轨道交通列车转向架系统多部件机会相关维修优化方法

作     者：林怡秋 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：秦勇

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：轨道列车转向架 故障传播模型 可靠性 多部件维修 机会维修 

摘      要：我国现行的轨道交通列车维修计划大多是“预防维修为主,临时维修辅助,固定周期的列车维护容易导致部件“过修或“欠修的现象。为解决不足,一些城市开始试行均衡修、精益修等维修方式,但本质仍然是定期预防维修计划,依旧存在着上述弊端,即造成资源无端浪费,使企业负担高额运维费用,又无法保证列车的高可靠性、安全性和可用性,导致各类在途故障频发。而转向架作为保证列车高速安全平稳运行的重要子系统,其部件故障传播和维修优化的研究对列车维修计划的制定能够提供决策支持。鉴于此,本论文基于轨道交通列车转向架现场实际故障和维修记录数据,构建系统故障传播模型分析部件间故障传播关系;结合部件相关性建立列车转向架系统多部件单目标和多目标的机会相关维修优化模型,实现兼顾维修成本的同时保障转向架部件可靠性、可用性目的,具体研究如下:(1)基于复杂网络理论建立列车转向架拓扑网络,并根据网络特性提出节点综合重要度对部件关键程度进行排序;基于分布扩散原则,结合节点综合度和故障传播影响状态改进故障扩散模型,并利用传播动力学模型量化传播概率;通过转向架实际故障数据对提出的模型进行验证。该模型能够有效地模拟部件间故障传播过程,得到的多种故障传播路径有助于现场工作人员对可能受故障影响的部件进行快速识别监测,高效完成运维任务,证明了模型的正确性,体现了传播的多样性。(2)基于系统部件最低可靠度要求,建立单部件不完美维修策略优化模型,并提出维修方式选择因子,来计算单部件的维修周期和维修方式;在单部件的维修优化模型基础上,考虑部件结构、故障作用、可靠度相关性,提出以系统总维修成本最小为目标的转向架系统多部件机会相关维修优化模型,降低系统总维修成本。设立计划性预防维修和根据可靠度进行维修的两个场景,通过飞蛾扑火优化算法(Moth-flame optimization,MFO)求解,证明所提出的模型和MFO算法在降低维修成本和维修次数上有可行性和优越性。(3)为了更贴近实际中决策者在制定维修计划时需要综合考虑维修成本、系统可用性等多个需求,在单目标模型的基础上提出维修成本-可用度的转向架系统多部件机会相关维修优化模型;针对MFO算法存在的不足进行改进。在之前的两个场景中用改进的MFO算法求解,证明了提出的模型与改进的算法降低维修成本和提高可用度上有可行性和优越性。图36幅,表15个,参考文献80篇。