淺談電力機車可靠性工作

侯艷麗

摘 要：隨著鐵路行業的發展，對于鐵路裝備的可靠性要求越來越高，并逐步形成了一門理論——可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS），國際鐵路行業標準中明確規定鐵路裝備制造商必須按照EN50126標準要求開展RAMS工作，以提高鐵路裝備的質量，提高整個鐵路行業的水平。因此筆者公司開展了RAMS工作，現以電力機車為例來說明。

關鍵詞：可靠性 可靠性分配與預計 故障模式影響及危害分析（FMECA） 故障樹分析（FTA） 故障樹

中圖分類號：GB7827-87 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（b）-0100-03

隨著鐵路行業的發展，對于鐵路裝備的可靠性要求越來越高，并逐步形成了一門理論——可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS），國際鐵路行業標準中明確規定鐵路裝備制造商必須按照EN50126標準要求開展RAMS工作，以提高鐵路裝備的質量，提高整個鐵路行業的水平。因此筆者公司開展了RAMS工作，現以電力機車為例來說明。

1 收集可靠性數據

1.1 可靠性數據的來源和需求

RAMS工作是以大量的產品可靠性、維修性數據為基礎，有計劃、有目的地收集產品壽命周期各階段的數據，進行分析，發現產品可靠性的薄弱環節，實施改進設計，從而提高產品質量。因此，可靠性、維修性數據的收集在RAMS工作中有重要的地位。

可靠性數據主要從兩方面得到：一是從實驗室進行可靠性試驗中得到；二是從產品使用現場得到。對于機車而言，涉及的專業范圍廣，是一個非常復雜的系統，可靠性試驗費用和花費太多，而且機車使用條件的不確定因素很多，所以筆者選擇現場運用方式來采集可靠性數據。筆者就從市場部提供的在段電力機車運用情況匯總表里采集所需要的可靠性數據。

1.2 可靠性、維修性和可用性指標評價的需要

機車及其組件的可靠性通常用MTBF（平均故障間隔時間）來評價，為累積工作時間除以累積故障次數，機車及其組件的維修性通常用MTTR（平均修復時間）來評價，為同等級故障的累計修復時間除以同等級故障修復次數。機車可用性A通常用維修時間來評價，計算公式為

1.3 可靠性分析的需要

機車可靠性分析采用故障模式影響及危害性分析（FMECA）、故障樹分析（FTA）等方式。FMECA是分析系統中每一產品所有可能產生的故障模式及其對系統造成的所有可能影響，并按每一個故障模式的嚴重程度、危害程度以及發生頻度予以分類的一種歸納分析方法。對于機車而言，該項工作是通過工作表的形式對機車的故障模式、影響及危害性進行分析，確定可靠性和安全性薄弱環節，做出是否可以接受的技術判斷，輸出需要開展的可靠性工作項目。（見表2、表3、表4）故障樹分析是對機車某個可能發生的故障現象自上而下，按照故障產生原因的邏輯關系（并聯、串聯、冗余等）產生像“倒放的樹”狀的輸出，從而得出頂部故障的數學模型，根據各個根故障在以往類似產品運用情況（如故障發生概率等），量化頂部故障可能發生的概率。這是一種量化的可靠性分析技術。

2 可靠性分配與預計

機車的可靠性預計與分配是對此次產品進行功能和結構分解，根據組件的運用和供應商提供的可靠性和維修性數據，分析整車的可靠性是否滿足合同要求，并分析潛在的薄弱環節。

2.1 可靠性分配

可靠性分配就是將用戶提出的，在合同或技術協議中規定的可靠性指標，自上而下，由大到小，從整體到局部，逐步分解，分配到各系統、分系統及設備。即上一級產品對其下一級產品的可靠性定量要求。各級設計人員需明確其可靠性設計要求，根據要求估計所需的人力、時間和資源，并研究實現這個要求的可能性及辦法。如同性能指標一樣，可靠性指標是設計人員在可靠性方面的一個設計目標。

可靠性分配將整車可靠性要求分配到各組成單元，大致有等分配法、評分分配法、比例組合法等分配方法。一般來說，在方案論證階段采用等分配法，初步設計階段采用評分分配法、比例組合法，詳細設計階段大多采用評分分配法、考慮重要度和復雜度分配法、可靠度再分配法。電力機車可靠性分配用到了評分分配法，設電力機車整機可靠性指標MTBF，則整機故障率λs為：

2.2 可靠性預計

可靠性預計是對產品或者系統的可靠性進行定量的估計，推測其可能達到的可靠性水平，是其從定性考慮轉入定量分析的關鍵之處，是實施可靠性工程的基礎。可靠性預計是根據組成系統的元器件、零部件的可靠性來估計的，是一個自下而上、由局部到整體、從小到大的一種系統綜合過程。

（1）在方案論證階段，通過可靠性預計，比較不同方案的可靠性水平，為方案優化提供依據。

（2）在設計階段中，通過可靠性預計，找出影響系統可靠性的主要薄弱環節，采取設計措施，提高系統可靠性。

（3）為可靠性增長試驗、驗證及費用核算等提供依據。

（4）為可靠性分配提供數據支持。

因此，可靠性分配結果是可靠性預計的依據和目標，可靠性預計結果是可靠性分配與指標調整的基礎。可靠性預計方法有元器件計數法、應力分析法、相似產品預計法、專家評分法等。

3 故障模式影響及危害分析（FMECA）和故障樹分析（FTA）

3.1 故障模式影響及危害分析（FMECA）

FMECA是分析產品中所有可能產生的故障模式及其對產品所造成的所有可能影響，并按每一個故障模式的嚴酷度及其發生的概率予以分類的一種自下而上進行歸納的分析技術。

FMECA分析方法分為設計FMECA和過程FMECA，設計FMECA是分析產品功能設計的缺陷與薄弱環節，為產品功能設計的改進提供依據；過程FMECA是分析產品工藝過程的缺陷和薄弱環節，為產品工藝過程的設計改進提供依據。XX型電力機車筆者做了過程FMECA，舉例說明電氣方面的FMECA分析。（見表4）

3.2 故障樹分析（FTA）

故障樹分析方法是在設計過程中對設想的可能對產品造成故障的各種因素進行分析，畫出故障分類分析圖，進而制定產品故障原因的各種可能的故障組合方式與發生的概率，并相應地采取糾正措施，實現產品可靠性的一種方法。

4 結語

文章對電力機車的可靠性進行了分析，但是由于水平有限，還需要進一步地研究和完善。

參考文獻

[1] TB/T3133-2006.鐵道機車車輛電子產品的可靠性、可用性、可維護性和安全性（RAMS）[S].

[2] IEC62278：2000.軌道交通可靠性、可用性、可維護性和安全性規范及示例[S].

[3] 賀國芳，許海寶.可靠性數據的收集與分析[M].北京：國防工業出版社，1995.