王大平，呂愛萍，劉亞妮

(中車株洲電力機車有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心，湖南 株洲 412000)

0 引言

隨著國內(nèi)軌道交通領域的快速發(fā)展，機車、動車和城軌車輛市場保有量持續(xù)上漲，導致軌道交通產(chǎn)品的故障率不斷提升，事故也頻繁發(fā)生。軌道交通產(chǎn)品主機廠應充分了解自身產(chǎn)品的可靠性水平，對招投標階段的可靠性要求及自身響應合同的履約能力的評估做到有據(jù)可依。為此，軌道交通產(chǎn)品主機廠開發(fā)了可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，在系統(tǒng)中構建產(chǎn)品功能結構樹，通過導入各車型歷史記錄的故障臺賬，并對故障記錄逐條清洗，每條故障記錄均落實到具體項目車型、具體部件和部件的故障模式中形成可靠性數(shù)據(jù)庫。通過可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的運用，可獲取整車產(chǎn)品故障的分布等相關信息，獲取整車及其各級子部件直至最小可更換單元的故障率、平均無故障時間、故障模式發(fā)生占比等可靠性信息，以掌握整車產(chǎn)品的可靠性真實表現(xiàn)，有針對性地提升整車質(zhì)量。

1 可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)構成

可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的輸入內(nèi)容為產(chǎn)品運營期間發(fā)生的故障臺賬、運營里程、產(chǎn)品的功能結構樹等，這幾項內(nèi)容為可靠性數(shù)據(jù)分析的基礎數(shù)據(jù)，包括車輛故障描述、故障部件、故障類型、故障模式、故障等級等。該系統(tǒng)運用由產(chǎn)品基礎信息模塊、產(chǎn)品生命履歷模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、統(tǒng)計分析模塊4個部分構成，通過對輸入內(nèi)容的分析，最終輸出的內(nèi)容為產(chǎn)品的平均無故障運營里程MDBF、平均無故障時間MTBF、部件故障模式發(fā)生占比、可靠性增長曲線、故障率等。

1.1 產(chǎn)品基礎信息模塊

該模塊對軌道交通整車產(chǎn)品的型號、所屬項目、功能結構構型以及故障模式進行統(tǒng)一規(guī)范。其中，產(chǎn)品的功能結構樹有五層級聯(lián)關系，從上至下分別為系統(tǒng)級、子系統(tǒng)級、部件級、零件級、最小可更換單元級。

項目管理將整車產(chǎn)品的功能構型與項目名稱通過關聯(lián)表關聯(lián)起來，分配產(chǎn)品基礎信息表，在進行統(tǒng)計分析時可以快速定位項目、定位產(chǎn)品；型號管理提供整車相似產(chǎn)品的歸類管理功能，在統(tǒng)計分析時，可以快速定位型號、項目名稱和產(chǎn)品；故障模式是可靠性數(shù)據(jù)分析的核心內(nèi)容，并且故障模式具有很強的隸屬性，在不同的產(chǎn)品、功能件中存在各種相似的故障模式，但是并沒有因為相似而將其混為一談，而是根據(jù)不同的產(chǎn)品、構型進行分級管理。

1.2 產(chǎn)品生命履歷模塊

該模塊對軌道交通產(chǎn)品整車產(chǎn)品進行全壽命周期的追蹤管理，追蹤到每個型號產(chǎn)品。其中，針對每一個整車產(chǎn)品，系統(tǒng)接受定期更新的運行里程數(shù)據(jù)。故障履歷錄入系統(tǒng)時，確定每條故障記錄將在產(chǎn)品功能結構樹中具體定位，并確定故障模式及其影響等。系統(tǒng)接受定期更新的供應商名錄表，故障履歷錄入系統(tǒng)時，根據(jù)具體產(chǎn)品選擇責任供應商。

1.3 數(shù)據(jù)管理模塊

該模塊基于故障臺賬，對最小可更換單元、運營里程、責任供應商等信息進行管理。

可靠性分析系統(tǒng)會根據(jù)“重大故障判斷標準”自動將某些符合條件的故障記錄轉(zhuǎn)化為重大故障。例如某一系列產(chǎn)品的某一部件，在3個月時間內(nèi)發(fā)生了超過3起相同故障模式的故障，系統(tǒng)會自動將該故障判定為重大故障。

1.4 統(tǒng)計分析模塊

該模塊提供整車產(chǎn)品及其部件的可靠性、可用性和可維修性數(shù)據(jù)，以及全生命周期成本中的維修性數(shù)據(jù)。針對產(chǎn)品功能結構樹中的任一部件，均可統(tǒng)計得到該部件對應的故障次數(shù)、故障率、平均無故障時間MTBF、平均無故障運營里程MDBF、平均維修時間MTTR、可用度、故障模式發(fā)生占比等相關數(shù)據(jù)信息。

2 可靠性數(shù)據(jù)技術分析的實施方案

2.1 獲取整車產(chǎn)品的基礎數(shù)據(jù)

整車產(chǎn)品的基礎數(shù)據(jù)包括產(chǎn)品類型、速度等級、配屬車輛段、運營里程、故障臺賬等。在可靠性數(shù)據(jù)分析過程中，對輸入數(shù)據(jù)須慎重判斷，數(shù)據(jù)一經(jīng)采納，必須給予肯定和采信，相信數(shù)據(jù)的真實性。

2.2 可靠性數(shù)據(jù)分析輸入與分析

產(chǎn)品功能結構樹是數(shù)據(jù)分析和分析結果輸出的基礎，可先建立車型產(chǎn)品功能結構樹母樹，這個過程往往需要幾個月時間，建立過程中，對公司及同行業(yè)的產(chǎn)品進行摸底后采用最宜方案。車型產(chǎn)品功能結構樹建立后，就可以在母樹中選取具體項目的產(chǎn)品結構，以構成項目產(chǎn)品功能結構樹。以某地鐵項目車門系統(tǒng)為例，該項目車門系統(tǒng)的功能結構樹為二級系統(tǒng)，其子部件客室外掛門、司機室內(nèi)藏門、坡道式疏散門從母樹上勾選后，構成了該車門系統(tǒng)的一級子部件，如圖1所示。其一級子部件下屬的部件構成及車輛其他系統(tǒng)的構成，采用相同的方式在母樹上勾選，然后構成該項目的整車產(chǎn)品功能結構樹。

圖1 產(chǎn)品功能結構樹

在可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中，需要先建立產(chǎn)品功能結構樹，后導入該產(chǎn)品對應的故障臺賬。故障臺賬的清洗過程可在系統(tǒng)中進行，如圖2所示，前兩列“故障日期”和“故障描述”為售后提供的故障臺賬，該臺賬導入可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)后，需要對該臺賬進行清洗，即將該產(chǎn)品所發(fā)生的每條故障臺賬落實到功能結構樹和對應的故障模式中，見圖2中后六列內(nèi)容。

圖2 故障臺賬清洗

2.3 可靠性數(shù)據(jù)分析結果輸出

故障臺賬經(jīng)過清洗后，即可在系統(tǒng)中獲取該產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)。獲取過程需要選定時間區(qū)間后，并確定該產(chǎn)品在該時間區(qū)間總的運營里程。其中，列車的運營里程不局限于某個項目，可多個項目累積。假設地區(qū)A和地區(qū)B的地鐵車輛運營環(huán)境相似，地鐵車輛上配置的風源系統(tǒng)壓縮機型號在地區(qū)A的某地鐵線和地區(qū)B的某地鐵線上一致，現(xiàn)要計算質(zhì)保期內(nèi)該型風源系統(tǒng)壓縮機的可靠性數(shù)據(jù)，則可累積這兩條地鐵線路上所有列車的運營里程和故障數(shù)據(jù)，得到該型壓縮機的可靠性數(shù)據(jù)，也可以分別累積兩條線路的運營里程和故障數(shù)據(jù)，相應地分別計算每條地鐵線路的產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)。

基于選定的產(chǎn)品和時間區(qū)間，選定故障類型(如碎修、系統(tǒng)修、清客、下線、機破等)，計算該產(chǎn)品在該時間區(qū)間、對應故障類型的總故障次數(shù)，以及相應的可靠性表現(xiàn)(如MDBF、MTBF、可靠性增長曲線、故障率等)。以某地鐵項目為例，計算某時間段內(nèi)其平均無故障運營里程MDBF，圖3展示了整車一級系統(tǒng)的MDBF分布結果，圖4展示了整車一級系統(tǒng)的MTBF分布結果。以某機車項目為例，計算某時間區(qū)間內(nèi)的可靠性增長曲線，如圖5所示。

圖3 某地鐵項目的MDBF分布結果

圖4 某地鐵項目的MTBF分布結果

圖5 某機車項目可靠性增長曲線

3 結語

可靠性數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)形成了可靠性數(shù)據(jù)分析平臺，規(guī)范了可靠性數(shù)據(jù)分析過程，并且提供了一個對故障數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、快速輸出結果的方法，以提高故障信息的利用率；還提供了一個可以多項目交互的對同一廠家外購件的故障快速統(tǒng)計分析、快速輸出結果的方法，為供應商質(zhì)量管理提供有效依據(jù)。后續(xù)可借鑒故障數(shù)據(jù)分析的經(jīng)驗，基于軌道交通產(chǎn)品功能結構樹，拓展對維修性數(shù)據(jù)的分析與計算研究。