基于拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型的高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中薄弱部件辨識(shí)方法

何志超，王艷輝，安 超，林 帥

(1.北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044;2.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044;3.城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全管理技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，北京 100044;4.中車唐山機(jī)車車輛有限公司，河北 唐山 063035)

高速鐵路以其快捷、安全、高效等優(yōu)勢(shì)，已成為最主要的交通運(yùn)輸方式。但是，高速列車在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中一旦發(fā)生故障，可能會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，對(duì)其薄弱部件進(jìn)行辨識(shí)是保障列車運(yùn)營(yíng)安全的必要手段。

關(guān)鍵部件在高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中扮演著重要角色，同時(shí)在薄弱部件辨識(shí)過(guò)程中必不可少。van der Borst等分析了核電站現(xiàn)有部件的重要性測(cè)度，主要包括關(guān)鍵度、風(fēng)險(xiǎn)影響值等；Wu等從風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能屬性的角度出發(fā)，提出了改進(jìn)的Birnbaum指標(biāo)。然而采用網(wǎng)絡(luò)理論的中心性測(cè)度等指標(biāo)分析網(wǎng)絡(luò)中的重要性時(shí)更適用于復(fù)雜的高速列車動(dòng)力系統(tǒng)。Wei等研究了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)模型中各中心性測(cè)度在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)辨識(shí)中的特點(diǎn)；Li等在分析歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上確定了地鐵系統(tǒng)中存在的危險(xiǎn)及其相互關(guān)系，并利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建了地鐵運(yùn)營(yíng)危險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)，找出了在地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的薄弱部件；Yang等從全局網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，基于最短路徑長(zhǎng)度、最短路徑數(shù)和非最短路徑數(shù)構(gòu)建了綜合影響矩陣以反映各節(jié)點(diǎn)之間的作用，為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的薄弱部件辨識(shí)提供了一種新的方法；Wang等以飛機(jī)為節(jié)點(diǎn)，以飛機(jī)防撞系統(tǒng)通信關(guān)系為邊緣，構(gòu)建了飛機(jī)狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)，并提出了一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的節(jié)點(diǎn)刪除法，能夠有效地識(shí)別出飛機(jī)狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵沖突點(diǎn)；Li等在最小連接支配集(MCDS)的基礎(chǔ)上，提出了航空網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的識(shí)別方法，其識(shí)別結(jié)果與實(shí)際情況吻合良好。

上述研究雖然從拓?fù)鋵W(xué)的角度分析了部件在系統(tǒng)中的重要性，但并未充分考慮到部件間的耦合作用。以往研究大多是根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行建模，雖然該方法較為成熟，但是存在著主觀性強(qiáng)的缺點(diǎn)。此外，部分研究是基于部件的性能是獨(dú)立的假設(shè)，這忽視了部件與部件之間的作用關(guān)系。然而在現(xiàn)實(shí)中，部件的故障往往是會(huì)根據(jù)連接關(guān)系(物理連接、電氣連接、信息連接)進(jìn)行傳播的，從而使得上述研究結(jié)果缺乏客觀性，難以將其進(jìn)行廣泛應(yīng)用。目前雖然已有一些研究是在考慮系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)、部件的性能，但這些研究均是基于部件處于正常狀態(tài)這一前提條件，因而研究方法僅局限于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的辨識(shí)，辨識(shí)出的薄弱節(jié)點(diǎn)往往會(huì)存在一定的偏差。綜上所述，高速列車動(dòng)力系統(tǒng)作為融合了機(jī)械、電氣、信息三種連接系統(tǒng)所組成的復(fù)雜系統(tǒng)，目前的薄弱部件辨識(shí)方法對(duì)部件間的耦合作用以及對(duì)系統(tǒng)影響的考慮仍有不足。因此，本文基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，構(gòu)建了高速列車動(dòng)力系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型，并在此基礎(chǔ)上利用模糊積分提出了一種改進(jìn)的高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中薄弱部件辨識(shí)方法，最后以CRH2A型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)為例進(jìn)行了實(shí)例分析與驗(yàn)證。

1 高速列車動(dòng)力系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

高速列車動(dòng)力系統(tǒng)是由諸多機(jī)械、電氣、信息裝置構(gòu)成的一類典型的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)各種連接方式實(shí)現(xiàn)高速列車內(nèi)部的能量、信息流通，將各個(gè)獨(dú)立的設(shè)備聚合成一個(gè)高度關(guān)聯(lián)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。從網(wǎng)絡(luò)的角度可將高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中的部件視為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)屬性將機(jī)械、電氣、信息連接作為節(jié)點(diǎn)間的邊，依次構(gòu)建高速列車動(dòng)力系統(tǒng)機(jī)械、電氣、信息連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型分別為

G

={

V

,

E

}、

G

={

V

,

E

}、

G

={

V

,

E

}，最終融合成高速列車動(dòng)力系統(tǒng)全局拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型為

G

={

V

,

E

}，具體可參考文獻(xiàn)[11]。

圖1 高速列車動(dòng)力系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建示意圖Fig.1 Schematic diagram of high-speed train dynamical system topological network construction

通過(guò)對(duì)高速列車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和故障數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中部件間只要存在連接，就存在失效影響關(guān)系。

2 高速列車動(dòng)力系統(tǒng)可靠性測(cè)度指標(biāo)

在高速列車拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠仁侵妇W(wǎng)絡(luò)中與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)數(shù)，代表其對(duì)網(wǎng)絡(luò)相連節(jié)點(diǎn)的影響程度。但是，如果該節(jié)點(diǎn)與較多節(jié)點(diǎn)相連，其失效所產(chǎn)生的影響越大，系統(tǒng)可靠性越難以得到保障。然而在高速列車實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)的失效還與其失效概率相關(guān)。因此，本文將綜合考慮節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠群褪Ц怕剩o出節(jié)點(diǎn)失效度的定義。

定義1 節(jié)點(diǎn)失效度為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠扰c失效概率的乘積，即：

(1)

傳統(tǒng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)定義中，最短路徑是指網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間所有路徑中最短的路徑。這只是基于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出的，缺乏對(duì)部件自身性質(zhì)的考慮。因此，本文將節(jié)點(diǎn)失效概率納入最短路徑的定義中，即最短失效路徑。

定義2 最短失效路徑是指節(jié)點(diǎn)

i

到節(jié)點(diǎn)

j

之間的最短失效路徑，為在考慮節(jié)點(diǎn)的失效影響后節(jié)點(diǎn)

i

發(fā)生失效后導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)

j

失效的最有可能的路徑，其表達(dá)式為

(2)

(3)

定義3 網(wǎng)絡(luò)的平均最短失效路徑長(zhǎng)度為

(4)

定義4 節(jié)點(diǎn)失效介數(shù)是指通過(guò)節(jié)點(diǎn)

v

的最短失效路徑的數(shù)量與網(wǎng)絡(luò)中所有最短失效路徑數(shù)量的比值，其表達(dá)式為

(5)

3 高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中薄弱部件的辨識(shí)方法

3. 1 辨識(shí)流程

在構(gòu)建的高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，利用關(guān)聯(lián)的層次多屬性決策理論，對(duì)高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中的薄弱部件進(jìn)行辨識(shí)，具體流程如圖2所示。

圖2 高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中薄弱部件的辨識(shí)流程圖Fig.2 Flow chart for identification of high-speed train dynamical system weak components

3. 2 屬性集構(gòu)建

高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中薄弱部件不僅與節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)位置屬性有關(guān)，同時(shí)還與節(jié)點(diǎn)自身可靠性屬性相關(guān)。因此，高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中薄弱部件的判斷屬于多屬性決策問(wèn)題。假設(shè)基于關(guān)聯(lián)的多屬性決策問(wèn)題的屬性集為結(jié)構(gòu)屬性

X

=(

x

,

x

)；

P

(

X

)為

X

的冪集。定義5設(shè)給定

λ

∈(-1,∞)，

g

：

P

(

X

)→[0,1]滿足條件(1)

g

(

X

)=1；(2) ?

M

,

N

∈

P

(

X

)且

M

∩

N

=

φ

，則

g

(

M

∪

N

)=

g

(

M

)+

g

(

N

)+

λg

(

M

)

g

(

N

)；(3)

g

連續(xù)。則稱

g

為定義在

P

(

X

)上的

λ

模糊測(cè)度。對(duì)?

S

∈

P

(

X

)，

g

為屬性集

S

的權(quán)重。當(dāng)

λ

=0時(shí)，說(shuō)明屬性間相互獨(dú)立；當(dāng)-1<

λ

<0時(shí)，說(shuō)明屬性間存在冗余關(guān)聯(lián)作用；當(dāng)

λ

>0時(shí)，說(shuō)明屬性間存在互補(bǔ)關(guān)聯(lián)作用。為了計(jì)算各屬性指標(biāo)

x

的

λ

模糊測(cè)度，引入Shapley值便于計(jì)算。定義6若

g

為定義在

P

(

X

)上的

λ

模糊測(cè)度，對(duì)

x

∈

X

，其Shapley值

I

定義為

(6)

本文采用Choquet積分作為多屬性決策問(wèn)題的集結(jié)算子，定義如下。

定義7若

g

為定義在

P

(

X

)上的

λ

模糊測(cè)度，離散Choquet積分定義用

f

定義為：

X

→

IR

關(guān)于

g

的映射：

(7)

式中：(

i

)表示

f

(

x

())向量的變換，使得0≤

f

(

x

)≤…≤

f

(

x

()) ；

A

()=(

x

(),…,

x

()) ，并且

f

(

x

)=0。

3. 3 多屬性集決策模型構(gòu)建

利用模糊測(cè)度和積分的層次多屬性決策來(lái)實(shí)現(xiàn)高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中薄弱部件的辨識(shí)，圖3給出了基于Choquet積分的三層多屬性決策模型。

在子屬性Choquet積分的基礎(chǔ)上，可求得層次

圖3 節(jié)點(diǎn)的決策屬性結(jié)構(gòu)層Fig.3 Decision attribute structure layer of nodes

當(dāng)沒(méi)有足夠決策屬性和方案偏好信息時(shí)，應(yīng)用模糊測(cè)度Marichal熵的定義，以Marichal熵最大為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建優(yōu)化模型，可由下式求解屬性和屬性集的重要程度：

(8)

4 實(shí)例分析與驗(yàn)證

本文以文獻(xiàn)[20]中的CRH2A型動(dòng)車組的轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)(部件以及部件間的連接關(guān)系是根據(jù)中車唐山機(jī)車車輛有限公司以及中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司調(diào)研所得)為例，對(duì)高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中的薄弱部件進(jìn)行辨識(shí)。

4. 1 高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

利用上述建立的高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中薄弱部件的辨識(shí)方法，構(gòu)建高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的機(jī)械連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型、電氣連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型、信息連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型和高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型，見(jiàn)圖4至圖7。

圖4 高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)機(jī)械連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型Fig.4 Topological network model of mechanical connection for bogie system of high speed trains

圖5 高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)電氣連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型Fig.5 Topological network model of electrical connection for bogie system of high-speed trains

圖6 高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)信息連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型Fig.6 Topological network model of information connection for bogie system of high-speed trains

圖7 高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型Fig.7 Topological network model of high-speed train bogie system

高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型是基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建的，根據(jù)構(gòu)建的高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)高速列車動(dòng)力系統(tǒng)的拓?fù)浣y(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析。

4.1.1 度和度分布

一個(gè)節(jié)點(diǎn)的度越大，此節(jié)點(diǎn)所連接的其他部件就越多，因此它所代表的部件的重要程度就越大，其對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行的影響就越大。高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)及其機(jī)械、電氣、信息連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型中節(jié)點(diǎn)的出度和入度，見(jiàn)圖8和圖9。

圖8 轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)及其機(jī)械、電氣、信息連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò) 模型中節(jié)點(diǎn)的出度分布Fig.8 Out-degree distribution of nodes in topological network models of bogie system and the mech- anical,electrical,and information connection

圖9 轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)及其機(jī)械、電氣、信息連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò) 模型中節(jié)點(diǎn)的入度分布Fig.9 In-degree distribution of nodes in topological network models of bogie system and the mech- anical,electrical,and information connection

由圖8可見(jiàn)，高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中出度最大的部件是構(gòu)架總成(節(jié)點(diǎn)1)，其出度為20，如果構(gòu)架總成發(fā)生故障將有20個(gè)與之相關(guān)的部件被干擾。因此，構(gòu)架總成是高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)中需要重點(diǎn)關(guān)注的部件。

由圖9可見(jiàn)，高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中入度最大的部件仍是構(gòu)架總成，入度為19，有19個(gè)部件發(fā)生故障能夠影響它。其中，機(jī)械連接網(wǎng)絡(luò)入度最大的部件是車輪，入度為5；信息連接網(wǎng)絡(luò)入度最大的部件是牽引電機(jī)、主風(fēng)管和控制閥，入度為8；電氣連接網(wǎng)絡(luò)入度最大為1，有8個(gè)部件組成。

4.1.2 平均路徑長(zhǎng)度

通過(guò)計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)到其他所有節(jié)點(diǎn)的最短路徑，用這些最短路徑的和除以該節(jié)點(diǎn)能夠到達(dá)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量可得到這個(gè)節(jié)點(diǎn)的平均路徑長(zhǎng)度。高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)及其機(jī)械、電氣、信息連接拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型中節(jié)點(diǎn)的平均最短路徑分布，見(jiàn)圖10。

圖10 高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)及其機(jī)械、電氣、信息連接 拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型中節(jié)點(diǎn)的平均最短路徑Fig.10 Average shortest path of nodes in topological network models of high-speed train bogie system and the mechanical,electrical, and information connection

由圖10可見(jiàn)，高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的平均路徑長(zhǎng)度為2.22，因此如果某個(gè)部件失效，只需要傳遞1～2個(gè)部件便會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)中其他部件；而機(jī)械拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的平均路徑長(zhǎng)度為2.65，電氣拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的平均路徑長(zhǎng)度為1，信息撲拓網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的平均路徑長(zhǎng)度為1.56，這表明高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)部件發(fā)生故障，多是通過(guò)機(jī)械連接的形式進(jìn)行傳播，從而影響其他部件。

4. 2 高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可靠性分析

基于所構(gòu)建的高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型，計(jì)算了系統(tǒng)中各部件的拓?fù)涠取⒐收下屎褪Ф龋溆?jì)算結(jié)果見(jiàn)圖11。

圖11 高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中各部件的故障率、拓?fù)涠群?失效度Fig.11 Failure degree,failure rate and topological degree of high-speed train bogie system components

由圖11可見(jiàn)，構(gòu)架總成、軸箱體、齒輪箱總成節(jié)點(diǎn)的拓?fù)涠茸罡撸瑯?gòu)架總成、速度傳感器4 AG37、軸箱體節(jié)點(diǎn)的失效度較高；此外，存在少數(shù)節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠鹊停Ф扰c之相反，如速度傳感器4 AG37節(jié)點(diǎn)，與其有聯(lián)系的部件相對(duì)較少，但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)故障，甚至?xí)沟昧熊囘\(yùn)營(yíng)停滯，因此該部件對(duì)高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)十分關(guān)鍵，嚴(yán)重影響著轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的整體可靠性；構(gòu)架總成在高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中有很高的拓?fù)涠龋彩窃撓到y(tǒng)結(jié)構(gòu)中不可或缺的部分，其失效度和拓?fù)涠染笥谄渌考?/p>

分別計(jì)算了高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中各個(gè)部件之間的最短失效路徑和最短路徑，其結(jié)果如下：

由上述計(jì)算結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中各個(gè)部件之間的最短失效路徑與最短路徑的計(jì)算結(jié)果是不同的，這是因?yàn)樵谧疃淌窂降亩x中體現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的失效特性，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，其相關(guān)節(jié)點(diǎn)也可能失效，進(jìn)而導(dǎo)致其路徑發(fā)生改變，因此其最短失效路徑與最短路徑的計(jì)算結(jié)果不一致。

高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中各部件失效介數(shù)的計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)圖12。

圖12 高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中各部件的失效介數(shù)Fig.12 Failure betweenness of high-speed train bogie system components

由圖12可見(jiàn)，構(gòu)架總成、軸箱體、齒輪箱節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的失效介數(shù)最大，當(dāng)部件失效介數(shù)較大時(shí)，意味著其在轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中的最短失效路徑較多，因而嚴(yán)重影響了整個(gè)系統(tǒng)的可靠程度。

4. 3 高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中薄弱部件的辨識(shí)

本文選取高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中的35個(gè)節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，分別用

v

,…,

v

表示，依據(jù)本文所提出的高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中薄弱部件的辨識(shí)方法，結(jié)合轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和可靠性屬性進(jìn)行重要度

I

計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中薄弱部件的重要度計(jì)算結(jié)果

由表1可知，構(gòu)架總成(節(jié)點(diǎn)1)的重要度最高，其值為3.048 8；其次為軸箱體(節(jié)點(diǎn)7)，其重要度為0.831 1；而二系垂向減震器(節(jié)點(diǎn)12)、抗蛇形減震器(節(jié)點(diǎn)18)、橫向減振器(節(jié)點(diǎn)22)、橫向止檔(節(jié)點(diǎn)23)和抗側(cè)滾扭桿(節(jié)點(diǎn)24)的重要度均大于0.4，因此，以上部件對(duì)高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的正常運(yùn)行有很大的影響，且構(gòu)架總成是高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中最關(guān)鍵的薄弱部件，這與實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況相符；除此之外，剩余部件的重要度大多在0.2～0.4之間，取值分布均勻平緩，這些部件如果發(fā)生故障對(duì)轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的影響相對(duì)較小。因此，在高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與檢測(cè)工作中，需要根據(jù)部件重要度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分級(jí)監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)對(duì)構(gòu)架總成進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)也要加強(qiáng)對(duì)軸箱體、二系垂向減震器、抗蛇形減震器、橫向減振器、橫向止檔和抗側(cè)滾扭桿等部件的檢修工作，而對(duì)于重要度相對(duì)較低的部件，則應(yīng)該合理安排檢修頻率，降低相應(yīng)的維護(hù)成本，有效提升高速列車運(yùn)行的可靠程度。

5 結(jié) 論

(1) 本文利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，分析了高速列車動(dòng)力系統(tǒng)的復(fù)雜特性，從機(jī)械、電氣、信息3種連接方式建立了相應(yīng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型，能夠精確地描述系統(tǒng)中部件間的耦合作用關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中薄弱部件的辨識(shí)奠定了基礎(chǔ)。

(2) 綜合考慮節(jié)點(diǎn)拓?fù)涠群褪Ц怕剩瑯?gòu)建了高速列車動(dòng)力系統(tǒng)可靠性測(cè)度指標(biāo)，提出了基于關(guān)聯(lián)的層次多屬性決策的高速列車動(dòng)力系統(tǒng)中薄弱部件辨識(shí)方法。方法的邏輯性較好，可計(jì)算性較強(qiáng)，只需掌握決策屬性Shapley值判斷矩陣信息即可，可有效緩解決策者的壓力。

(3) 通過(guò)對(duì)CRH2A型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的實(shí)例應(yīng)用研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)構(gòu)架總成、軸箱體、二系垂向減震器、抗蛇形減震器、橫向減振器、橫向止檔和抗側(cè)滾扭桿構(gòu)架總成是高速列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)中的主要薄弱部件，加強(qiáng)對(duì)這些部件的監(jiān)測(cè)與檢修工作，對(duì)于轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的維護(hù)具有重要意義。