CN105550757A - 基于故障统计分析的动车组维修决策方法及装置 - Google Patents

基于故障统计分析的动车组维修决策方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于故障统计分析的动车组维修决策方法及装置，该方法包括：根据动车组一部件的一种故障模式的故障信息，计算得到故障的瞬时故障率、故障严重等级量值及故障概率等级量值；根据故障严重等级量值及故障概率等级量值计算得到故障危害度等级量值；根据所述故障危害度等级量值及所述故障严重等级量值确定故障的维修方式；根据瞬时故障率计算得到部件的耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间；根据故障的维修方式及耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间确定对应故障模式的所述部件的维修周期。本发明能够对故障进行定量分析，能够提高动车组重要部件维修策略的判断效率，统一了维修决策的判断标准。

Description

基于故障统计分析的动车组维修决策方法及装置
技术领域
本发明属于轨道交通领域，更具体的讲，属于基于故障统计分析的动车组维修决策方法及装置。
背景技术
维修工作是确保动车组持续安全可靠运营的必要手段，适用而有效的维修工作可在确保动车组安全和质量的前提下，降低检修成本、缩短检修停时，获得最佳的经济效益。随着动车组数量的增加和运营里程的持续增长，动车组维修在技术、质量、成本、管理等方面面临巨大压力，动车组维修优化工作势在必行。
但就目前而言，动车组产品的维修策略(包括维修方式和维修周期)主要根据经验进行制定，经验不足的情况下不能制定出科学、合理的维修策略。
发明内容
本发明提供的一种基于故障统计分析的动车组维修决策方法及装置，用于解决现有技术中主要依赖人为经验制定动车组产品的维修策略(包括维修方式和维修周期)，在维修策略制定不当的情况下，将影响维修效率、造成维修成本过高或引起更为严重的危害。
为了解决上述技术问题，本发明一技术方案提供一种基于故障统计分析的动车组维修决策方法，该方法包括：
根据动车组一部件的一种故障模式的故障信息，计算得到所述故障模式下的瞬时故障率、故障严重等级量值及故障概率等级量值；
根据故障严重等级量值及故障概率等级量值计算得到故障危害度等级量值；
根据所述故障危害度等级量值及所述故障严重等级量值确定故障的维修方式；
根据所述瞬时故障率计算得到所述部件的耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间；
根据所述故障的维修方式及所述耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间确定对应所述故障模式的所述部件的维修周期。
本发明另一方面提供一种基于故障统计分析的动车组维修决策装置，该装置包括：
故障相关信息确定单元，用于根据动车组一部件的一种故障模式的故障信息，计算得到所述故障模式下的瞬时故障率、故障严重等级量值及故障概率等级量值；
故障危害度等级量值计算单元，用于根据故障严重等级量值及故障概率等级量值计算得到故障危害度等级量值；
维修方式确定单元，用于根据所述故障危害度等级量值及所述故障严重等级量值确定故障的维修方式；
耗损临界点确定单元，用于根据所述瞬时故障率计算得到所述部件的耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间；
维修周期确定单元，用于根据所述故障的维修方式及所述耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间确定对应所述故障模式的所述部件的维修周期。
本发明提供的动车组维修决策方法及装置，可实现以下主要效果：
(1)通过对动车组各部件的主要故障信息进行分析，得到故障的瞬时故障率、故障严重等级量值及故障概率等级量值的定量评价。
(2)根据故障等级及故障概率计算得到了故障危害度等级量值，故障危害度等级量值能够更为全面地反映故障的危害程度。
(3)针对故障危害度等级量值及故障危害等级量值的定量评价，确定了科学、合理的维修方式。
(4)根据瞬时故障率计算得到部件故障的耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间，根据故障维修方式及耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间确定相应故障模式下部件的维修周期，能够最大限度地发挥部件作用。
(5)对动车组各部件出现的每种故障模式进行分析，建立对应每种故障模式的部件维修方式集合及维修周期集合。
通过本发明提供的动车组维修决策方法及装置，能够对故障进行定量分析，将故障信息转换为瞬时故障率、故障严重等级量值及故障危害度等级量值等定量数据，使用本申请所述的动车组维修决策方法能够针对不同部件的故障特性制定出相应合理、有效的维修策略，实现动车组维修的科学决策。本发明能够提高故障维修策略的判断效率，统一了维修决策的判断标准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的基于故障统计分析的动车组维修决策方法流程图；
图2为本发明一实施例的根据故障危害度等级量值及故障严重等级量值确定故障的维修方式流程图；
图3为本发明一实施例的故障率曲线示意图；
图4为本发明一实施例的根据故障的维修方式及耗损临界点对应的动车组运行里程数确定对应故障模式下部件的维修周期流程图；
图5为本发明一实施例的动车组五级修程示意图；
图6为本发明一实施例的动车组部件维修周期示意图；
图7为本发明一实施例的动车组产品树的部分结构示意图；
图8为本发明一实施例的基于故障统计分析的动车组维修决策装置构成图。
具体实施方式
为了使本发明的技术特点及效果更加明显，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，本发明也可有其他不同的具体实例来加以说明或实施，任何本领域技术人员在权利要求范围内做的等同变换均属于本发明的保护范畴。
如图1所示，图1为本发明一实施例的基于故障统计分析的动车组维修决策方法确定方法流程图。
本实施例能够使决策人员通过对故障信息进行统计分析准确地确定相应故障模式下动车组部件的维修方式及维修周期。动车组维修决策方法包括：
步骤101：根据动车组一部件的一种故障模式的故障信息，计算得到所述故障的瞬时故障率、故障严重等级量值及故障概率等级量值。
详细的说，动车组故障信息包括动车组部件的故障模式、故障发生频次及故障后果的严重程度。通过统计某一部件的某一故障模式的发生频次，计算每百万公里故障率，根据每百万公里故障率确定故障概率等级，计算故障概率等级量值。对故障的严重程度进行分析确定故障严重等级，计算故障严重等级量值。故障严重等级量值与故障概率等级量值计算方法参见后述实施例。
步骤102：根据故障严重等级量值及故障概率等级量值计算得到故障危害度等级量值。其中，故障危害度等级量值通过如下公式计算得到：
故障危害度等级量值＝故障严重等级量值×故障概率等级量值。
步骤103：根据所述故障危害度等级量值及所述故障严重等级量值确定故障的维修方式。具体的，维修方式包括：预防性维修、出现故障后维修及设计更改。
其中，出现故障后维修是指对故障后的产品进行维修。故障后维修不仅可充分利用部件的剩余寿命，改善维修经济性，而且可避免预防修不当引入的早期故障。
预防性维修是指对产品进行预防性维修，包括定期维修和状态维修。预防性维修可在保证动车组运用安全的前提下最大限度地利用零部件的剩余寿命。
设计更改是指对于故障后果严重且故障率较高，又没有适用有效的维修方式可采用时，考虑对系统或部件进行设计更改，更改后的系统或部件应能找到适用而有效的维修工作，并将故障后果或故障率降低到可容忍水平。
步骤104：根据所述瞬时故障率计算得到所述部件的耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间；
步骤105：根据所述故障的维修方式及所述耗损临界点对应的里程数确定对应所述故障模式的所述部件的维修周期。
本发明一实施例中，根据故障的维修方式及所述耗损临界点对应的里程数确定对应故障模式的部件的维修周期之后还包括：
根据动车组各部件的每种故障模式的故障信息，建立对应每种故障模式的部件维修方式及维修周期集合。
本发明一实施例中，如图2所示，根据所述故障危害度等级量值及所述故障严重等级量值确定故障的维修方式(步骤103)进一步包括：
步骤201：先判断故障危害度等级量值是否大于第一阈值，若故障危害度等级量值大于第一阈值，则对所述部件进行更改设计；若故障危害度等级量值小于或等于第一阈值，继续步骤202；
步骤202：判断故障严重等级量值是否小于或等于第二阈值，若故障严重等级量值小于或等于第二阈值，则对所述部件进行出现故障后维修；若所述故障严重等级量值大于第二阈值，则对所述部件进行预防性维修。
本发明所述的第一阈值及第二阈值可根据分析结果进行选择，本发明对其具体取值不做限制。
本发明又一实施例中，所述部件的所述故障被判断为预防性维修后还包括：
判断所述部件的故障状态是否可检测，若所述部件的故障状态可检测，则对所述部件的所述故障进行状态维修，若所述部件的故障状态不可检测，则对所述部件的所述故障进行定期检修。
上述步骤104详细过程为：根据故障统计数据，计算一部件的一种故障模式的故障率λ，绘制故障率曲线(如图3所示)，根据故障率曲线绘制故障率的增长率曲线(即一阶导数曲线)，将故障率的瞬时增长率达到偶然故障期平均增长率3倍时的动车组运行里程数或运用时间的点作为耗损故障期的临界点。临界点还可通过其他现有方法得到，本发明对此不做限制。
上述步骤105在实施前，先要规定动车组五级修程D1～D5对应的动车组运行里程数或运用时间，车型不同同级修程对应的动车组运行里程数或运用时间不同，本发明对此具体取值不做限制。
如图4所示，图4为本发明一实施例的根据故障的维修方式及耗损临界点对应的运行里程数确定对应故障模式下部件的维修周期流程图。本实施例中，五级修程图如图5所示，Si表示第i级修程对应的里程数，Di表示第i级修程。详细流程包括：
对于预防性维修，判断所述耗损临界点对应的动车组运行里程数S*与动车组各级修程的里程数Si的关系，若所述耗损临界点对应的动车组运行里程数S*小于或等于D2级修程的里程数，即S1<S*≤S2及S*≤S1，则在D1级修程时对所述部件进行维修；若所述耗损临界点对应的动车组运行里程数大于D5级修程的里程数，即Si<S*(i＝5)，则在D4或D5级修程时对所述部件进行维修；若所述耗损临界点对应的动车组运行里程数大于Di级修程的里程数且小于或等于Di+1级修程的里程数，即Si<S*≤Si+1(i＝2、3、4)，则在Di-1或Di级修程时对所述部件进行维修。
对于出现故障后维修，判断所述耗损临界点对应的动车组运行里程数与动车组各级修程的里程数之间的关系；所述耗损临界点对应的动车组运行里程数偏向于哪级修程的里程数，即在偏向的修程时对所述部件进行维修。
详细的说，当S5<S*时，偏向的修程为D5级修程，则结合D5级检修对所述部件实施维修；当Si<S*≤Si+ΔSi(ΔSi＝(Si+1+Si)/2,1≤i≤4)，则结合第Di级检修对所述部件实施维修；当Si+ΔSi<S*≤Si+1(ΔSi＝(Si+1+Si)/2,1≤i≤4)，则结合第Di+1级检修对所述部件实施维修。
本发明一实施例中，根据所述故障的维修方式及耗损临界点对应的运用时间确定对应故障模式的部件的维修周期进一步包括：
对于预防性维修，判断所述耗损临界点对应的运用时间与动车组各级修程的运用时间之间的关系；若所述耗损临界点对应的运用时间小于2级修程的运用时间，则在1级修程时对所述部件进行维修；若所述耗损临界点对应的运用时间大于5级修程的运用时间，则在4级或5级修程时对所述部件进行维修；若所述耗损临界点对应的运用时间大于i级修程的运用时间且小于或等于i+1级修程的运用时间，则在i-1级或i级修程时对所述部件进行维修，其中，i＝2,3,4；
对于出现故障后维修，判断所述耗损临界点对应的运用时间与动车组各级修程的运用时间之间的关系；所述耗损临界点对应的运用时间偏向于哪级修程的运用时间，即在偏向的修程时对所述部件进行维修。
如图6所示，图6为本发明一实施例的动车组部件维修周期示意图。其中，空调机组、轴箱轴承、车轮踏面及制动闸片采取预防性维修，地板布采取故障后维修。以空调机组为例，空调机组的耗损临界点对应的里程数在S4、S5之间，则需要在动车组D4级检修时对空调机组进行检修。又如地板布，地板布的耗损临界点对应的里程数偏向于S5，则可在D5级检修时对地板布进行维修。
本发明一具体实施例中，可采用现有的评定标准确定故障严重等级量值及故障概率等级量值。如表1-3，表1为故障严重等级量值的确定准则，决策人员可根据实际故障信息设定故障严重等级量值。表2为故障概率等级量值的确定准则，具体故障概率等级量值的取值以每百万公里故障率而定。表3为根据表1所示规则得到的故障严重等级量值及表2所示规则得到的故障概率等级量值计算得到的故障危害度等级量值。
表1故障严重等级及其量值
表2故障概率等级及量值
故障概率等级 每百万公里故障率(λ) 故障概率等级量值
λ1(很高) ≥100.0 25～35
λ2(高) 10.0≤λ<100.0 16～24
λ3(中) 1.0≤λ<10.0 9～15
λ4(低) 0.1≤λ<1.0 4～8
λ5(很低) <0.1 1～3
表3危害度等级及其量值
F5(1～3) F4(4～8) F3(9～15) F2(16～24) F1(25～35)
λ1(25～35) 25～105 100～280 225～525 400～840 625～1225
λ2(16～24) 16～72 64～192 144～360 256～576 400～840
λ3(9～15) 9～45 36～120 81～225 144～360 225～525
λ4(4～8) 4～24 16～64 36～120 64～192 100～280
λ5(1～3) 1～9 4～24 9～45 16～72 25～105
本实施例中，故障等级最低为F5(故障严重等级量值1～3)的故障，采用出现故障后维修的方式进行修复性维修。故障危害度等级量值大于100的故障，采用故障部件更改设计的方式维修。对于故障严重等级量值大于4、故障危害度等级量值小于100的故障，采用预防性维修，其中，故障部件状态可检测时，采用状态维修，其他故障部件采用定期维修。
本发明一实施例中，将动车组各产品划分为系统、分系统、装置、单元、模块、组件、零件等级别，建立层次化、模块化的产品树。如图7所示，图7为动车组产品树的部分结构示意图。在“树干”层面上，将动车组划分为车体及车端、转向架、制动系统等10个系统。以转向架为例，在“树枝”层面分解得到构架、轮对轴箱装置、一系悬挂等7个装置。以轮对轴箱装置为例，在“树杈”层面进行分解得到轴箱、轴箱轴承、轮对等部件。以轴箱轴承为例，在“树叶”层面进行分解得到内圈、外圈、滚子、保持架等零件。采用类似方法可对动车组其他系统、分系统、装置等进行产品树构建，最后得到一棵“倒置”的动车组产品树。
建立好产品树后，全面分析产品树上的每部分的各种故障信息，建立各故障维修方式及维修周期集合。通过建立故障维修方式及维修周期集合，能够使工作人员快速通过数据库查找的方式确定维修方式。
以某型动车组转向架为例，通过对部分部件的故障模式、故障原因、故障影响及故障严重程度等级量值、故障概率等级量值和危害度等级量值进行分析和评价，由本申请提供的动车组维修决策方法得出了这些部件的维修方式和维修周期，具体见表4。
表4
本发明提供的动车组维修决策方法，能够对故障进行定量分析，将故障信息转换为瞬时故障率、故障严重等级量值及故障危害度等级量值等定量数据，使用本申请所述的动车组维修决策方法能够针对不同部件的故障特性制定出相应合理、有效的维修策略，实现动车组维修的科学决策。本发明能够提高故障维修策略的判断效率，统一了维修决策的判断标准。
如图8所示，图8为本发明一实施例的基于故障统计分析的动车组维修决策装置，该装置包括：
故障相关信息确定单元801，用于根据动车组一部件的一种故障模式的故障信息，计算得到所述故障模式下的瞬时故障率、故障严重等级量值及故障概率等级量值；
故障危害度等级量值计算单元802，用于根据故障严重等级量值及故障概率等级量值计算得到故障危害度等级量值；
维修方式确定单元803，用于根据所述故障危害度等级量值及所述故障严重等级量值确定故障的维修方式，其中，维修方式包括预防性维修、出现故障后维修及设计更改；
耗损临界点确定单元804，用于根据所述瞬时故障率计算得到所述部件的耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间；
维修周期确定单元805，用于根据所述故障的维修方式及所述耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间确定对应所述故障模式的所述部件的维修周期。
本发明提供的动车组维修决策装置，能够对故障进行定量分析，将故障信息转换为瞬时故障率、每百万公里故障率、故障严重等级量值及故障危害度等级量值等定量数据，使用本申请所述的动车组维修决策装置能够针对不同部件的故障特性制定出相应合理、有效的维修策略，实现动车组维修的科学决策。本发明能够提高故障维修策略的判断效率，统一了维修决策的判断标准。本发明所述的流程图、逻辑模块，可以在计算机系统上执行。流程图的步骤是对物理量的物理操作。这些物理量包括电、磁或者无线电信号，它们在计算机系统中被存储、传输、组合、比较以及其他操作。这些信号可是比特、数值、元素、符号、字符、条件、数字等。每个步骤都可以通过硬件、软件、固件或它们的组合执行。
以上所述仅用于说明本申请的技术方案，任何本领域普通技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围应视权利要求范围为准。

Claims (10)

1.一种基于故障统计分析的动车组维修决策方法，其特征在于，所述方法包括：
根据动车组一部件的一种故障模式的故障信息，计算得到所述故障模式下的瞬时故障率、故障严重等级量值及故障概率等级量值；
根据故障严重等级量值及故障概率等级量值计算得到故障危害度等级量值；
根据所述故障危害度等级量值及所述故障严重等级量值确定故障的维修方式；
根据所述瞬时故障率计算得到所述部件的耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间；
根据所述故障的维修方式及所述耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间确定对应所述故障模式的所述部件的维修周期。
2.根据权利要求1所述的基于故障统计分析的动车组维修决策方法，其特征在于，根据所述故障的维修方式及所述耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间确定对应所述故障模式的所述部件的维修周期之后还包括：
根据动车组各部件的每种故障模式的故障信息，建立对应每种故障模式的部件故障维修方式集合及维修周期集合。
3.根据权利要求1所述的基于故障统计分析的动车组维修决策方法，其特征在于，所述故障危害度等级量值通过如下公式计算得到：
故障危害度等级量值＝故障严重等级量值×故障概率等级量值。
4.根据权利要求1所述的基于故障统计分析的动车组维修决策方法，其特征在于，所述维修方式包括：预防性维修、出现故障后维修及设计更改。
5.根据权利要求4所述的基于故障统计分析的动车组维修决策方法，其特征在于，根据所述故障危害度等级量值及所述故障严重等级量值确定故障的维修方式进一步包括：
先判断故障危害度等级量值是否大于第一阈值，若故障危害度等级量值大于第一阈值，则对所述部件进行更改设计；
若故障危害度等级量值小于或等于第一阈值，接着判断故障严重等级量值是否小于或等于第二阈值，若故障严重等级量值小于或等于第二阈值，则对所述部件进行出现故障后维修；
若所述故障严重等级量值大于第二阈值，则对所述部件进行预防性维修。
6.根据权利要求5所述的基于故障统计分析的动车组维修决策方法，其特征在于，所述部件的所述故障被判断为预防性维修后还包括：
判断所述部件的故障状态是否可检测，若所述部件的故障状态可检测，则对所述部件进行状态维修，若所述部件的故障状态不可检测，则对所述部件进行定期检修。
7.根据权利要求5所述的基于故障统计分析的动车组维修决策方法，其特征在于，根据所述故障的维修方式及所述耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间确定对应所述故障模式的所述部件的维修周期进一步包括，
对于预防性维修，判断所述耗损临界点对应的动车组运行里程数与动车组各级修程的里程数之间的关系；若所述耗损临界点对应的动车组运行里程数小于2级修程的里程数，则在1级修程时对所述部件进行维修；若所述耗损临界点对应的动车组运行里程数大于5级修程的里程数，则在4级或5级修程时对所述部件进行维修；若所述耗损临界点对应的动车组运行里程数大于i级修程的里程数且小于或等于i+1级修程的里程数，则在i-1级或i级修程时对所述部件进行维修，其中，i＝2,3,4；
对于出现故障后维修，判断所述耗损临界点对应的动车组运行里程数与动车组各级修程的里程数之间的关系；所述耗损临界点对应的动车组运行里程数偏向于哪级修程的里程数，即在偏向的修程时对所述部件进行维修；或
对于预防性维修，判断所述耗损临界点对应的运用时间与动车组各级修程的运用时间之间的关系；若所述耗损临界点对应的运用时间小于2级修程的运用时间，则在1级修程时对所述部件进行维修；若所述耗损临界点对应的运用时间大于5级修程的运用时间，则在4级或5级修程时对所述部件进行维修；若所述耗损临界点对应的运用时间大于i级修程的运用时间且小于或等于i+1级修程的运用时间，则在i-1级或i级修程时对所述部件进行维修，其中，i＝2,3,4；
对于出现故障后维修，判断所述耗损临界点对应的运用时间与动车组各级修程的运用时间之间的关系；所述耗损临界点对应的运用时间偏向于哪级修程的运用时间，即在偏向的修程时对所述部件进行维修。
8.一种基于故障统计分析的动车组维修决策装置，其特征在于，所述装置包括：
故障相关信息确定单元，用于根据动车组一部件的一种故障模式的故障信息，计算得到所述故障模式下的瞬时故障率、故障严重等级量值及故障概率等级量值；
故障危害度等级量值计算单元，用于根据故障严重等级量值及故障概率等级量值计算得到故障危害度等级量值；
维修方式确定单元，用于根据所述故障危害度等级量值及所述故障严重等级量值确定故障的维修方式；
耗损临界点确定单元，用于根据所述瞬时故障率计算得到所述部件的耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间；
维修周期确定单元，用于根据所述故障的维修方式及所述耗损临界点对应的动车组运行里程数或运用时间确定对应所述故障模式的所述部件的维修周期。
9.根据权利要求8所述的基于故障统计分析的动车组维修决策装置，其特征在于，所述故障危害度等级量值通过如下公式计算得到：
故障危害度等级量值＝故障严重等级量值×故障概率等级量值。
10.根据权利要求8所述的基于故障统计分析的动车组维修决策装置，其特征在于，所述维修方式包括：预防性维修、出现故障后维修及设计更改。
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