浅谈电力机车可靠性工作

侯艳丽

摘 要：随着铁路行业的发展，对于铁路装备的可靠性要求越来越高，并逐步形成了一门理论——可靠性、可用性、维修性和安全性（RAMS），国际铁路行业标准中明确规定铁路装备制造商必须按照EN50126标准要求开展RAMS工作，以提高铁路装备的质量，提高整个铁路行业的水平。因此笔者公司开展了RAMS工作，现以电力机车为例来说明。

关键词：可靠性 可靠性分配与预计 故障模式影响及危害分析（FMECA） 故障树分析（FTA） 故障树

中图分类号：GB7827-87 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0100-03

随着铁路行业的发展，对于铁路装备的可靠性要求越来越高，并逐步形成了一门理论——可靠性、可用性、维修性和安全性（RAMS），国际铁路行业标准中明确规定铁路装备制造商必须按照EN50126标准要求开展RAMS工作，以提高铁路装备的质量，提高整个铁路行业的水平。因此笔者公司开展了RAMS工作，现以电力机车为例来说明。

1 收集可靠性数据

1.1 可靠性数据的来源和需求

RAMS工作是以大量的产品可靠性、维修性数据为基础，有计划、有目的地收集产品寿命周期各阶段的数据，进行分析，发现产品可靠性的薄弱环节，实施改进设计，从而提高产品质量。因此，可靠性、维修性数据的收集在RAMS工作中有重要的地位。

可靠性数据主要从两方面得到：一是从实验室进行可靠性试验中得到；二是从产品使用现场得到。对于机车而言，涉及的专业范围广，是一个非常复杂的系统，可靠性试验费用和花费太多，而且机车使用条件的不确定因素很多，所以笔者选择现场运用方式来采集可靠性数据。笔者就从市场部提供的在段电力机车运用情况汇总表里采集所需要的可靠性数据。

1.2 可靠性、维修性和可用性指标评价的需要

机车及其组件的可靠性通常用MTBF（平均故障间隔时间）来评价，为累积工作时间除以累积故障次数，机车及其组件的维修性通常用MTTR（平均修复时间）来评价，为同等级故障的累计修复时间除以同等级故障修复次数。机车可用性A通常用维修时间来评价，计算公式为

1.3 可靠性分析的需要

机车可靠性分析采用故障模式影响及危害性分析（FMECA）、故障树分析（FTA）等方式。FMECA是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度、危害程度以及发生频度予以分类的一种归纳分析方法。对于机车而言，该项工作是通过工作表的形式对机车的故障模式、影响及危害性进行分析，确定可靠性和安全性薄弱环节，做出是否可以接受的技术判断，输出需要开展的可靠性工作项目。（见表2、表3、表4）故障树分析是对机车某个可能发生的故障现象自上而下，按照故障产生原因的逻辑关系（并联、串联、冗余等）产生像“倒放的树”状的输出，从而得出顶部故障的数学模型，根据各个根故障在以往类似产品运用情况（如故障发生概率等），量化顶部故障可能发生的概率。这是一种量化的可靠性分析技术。

2 可靠性分配与预计

机车的可靠性预计与分配是对此次产品进行功能和结构分解，根据组件的运用和供应商提供的可靠性和维修性数据，分析整车的可靠性是否满足合同要求，并分析潜在的薄弱环节。

2.1 可靠性分配

可靠性分配就是将用户提出的，在合同或技术协议中规定的可靠性指标，自上而下，由大到小，从整体到局部，逐步分解，分配到各系统、分系统及设备。即上一级产品对其下一级产品的可靠性定量要求。各级设计人员需明确其可靠性设计要求，根据要求估计所需的人力、时间和资源，并研究实现这个要求的可能性及办法。如同性能指标一样，可靠性指标是设计人员在可靠性方面的一个设计目标。

可靠性分配将整车可靠性要求分配到各组成单元，大致有等分配法、评分分配法、比例组合法等分配方法。一般来说，在方案论证阶段采用等分配法，初步设计阶段采用评分分配法、比例组合法，详细设计阶段大多采用评分分配法、考虑重要度和复杂度分配法、可靠度再分配法。电力机车可靠性分配用到了评分分配法，设电力机车整机可靠性指标MTBF，则整机故障率λs为：

2.2 可靠性预计

可靠性预计是对产品或者系统的可靠性进行定量的估计，推测其可能达到的可靠性水平，是其从定性考虑转入定量分析的关键之处，是实施可靠性工程的基础。可靠性预计是根据组成系统的元器件、零部件的可靠性来估计的，是一个自下而上、由局部到整体、从小到大的一种系统综合过程。

（1）在方案论证阶段，通过可靠性预计，比较不同方案的可靠性水平，为方案优化提供依据。

（2）在设计阶段中，通过可靠性预计，找出影响系统可靠性的主要薄弱环节，采取设计措施，提高系统可靠性。

（3）为可靠性增长试验、验证及费用核算等提供依据。

（4）为可靠性分配提供数据支持。

因此，可靠性分配结果是可靠性预计的依据和目标，可靠性预计结果是可靠性分配与指标调整的基础。可靠性预计方法有元器件计数法、应力分析法、相似产品预计法、专家评分法等。

3 故障模式影响及危害分析（FMECA）和故障树分析（FTA）

3.1 故障模式影响及危害分析（FMECA）

FMECA是分析产品中所有可能产生的故障模式及其对产品所造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严酷度及其发生的概率予以分类的一种自下而上进行归纳的分析技术。

FMECA分析方法分为设计FMECA和过程FMECA，设计FMECA是分析产品功能设计的缺陷与薄弱环节，为产品功能设计的改进提供依据；过程FMECA是分析产品工艺过程的缺陷和薄弱环节，为产品工艺过程的设计改进提供依据。XX型电力机车笔者做了过程FMECA，举例说明电气方面的FMECA分析。（见表4）

3.2 故障树分析（FTA）

故障树分析方法是在设计过程中对设想的可能对产品造成故障的各种因素进行分析，画出故障分类分析图，进而制定产品故障原因的各种可能的故障组合方式与发生的概率，并相应地采取纠正措施，实现产品可靠性的一种方法。

4 结语

文章对电力机车的可靠性进行了分析，但是由于水平有限，还需要进一步地研究和完善。

参考文献

[1] TB/T3133-2006.铁道机车车辆电子产品的可靠性、可用性、可维护性和安全性（RAMS）[S].

[2] IEC62278：2000.轨道交通可靠性、可用性、可维护性和安全性规范及示例[S].

[3] 贺国芳，许海宝.可靠性数据的收集与分析[M].北京：国防工业出版社，1995.