方式确定、计划维修周期优化和视情维修阂值的优化三方面，结合维修决策方法和建立相应的维修决策模型，从而得到最优的维修策略，从而解决转向架维修中“维修不足”或“维修过剩”以及维修时机不恰当的问题。

最终实现以下几个方面的意义:

(1)尽量减少转向架在维修过程中的“维修不足”或“维修过剩”，保持转向架固有可靠度，提高使用可靠度;

(2)尽量避免故障发生，降低单位时间内的维修费用;

(3)以最少资源消耗保证转向架可用度要求，延长其在线使用寿命; (4)为动车组转向架修程修制的优化提供可行的理论依据。

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1.2维修决策国内外应用研究现状

1.2.1维修决策国内外应用研究现状

根据所查文献，目前的维修决策应用研究主要集中在模糊理论在维修决策上的应用、系统重要功能部件的评估、维修周期的优化决策研究以及维修决策支持系统的研究四方面，涉及的应用领域包括军事、船舶、航空、机械以及轨道列车的运用维修中。其具体的应用研究如下:

(1)模糊理论在维修决策上的应用通过将层次分析方法和模糊理论相结合，解决在维修决策过程中影响因素模糊问题。将系统的可靠度函数取为模糊集，基于定义的模糊集推导出维修集，包括役龄因子、维修因子以及维修成本三方面，进而根据对应的维修决策准则计算最优的维修周期及对应的维修方式。崔建国等人针对在飞机维修保障过程中，专家知识运用不合理，从而引起的维修不当问题，创建基于灰色模糊与层次分析的多属性飞机保障维修决策模型。徐辉运用灰色马尔科夫和灰色关联分析的神经网络法对设备的动态监测数据进行故障分析，估算设备剩余寿命，从而进行维修决策研究。顾煌炯等提出将嫡权法和层次分析法结合解决发电设备的维修方式决策的问题。

陶基斌等针对视情维修过程中的维修方式优化问题，运用BP神经网络方法，以维修影响因素的隶属度为输入，最终维修等级为输出，根据输出结果选取最优的维修方式。王凌针对视情维修的建模和优化问题进行研究，并运用模糊优化算法对不同决策目标下的设备进行维修决策优化。在建立以可靠性数据为基础的专家系统时，运用模糊推理算法，计算每种故障模式发生的概率以及故障后果影响程度的大小，从而避免严重故障的发生，优化修程修制。刘宇[川针对传统设备中故障的两态假设，提出复杂系统的多态维修决策理论以及模糊多态复杂系统的可靠性建模理论，运用模糊多态元件的维修决策方法，建立维修决策模型，进而为模糊多态元件的维修决策提供理论指导。

(2)系统重要功能部件的评估系统重要功能部件的评估一般用重要度衡量，代表部件在对应系统中的重要程度，是故障率、故障后果、故障维修费用、可维修性等各种因素的综合度量。赵登福等同时考虑到设备状态及系统风险建立输电设备的重要度评估模型，从而确定实时的重要功能部件，为输电设备的状态维修决策提供依据。董玉亮等选择属性加权和作为部件重要功能部件评估的指标，运

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用本征向量法计算出不同影响因素的权重，同时使用蒙特卡洛法仿真模拟，通过统计分析得到系统各部件的重要程度排序，最终实现重要功能部件的评估。李国正等采用改进的层次分析法进行地铁车辆子系统的重要度评估，通过分析影响重要度评价的因素，计算重要度评估值，确定重要子系统，为地铁车辆的维修决策提供了参考。高萍等在己建立的设备重要度评估模型的基础上运用蒙特卡洛算法，来降低评估过程中主观数据的影响，从而为进一步科学的维修决策提供理论参考依据。

(3)维修周期的优化决策研究维修决策用于预防计划维修中，主要包括对设备最佳维修周期的决策以及最优设备检测时间长度。等基于可靠性和马尔可夫链建立了电力设备的维修周期模型，并运用遗传算法求解维修周期的最佳值，从而最小化维修费用。马飒飒等建立混合粒子群和蚁群优化算法的群智能优化策略，应用在混联系统的预防性维修周期优化问题上，提高了优化寻优的效率。俞秀莲等考虑故障发展规律对维修周期的影响，引入役龄回退因子，以可靠度和总成本最小为约束条件建立维系周期优化模型。毛昭勇等引入役龄回退因子描述维修后的系统性能，并重点对不同计划维修周期下总体维修费用随着计划维修次数的变化进行研究，从而优化维修周期。谢庆华等以可靠性为状态参数，使维修费用率最小为原则下优化维修周期。等通过建立部件单位时间成本内函数，在成本函数取最小值的前提下，优化部件的大修周期、大修周期的检修次数以及维修间隔。陈城辉等针对轨道交通行车关键设备中的可修复和不可修复的设备，提出寿命数据分布检验方法，并以单位时间维修成本最低为优化目标建立了维修周期优化模型。运用马尔可夫理论建立维修费用率函数，并令其去最小极值进而优化求解状态检测周期。蒋太立以RCM为理论基础，在不同的决策目标下建立维修周期决策模型，并运用MATLAB软件编写了维修决策的软件界面。

(4)维蟹决策文持杀统阴研儿将维修决策研究成果同计算机相结合，实现研究成果的软件化是维修决策研究应用到实践的必要环节。目前很多专家和学者在所在研究领域上设计开发出对应的维修决策支持系统。郝晋峰等为预防自行火炮故障并缩短维修时间，实现有针对性的对自行火炮进行维修，并保证维修效果的前提下，在自行火炮维修中引入了基于状态的维修，设计并开发了自行火炮状态维修决策支持系统。周尚文将系统的寿命数据、信息工程同维修决策支持系统三

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者联合，设计开发出了智能管理优化设备维修的维修决策支持系统。王险峰结合数据库系统、模型库系统以及知识库系统，设计并开发了“三位一体”的维修决策支持系统。胡岳鹏以列控设备为研究对象，设计列控设备的数据存储模型，实际状态预测及评价模型，并综合上述模型设计以数据仓库为支撑的维修决策支持系统。朱清香针对维修决策支持系统中总体内容进行模块化研究，分别包括确定决策目标，重要件的判定及分析，非重要功能部件的处理、实际运行转台监测。董玉亮运用以可靠性为中心的维修思想，对发电设备进行重要度评价，针对故障风险、设备的综合状态以及对状态的预测惊醒研究，并建立设备的维修决策模型，同时将所建立模型软件化，设计发电设备的运行与维修智能决策支持系统，从而为发电设备的维修人员提供辅助维修决策工具。 1.2.2维修决策

在动车组上的应用研究现状随着近年来轨道高速列车的发展，维修决策建模和优化技术在动车组列车上也逐步得到了应用，据所查文献，主要应用研究如下:康健等对我国现行铁路的列控设备，以列控设备维修费用最小为目标函数，以可用度要求和故障风险为约束，建立维修决策优化模型，运用蒙特卡洛仿真方法求解最优维修周期。但其假设列控设备维修后的可靠度和故障率没有变化，事实上设备随着设备的每次维修，列控设备的可用度也逐渐降低，即每次的维修并不能保证设备整体修复如新。

王灵芝根据以可靠性为中心的维修分析方法，分别从判定设备重要功能部件、建立寿命分布模型、评价及预测设备运行状态、确定维修周期以及检测周期几方面进行研究，并建立相应的模型，并将研究成果软件化，设计并开发智能维修决策支持系统考虑到动车组复杂系统部件间的相关性，包括经济相关性、故障相关性、结构相关性。杨晓帆重点考虑系统动车组零部件间的经济相关性进行分析，以动车组维修率最小为目标，建立多部件维修决策模型，通过模型求解，得出最优的维修方案，从而很大程度上降低动车组的实际维修费用。但考虑经济相关性的同时未能同时保证系统的使用可用度的要求。

孙研婷根据以可靠性为中心的维修的逻辑分析方法，重点对动车组的重要功能部件进行评价、建立零部件寿命分布模型，针对关键零部件维修周期的确定进行研究，同时以动车组维修优化决策思想为基础，将建立的优化模型软件化，最

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终设计并开发出智能的维修决策支持系统，通过实例分析应用验证所建立模型的可行性和所建模型的有效性。赵金方针对动车组负责零部件提出了基于基于RCM的状态维修决策模型以及基于维修费用最小的计划维修决策模型，并运用编程软件对模型进行软件化，建立维修决策支持系统。

孙研婷根据以可靠性为中心的维修的逻辑分析方法，重点对动车组的重要功能部件进行评价、建立零部件寿命分布模型，针对关键零部件维修周期的确定进行研究，同时以动车组维修优化决策思想为基础，将建立的优化模型软件化，最终设计并开发出智能的维修决策支持系统，通过实例分析应用验证所建立模型的可行性和所建模型的有效性。赵金方针对动车组负责零部件提出了基于基于RCM的状态维修决策模型以及基于维修费用最小的计划维修决策模型，并运用编程软件对模型进行软件化，建立维修决策支持系统。

1.3论文主要研究内容与技术路线

1.3.1主要研究内容

本文以动车组转向架关键零部件为研究对象，针对当前动车组转向架维修中“维修不足”或“维修过剩”及视情维修时机不准确问题，对转向架关键零部件的维修方式进行决策，并对预防性维修中的计划周期进行优化决策，对视情维修的决策阂值优化决策。具体工作及研究内容包括以下几个方面:

(1)第一章主要介绍课题研究的背景和意义，维修决策理论国内外应用研究现状综述，同时介绍了维修决策理论在动车组上的应用研究现状，针对现行转向架维修过程“维修不足”或“维修过剩”及视情维修时机不准确问题，提出本文的研究对象、目的、方法和思路。

(2)第二章对本文的研究对象动车组转向架的结构组成、工作原理、主要功能分析进行论述;对维修决策基本的基本内容进行分析阐述，给出作为维修决策信息输入的常用可靠性指标及相互转化关系，并对应用广泛的威布尔分布模型进行简介;给出维修模型的分类以及其相应的故障率演化规律。

(3)第三章是确定动车组转向架的维修方式。给出维修方式决策的逻辑决策模型，对于重要功能部件的确定，运用层次分析法和蒙特卡洛模拟方法相结合的方式确定重要功能部件的权重，进而根据维修方式决策准则确定动车组转向架零

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部件的维修方式;最后以实例证明了上述方法的有效性，为下一步不同维修方式下维修活动决策打下基础。

(4)第四章基于动车组转向架实际维修过程中往往出现的“维修不足”或“维修过乘”的现状，并综合役龄递减因子和故障率递增因子，提出动车组转向架在预防计划性维修中故障率的演化规律，分别建立在一个周期内和一个大修周期内的计划性维修周期决策模型，并分别以可靠度和可用度要求为约束条件，建立维修周期优化决策模型，并运用MATLAB软件中的遗传算法模块进行模型的优化求解。最后运用实例分析证明了所建立模型的可行性和有效性。

(5)第五章针对动车组转向架中的关键重要部件的视情维修，引入威布尔比例强度模型对实时状态进行描述，给出维修决策条件，进而根据实时监控数据决策维修时机;针对维修决策阂值的确定，引入物理规划法在保证可靠度和单位时间内维修费用最小的约束下，求得最优的维修阂值，进而得出维修决策曲线的上下控制限;根据实时状态信息的输入，对比维修决策条件曲线，从而实施维修活动，最后运用历史监控数据验证所提出模型的有效性。

(6)最后对文章整体研究内容进行总结，得出研究结论以及本维修决策中有待进一步研究的内容和方向。 1.3.2技术路线

本文在对动车组转向架维修决策研究过程中，采用的研究方法涵盖统计学范畴、可靠性工程理论、维修工程学范畴以及计算机模拟技术。从实际过程中存在的问题出发，遵循理论研究为基础、模型建立为手段和应用验证为实践方式三者相结合的基本原则，对课题进行研究的整体技术路线如图1.1所示。

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图1.1论文整体技术路线

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第2章 动车组转向架维修决策理论基础

2.1转向架概述

转向架是支承车体并担负动车组沿着轨道走行的支承走行装置，是动车组的重要组成部分之一，其结构是否合理直接影响动车组的运行品质、动力性能和行车安全。

2.1.1动车组转向架结构组成

动车组转向架主要任务是承载、牵引、缓冲、导向和制动，一般由下列主要部分组成:

(1)构架:主要用来承受和传递各种载荷，是转向架的基础骨架，是转向架各个零部件的安装平台;

(2)轮对:通过车轮的回转实现车辆在钢轨上的运行，通过轮轨间的茹着产生牵引力，通过轮轨间的摩擦产生制动力，并通过轮对将列车自身的重力传递给钢轨;

(3)轴箱及定位装置:保证轮对与构架联接的关节，同时保证轮对自身回转运动，也保证轮对能够适应线路不平顺等线路条件。

(4)弹簧悬挂装置:主要由弹簧和阻尼器组成，既可以用来平衡分配轴重，也可以缓和由于不平顺线路造成的对车辆的冲击，从而促进车辆在轨道上平稳运行，并保证车辆通过曲线时使转向架能相对于车体转动灵活;

(5)车体与转向架间的纵向牵引装置:传递车体与转向架之间的垂向力和纵向力。

(6)基础制动装置:通过制动缸产生制动力，经杠杆系统增大，传递给闸瓦或闸片，通过制动盘或车轮踏面，使列车施行制动停车;

(7)驱动机构:将动力装置产生的动力通过齿轮减速装置传递给轮对，驱动轮对转动。

2.1.2动车组转向架系统工作原理及功能分析

动车组动力转向架的主要能量转换过程为:将电能转化为机械能。工作原理为:通过电力驱动，齿轮箱运转带动轮对滚动，轴箱和定位装置实现了将轮对的滚动转化为车体沿着轨道的平动;弹簧悬挂装置用来减小线路不平顺，并缓解轮对与钢轨间的振动给车体带来的不利影响;运用基础制动装置，传递并放大制动

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缸的制动力，使闸瓦与轮对之间的内摩擦力转换为轮轨之间的外摩擦力(即制动力)，进而实施制动。转向架的基本功能为承载、牵引、缓冲、导向和制动。

(1)承载:承受转向架上部所有重量，并使轴重分配均匀; (2)导向:保证车辆在运行过程中顺利通过线路曲线;

(3)缓冲:由于弹簧装置，使其减震特性良好，能够缓和线路不平顺对车辆的冲击，保证车辆具有良好的运行平稳性;

(4)牵引:保证一定的车轮与轨道间的茹着力，同时将车轮与钢轨接触处的轮周牵引力传递给车体、车钩，从而牵引列车行进;

(5)制动:产生需要的制动力，使车辆在规定的距离内和时间内减速或停车。 如图1.1所示，为动车组转向架系统的功能框图。

图1.1动车组转向架系统的功能框图

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2.2维修决策概述

2.2.1维修决策简介

维修(Maintenance，根据GB/T3187-9439〕是为保持或恢复产品处于能执行其规定的技术状态所进行的所有技术和管理，包括监督活动。系统在使用过程中受载荷和环境作用，其组成部件不可避免的会出现劣化、故障及失效，从经济、安全、质量和效率方面考虑，维修是恢复可修系统功能的过程。随着现代工程系统的复杂化和大型化，系统建造成本显著增加，在大幅度提高生成效率和生产质量的同时，对社会安全的作用和环境的影响越来越大。维修可以使系统持续保持其安全性、可靠性和生产质量，节约全寿命成本，提高服役效率，延长使用寿命。决策C Decision，是人们为了实现一定的目标，根据特定的环境条件寻找、拟定、分析、比较可能的行动方案，并作出选择的过程。

维修决策是以维修思想为指导，结合现代决策方法，对不同维修策略下的维修目标进行建模和维修参数的优化。其根本目的是:在保证系统安全性和可靠性的前提下，综合权衡维修成本及收益，进而确定并调整维修时机以及维修计划，最终实现及时、高效并经济的维修。维修决策的过程并非单一的决策过程，整个过程中涉及到很多其它相关学科的信息作为决策信息的输入，如图1.2所示，为维修决策理论同相关学科的关系

图1.2维修决策理论同相关学科的关系示意图

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2.2.2维修决策影响因素

一个完整的维修决策主要受到以下六方面因素的影响: (1)维修对象不同的维修对象对维修决策有以下两方面影响:

①系统结构类型结构类型可分为单部件系统、多部件组合系统和大型复杂系统，一般情况下，系统的结构类型越复杂，对应建模和维修决策的难度就越大。

②系统故障状态系统的故障状态有二态系统(正常或故障)和多态系统之分，系统的故障状态越多，维修决策模型建立越复杂，维修决策结果的求解就不容易。

(2)维修影响因素

①维修过程占用的时间模式系统维修所用时间是影响维修成本关键，目前在维修决策建模过程中，维修时间占用模式可分为三种类型:维修瞬间完成的、维修时间是常数以及维修时间是随机的。一般的建模过程均假设维修是瞬间完成的，但随着建模技术的进步，计算机求解功能的强化，以及维修决策过程科学化程度不断增强，在维修建模中逐步假设维修时间是常数或是随机的。

②维修成本分析维修成本包括计划维修成本、非计划维修成本、直接维修成本以及间接维修成本，维修成本的大小是影响维修决策效果的关键因素。

③检测条件检测条件一般分为连续检测、定时检测以及随机检测。不同的检测条件同视情维修决策有紧密关系，同时为维修决策提供的信息储备也是不同的，也影响视情维修时机的准确度;但随着检测条件的技术含量提高，提高决策精确的同时，也增加了维修成本。

(3)决策目标 ①可用度目标

可用度是可用性的概率衡量标准。可用性是指可修产品在某时刻具有或维持规定功能的能力。系统在某一时间段内正常工作时间与总的时间比为系统可用度。一般计算公式为:}OMTBFMTBF+MTTR(2.8)其中，MTBF为正常工作时间;MTTR为平均维修时间。

②费用目标维修过程中需要消耗备件、材料以及工时，同时故障引起的误工成本及经济损失，以及不及时维修造成的其他损失都属于维修费用的范畴。因此，在分析维修费用时一般需要考虑三方面的费用:第一是直接维修费用，包括预防性维修费用和修复性维修费用两类;第二是故障损失费用;第三是由预防

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性维修或修复性维修而进行停机的损失费用。

实际的维修过程中，系统零部件在不同状态下的维修费用是不同的，状态越恶劣维修费用就越高。维修费用与部件之间的状态关系一般通过比例强度模型、统计分析和专家信息得到。

③风险目标

是指保证故障的发生概率在期望的范围内，一般将风险目标作为约束条件来处理。设定的维修决策目标不同，维修决策优化结果也不尽相同，以下为常用的几种决策目标:

(4)维修决策方法

目前维修决策建模过程中常用的方法包括数学模型方法、人工智能方法以及仿真方法。其中，数学模型方法是指参照某种事物的特征、结构相互间关系，运用形式化的数学语言近似的表达的一种数学方法。通俗的说就是是将系统从现实中抽离，实现对客观事物特定属性的近似反映。人工智能方法主要运用人工智能中的对确定性东西的判断和不确定性因素的判断，典型人工智能方法有:退火算法、启发式算法、遗传算法、决策树机制、神经网络等。

(5)决策变量维修决策过程中常用的决策变量有:维修间隔、维修措施以及维修等级。其中维修间隔又可以表达为工作时间、循环次数、工作里程、日历时间、启动次数等。

(6)维修评估通过确定维修方案、维修策略、明确维修目标、选定决策方法以及优化决策变量后，要对维修工作实现的效果进行整体的评价，进而确定维修方案的可行性。 本章小结

本章介绍了转向架的基本结构组成、工作原理，并对转向架进行系统功能分析，给出其基本功能框图;对维修决策理论基本概念进行介绍，对维修决策信息输入中可靠性信息涵盖的常用可靠性指标做了介绍，并用图示表示可靠性指标的相互转化关系，对应用广泛的威布尔分布进行简介;并对影响维修决策过程的六个影响因素进行阐述，具体包括:维修对象、维修影响因素、决策目标、决策方法、决策变量以及维修评估;对维修类型的分类以及相应的模型下的故障率演化进行了说明，为下面的维修周期决策和视情维修决策提供理论依据。

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第3章 动车组转向架维修方式决策

3.1维修方式概述

维修方式是指为保证系统在运用过程中满足期望的可靠性要求的前提下，对预防性维修加以控制的不同形式以及方法的统称。为了保证设备在使用中处于一定的可靠性水平范围内，主要从两个方面进行控制:一方面是弄清设备故障的演化规律，从而决策维修时机;另一方面是控制故障发生后引起的故障后果，从而有针对性的进行维修。本章从动车组转向架的维修方式分类入手，给出其维修方式的逻辑决策模型，并运用层次分析法和蒙特卡洛算法相结合进行重要功能部件的评估，实现动车组转向架重要功能部件的维修方式决策。

3.2动车组转向架维修方式

通过实际调研，对于动车组转向架这类复杂系统，按照维修时机和维修目的的不同，目前较通用维修方式分类为两大类，如图2.1所示。

图2.1动车组转向架维修方式分类

3.2.1修复性维修方式

修复性维修(Corrective Maintenance CM，是指“系统在发生故障后，为了保证能够维修效果满足规定状态进行的全部活动，可能包括:定位故障、隔离故障、结构分解、零件更换、重新组装以及检测等”。同意表达有:被动维修、事后维修、故障后维修以及排除故障维修。广义的说即是允许故障发生后再进行相关维修的维修方式都属于修复性维修的范畴。对于动车组转向架中，对于不影响列车整体运行安全和运营任务的故障可继续使用，待运营结束后统一维修。

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(1)能充分利用零件寿命;

(2)不做预防性维修，降低了维修成本; 修复性维修的缺点是:

(1)由于故障发生具有随机性，因此无法提前安排维修，备件的数量也无法控制，往往造成较大的停机损失;

(2)为保证运行需求，往往需要抢修，容易造成列车维修不足，进而危及行车安全;

(3)对于维修人员、备件以及维修工具需要随时处于待命状态;修有阵雏修的什占早.

3.2.2预防性维修方式

预防性维修(Preventive Maintenance PM，是指“通过对产品的系统检查、检测和发现征兆以防止故障发生。使其保持在规定状态所进行的全部活动。它包括:调整、润滑、定期检查和必要的修理等”。目的是提早发现故障，防患于未然。预防性维修具体适用于故障后果危及行车安全以及生命财产安全情况 预防性维修又可分为两类。(1)计划性维修计划维修(Planning Maintenance PM)通常也称定期维修、定时维修，指“以上次检测后经历的工作小时数或日历时间为依据对产品进行维修”。对于动车组转向架而言，计划维修主要以转向架的关键零部件的使用时间和走行公里作为维修时间点。计划维修的优点是:

①定时维修，有利于保持产品性能和部件安全;

②能提前安排维修所需备件材料和人员，降低非计划维修产生的人工加班成本;

③减少了二次损伤，减少维修成本。计划维修的缺点是: ①定时进行维修，维修活动增多，导致成本提高; ②计划维修可能会引起不必要的维修，带来成本提高; ③计划维修可能会损坏相邻部件;

④只适用于寿命分布规律己知并确有耗损期的系统。 (2)视情维修方式

视情维修(On Condition Maintenance OCM，指“对产品参数值及其变化进行连续、间接或定期的监测，以确定产品的状态，检测性能下降，定位其故障或

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失效部位记录和追踪失效的过程和时间的一种维修”。对于动车组转向架系统而言，主要是指根据转向架的实际技术状态来决定维修实际和维修项目。即不规定部件的维修期限，不固定拆卸分解范围，而是采用一定的状态监测技术对产品可能发生功能故障的各种物理信息进行周期性检测、分析、诊断，以此推断设备状态，根据状态发展过程安排预防性维修。适用于耗损故障初期有明显劣化症候，并且故障危及系统安全的昂贵系统。 视情维修实施的事实基础是大部分故障的发生存在一个发展过程，即不会瞬间发生。实践中主要采用检测技术手段来识别潜在故障征兆，及时采取措施，预防故障的发生，避免不良后果的发生。

研究人员针对转向架从开始出现可被检测到的潜在故障征兆到其发展为功能故障(F点)的整个过程，给出了如图2.2所示的曲线。从图中可以看出，转向架故障的发展过程中可以分为三个阶段:

图2.2转向架故障发展过程

本章小结

本章首先对动车组转向架这类复杂系统维修方式做了一般性分类，给出了动车组转向架的维修方式逻辑决策的模型，其中的关键就是对动车组转向架重要功能部件的确定;然后运用层次分析法和蒙特卡洛模拟方法相结合的方法确定重要功能部件的权重，得出转向架子系统的重要功能部件排序，进而根据维修方式逻辑决策模型及相应维修要求确定动车组转向架关键零部件的维修方式;最后以实例证明了上述方法的有效性。

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结 论

本文在借鉴国内外维修决策研究成果的基础上，通过对国内动车组转向架的运行及维修情况调研，针对动车组转向架维修方式不当，“计划维修不足”或“维修过剩”以及视情维修时机不准确的问题，建立或完善相关维修决策模型，经过上述研究，得到如下结论:

(1)对于动车组转向架维修方式的决策，给出维修方式逻辑决策模型，问题转化为对转向架重要功能部件的评估，文中首先运用层次分析法确定影响转向架各子系统重要程度的影响因素的权重，综合专家评分，建立重要度评估模型，运用蒙特卡洛仿真算法随机产生一组(0 1)之间的随机数，按照从大到小的顺序赋值给按照层次分析法所得的影响因素从高到低权重排序的影响因素，作为影响因素的权重，代入重要度评估模型，得到一种重要功能部件排序，经过多次仿真模拟，得到转向架的重要功能部件的排序，运用维修方式逻辑决策模型确定转向架重要功能部件的维修方式。实例分析应用证明了方法的有效性，对轮对等关键重要部件的维修方式决策也符合实际情况，为实际维修方式的优化决策提供了理论依据。

(2)通过分析动车组运行过程中可能出现的修复性故障以及更换性故障，提出故障维修后系统的故障演化规律模型，建立任一计划维修周期以及一个大修周期内的保证可靠度和可用度要求的维修周期优化模型，引用遗传算法进行优化求解。运用历史监控数据进行实例分析，将实际的预防性维修周期时间上延长了一万公里，大约to天左右，在保证相同的可用度和可靠度的前提下，减少了维修费用，同时降低了人力和物力的消耗，增加了动车组的实际的运营时间。该模型的运用为实际动车组转向架计划维修周期的决策提供了参考。(3)对于动车组转向架视情维修时机的决策，运用物理规划法在保证可靠度在期望范围内的同时确保维修费用率最低，求得最优的维修决策阂值，进而根据实时状态信息的输入，确定维修时机。同时实例分析表明，运用历史监控信息可确定动车组转向架的维修时机，并与实际现场的10组维修决策数据进行对比，两者基本一致，证明了所建立模型的可行性和有效性。引用的方法以及建立的模型为动车组转向架整体的修程修制优化提供了可信的理论依据。

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展望

动车组转向架维修决策的研究工作开展过程中，首先是在实际的运营维护过程中发现问题，有了较好的研究背景，才会驱动维修决策的进一步研究。为进一步做好动车组转向架的维修决策研究，还需要从以下几个方面加强:

(1)在维修决策过程中，动车组的运行、故障、维修等数据信息是一切分析和决策的基础，然而工程实际中，这类数据的收集却是道难题，尽管有的车辆段对部分故障及维修信息进行了收集记录，但往往未加统计分析归类，因此建立完善的维修信息管理系统是未来的必然趋势。

(2)对动车组转向架的视情维修保证了系统整体的可靠性和运营高效性，但由于要求对系统零部件的实时状态监测一方面提高了系统的维护费用，另一方面对维修操作的技术人员的要求更高，这往往了视情维修的应用，因此也为系统的故障诊断技术以及状态监测技术提出了更高的要求。

(3)本文中对转向架的故障分布假设为两参数的威布尔分布，随着维修决策研究的深入，运用三参数威布尔分布甚至混合威布尔分布模型将逐步成为研究趋势。总之，对于动车组转向架这类结构复杂、状态多样的设备，面临的维修决策问题也非一成不变的，也非一朝一夕的时间能够解决的，需要我们遵循理论与实践相结合，逐步探索，发现问题，解决问题，进而实现更优的维修决策结果。

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致谢

两周的金工实习生活即将结束，在何老师与曹老师的指导下，我的专业知识得到了全方面的提升，为课题研究和进展打下了坚实的基础。同时在思想上、生活上曹老师也给予我以无微不至的关怀，在此，向尊敬的何老师致与曹老师以最崇高的敬意和最诚挚的感谢!

最后感谢所有帮助过我的朋友和同学，愿你们前程似锦!

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