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        一種基于馬爾科夫過(guò)程的中低速磁浮列車(chē)可靠性預(yù)計(jì)方法

        2019-04-25 05:49:06鄭文文羅心彤
        關(guān)鍵詞:馬爾科夫長(zhǎng)沙可靠性

        鄭文文 羅心彤

        中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司 磁浮系統(tǒng)研究所 湖南 株洲 412000

        1 引言

        2016年5月6日長(zhǎng)沙磁浮快線列車(chē)正式載客運(yùn)營(yíng),我國(guó)磁浮商業(yè)化邁出了重大的一步,但中低速磁浮列車(chē)的可靠性相關(guān)數(shù)據(jù)缺乏,在上線運(yùn)營(yíng)后進(jìn)行的可靠性試驗(yàn),按照以往的研究通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集得出延遲性的結(jié)論,滯后性較大,一定程度上減緩了對(duì)長(zhǎng)沙磁浮項(xiàng)目的可靠性?xún)?yōu)化速度。本文基于長(zhǎng)沙磁浮列車(chē)項(xiàng)目的可靠性試驗(yàn)的階段性數(shù)據(jù),提出一種基于馬爾科夫過(guò)程的中低速磁浮列車(chē)可靠性?xún)?yōu)化方法。

        2 方法原理

        2.1 問(wèn)題描述

        本文主要涉及中低速磁浮可靠性試驗(yàn)主要有應(yīng)力篩選試驗(yàn)與環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)等,通過(guò)應(yīng)力篩選試驗(yàn),主要選取了溫度、濕度兩大應(yīng)力進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn),并對(duì)2016年至2018年的長(zhǎng)沙磁浮項(xiàng)目車(chē)輛各系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集。本文研究的重點(diǎn)是如何尋求一個(gè)有效的方法,在進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的過(guò)程中及時(shí)對(duì)列車(chē)整體可靠性進(jìn)行優(yōu)化提升。而如何實(shí)現(xiàn)根據(jù)階段性的數(shù)據(jù)得到與可靠性目標(biāo)的預(yù)估差距,是本文研究的關(guān)鍵問(wèn)題。

        本文采用專(zhuān)家評(píng)估的方式得到可靠性分配的具體目標(biāo),研究現(xiàn)場(chǎng)售后的階段性數(shù)據(jù),利用馬爾科夫過(guò)程方法提出一種通過(guò)預(yù)估階段可靠性來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可靠性增長(zhǎng)的方法。

        2.2 可靠性分配

        本文所指的可靠性分配,指的是將中低速磁浮列車(chē)的整車(chē)可靠度指標(biāo)合理地分配給組成列車(chē)的各個(gè)故障系統(tǒng),其中故障系統(tǒng)劃分見(jiàn)表1:與懸浮系統(tǒng)一年后的故障數(shù)據(jù)。

        步驟一:召集5位相關(guān)領(lǐng)域?qū)<?,根?jù)以往在其他相似車(chē)型上可靠性工作經(jīng)驗(yàn),以及已有數(shù)據(jù)的故障數(shù)據(jù)分布,針對(duì)懸浮系統(tǒng)與懸浮架的故障給出2018年的全年預(yù)計(jì)故障數(shù)量上限如下(其中r為常系數(shù)):

        其中L1與L2分別為懸浮架、懸浮系統(tǒng)2018年全年的故障上限評(píng)價(jià)向量。

        求得專(zhuān)家給出的故障要求:

        表1 中低速磁浮列車(chē)故障系統(tǒng)劃分

        對(duì)于懸浮系統(tǒng),故障狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況如表3:

        3 馬爾科夫過(guò)程

        馬爾科夫過(guò)程是俄國(guó)數(shù)學(xué)家A.A.Marcov提出的離散時(shí)間隨機(jī)過(guò)程,在這個(gè)過(guò)程中的任一階段,都具有未來(lái)預(yù)測(cè)只與目前狀況有關(guān)而與過(guò)去情況無(wú)關(guān)的數(shù)學(xué)性質(zhì)。

        中低速磁浮技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)輪軌技術(shù)主要在于其支撐系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),研究中低速磁浮系統(tǒng)的可靠性重點(diǎn)在于控制支撐系統(tǒng)——即懸浮架與懸浮系統(tǒng)可靠性。長(zhǎng)沙磁浮項(xiàng)目共有5列車(chē)于2016年5月下線,收集2016年至2017年長(zhǎng)沙磁浮項(xiàng)目各系統(tǒng)的月度故障次數(shù),欲研究系統(tǒng)即懸浮架及走行部的可靠性情況,考慮分別統(tǒng)計(jì)懸浮架

        表3 懸浮系統(tǒng)故障狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況

        注:因數(shù)據(jù)偏少,可能存在次數(shù)為0的轉(zhuǎn)移狀態(tài),但是實(shí)際上存在可能性,在估算時(shí)保留了最低概率。

        步驟三:已知2017年12月時(shí),懸浮架與懸浮系統(tǒng)的故障狀態(tài)為:

        實(shí)際上,最終2018年懸浮架與懸浮系統(tǒng)的故障情況達(dá)到了專(zhuān)家要求。

        4 結(jié)論

        本文將馬爾科夫過(guò)程理論引入可靠性試驗(yàn)過(guò)程,通過(guò)對(duì)階段性的結(jié)果進(jìn)行最終結(jié)果的估算求解,提出一種衡量可靠性?xún)?yōu)化程度的方法。該方法能在可靠性試驗(yàn)過(guò)程中,為后續(xù)試驗(yàn)提供優(yōu)化進(jìn)度參考。

        馬爾科夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣求解使用統(tǒng)計(jì)法時(shí),對(duì)歷史數(shù)據(jù)量的要求較大,但計(jì)算簡(jiǎn)便。除統(tǒng)計(jì)法之外,還有不少方法可求解狀態(tài)概率轉(zhuǎn)移矩陣,例如線性方程法、二次規(guī)劃法以及以誤差絕對(duì)值之和最小為目的的估算模型等。在實(shí)際運(yùn)用中,可考慮將求解問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行估算。

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