动车组列控中心多态动态可靠性分析

作     者：王康 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：齐金平

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：列控中心 多态特性 动态特性 剩余寿命预测 预防维修周期 

摘      要：列控中心设备是动车组列控系统的重要组成部分,关系着动车运营和乘客生命的安全。因此,对列控中心进行可靠性分析,并在因其故障造成重大危害前进行剩余寿命预测和维修周期优化,对提高设备可靠性和铁路运营安全性有重要意义。列控中心设备关键部件采用了冗余结构,使系统的失效与各部件的失效顺序相关,是典型的动态系统;其通信接口单元在实际工作环境中具有多种故障状态,是典型的多状态、多失效模式系统。列控中心设备故障的多态性和结构的动态性导致故障机理不清晰,致使列控中心设备可靠性分析建模困难;而且,共因失效的存在也对结构复杂的冗余系统的寿命分析影响比较大,导致构建列控中心设备剩余寿命预测模型较为困难;此外,因维修更换计划不合理而导致不能充分利用设备剩余寿命也是亟待解决的问题。针对上述问题,本文进行了以下工作:(1)针对列控中心设备故障存在的多态特性及动态特性问题,建立多态动态可靠性分析模型。多态特性方面,对通信接口单元定义“安全、“电信号错误和“电信号中断三种状态;动态特性方面,建立动态故障树模型,采用热备门表示部件冗余。将动态故障树转化为动态贝叶斯网络和Markov模型,建立基于离散时间贝叶斯网络和基于Markov的列控中心可靠性分析模型,通过计算重要度、敏感性和可靠性指标进行可靠性分析。(2)为预防列控中心设备因故障造成重大危害事故,需对其可用性和剩余寿命进行评估和预测,且共因失效的存在降低了设备的可用性。为此构建考虑共因失效的列控中心可用度及剩余寿命预测模型,采用Markov理论计算求解得到可用度和平均剩余寿命函数,实现对列控中心设备的可用度评估及剩余寿命预测。(3)为预防列控中心设备因未及时检修或更换部件导致事故的发生,需要准确预测其预防维修及更换周期。引入役龄回退因子和时变可靠度描述列控中心设备维修前后可靠度的变化,在考虑维修费用的基础上,建立基于时变可靠度的列控中心设备预防维修周期模型。以铁路某列控中心设备为例,确定其最佳预防维修次数和最佳更换周期。本文依托国家自然科学基金项目(71861021)的资助,针对动车组列控中心设备可靠性问题开展研究,相关结论可为动车组安全运营、修程修制的完善提供理论指导。