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可靠性六性工程在动车组设计中的应用

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年1月作者：许鹏

[导读] 自20世纪中期，可靠性工程技术在各个行业得到了广泛应用并逐步发展成熟，随着我国高铁事业的快速发展，可靠性工程作为轨道客车产品的一个重要的通用质量特性越来越受到重视，本文阐述了可靠性工程的六性与动车组设计的结合，为提高轨道客车特别是高速动车组的可靠性水平提供理论支撑和实施依据。

吉林长春轨道客车股份有限公司工程研究中心许鹏 130062

摘要：自20世纪中期,可靠性工程技术在各个行业得到了广泛应用并逐步发展成熟，随着我国高铁事业的快速发展，可靠性工程作为轨道客车产品的一个重要的通用质量特性越来越受到重视，本文阐述了可靠性工程的六性与动车组设计的结合，为提高轨道客车特别是高速动车组的可靠性水平提供理论支撑和实施依据。
关键词：可靠性；六性；维修性；安全性；
中图分类号：U260.38     文献标识码：B
        1 可靠性工程发展历程
        1986年1月，美航“挑战者号”航天飞机由于火箭助推器内1个橡胶密封圈低温失效，起飞7S后爆炸，其中7名宇航员丧生，造成12亿美元的经济损失；
        1998年6月，德国铁路由慕尼黑开往汉堡的ICE884次高速列车，由于采用了技术上不成熟的弹性车轮，致使轮箍产生裂纹，未能在维修中发现，导致列车在高速运行时轮箍破裂，发生列车脱轨事故101死亡，88人重伤。
        多起重大事故的发生，使大家认识到产品全寿命周期内可靠性的重要性。可靠性工程作为一门独立的工程学科，率先在美国形成；20世纪60年代我国在电子工业部门进行了可靠性工程技术的开拓性工作，进入80年代以后，我国初步形成了一系列可靠性工程技术标准和管理规定，在2000年左右，可靠性工程逐渐引入轨道客车行业，目前初步形成了一套可靠性工程理论，但是还有很大的实际应用空间。
        2.可靠性工程六性的内涵
        可靠性工程可以归纳为六大特性：可靠性、维修性、安全性、测试性、保障性、环境适应性。
        可靠性
        产品在规定条件下和规定时间内，完成（或保持）规定功能的能力。可靠性参数：R,MTBF,MTBCF,MTTF, 耐久性（T）等。
        维修性
        产品在规定条件和规定时间内按规定程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。维修性参数：M,MTTR。
        安全性
        产品（系统、子系统、设备或组件）不导致人员伤亡、危害健康和环境，不给设备或财产造成破坏或损失的能力。安全性参数：安全度、可接受的风险水平。
        测试性
        产品（系统、子系统、设备或组件）能够及时而准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降）并隔离其内部故障的一种设计特性。测试性参数：检测率、隔离率、虚警率。
        保障性
        产品（系统）的设计特性和计划的保障资源满足平时战和战时使用要求的能力。保障性参数：备件满足率、备件利用率。
        环境适应性
        产品在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能和性能和（或）不被破坏的能力，是产品的重要质量特性之一。
        2.1可靠性
        在产品的全寿命周期内一直都会有故障发生，故障是产品失去规定性能的工作能力，在全寿命周期内故障分为三个阶段：早期故障阶段、偶然故障阶段和耗损故障阶段；故障率随时间变化的曲线，也就是俗称的浴盆曲线，可以看出在整个使用寿命内，偶然故障阶段占比最高，也是产品的主要使用周期。
        2.2维修性
        维修性是产品发生故障时容易修理和方便修理的性能，是产品设计赋予的一种特性。维修一般分为预防性维修和修复性维修。最常用的维修性指标参数为平均修复时间，表达了产品由故障状态转为可以工作状态时修理时间的平均值。
        国内动车组检修采取运用修与高级修相结合的预防性维修模式，动车组的日常检修及专项修在动车所完成，高级修在运用局检修基地或返回主机厂检修。

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        2.3安全性
        安全不仅仅是不发生事故，同时也是所有人在工作中积极地鉴别事故起因并采取适当的预防措施，对所有可能引起事故的隐患和风险提前预判及有效控制。
        只有知道危险的存在，知道危险发生的起因，才能有针对性的采取措施避免或减少这些危险的发生。危险识别的意义在于“事先鉴别”。
        通过设计并采用尽可能的技术来“防御”以及避免单点故障来使子系统安全，即：设计保证安全。安全设计的重点在于识别、控制、缓解和解决危险。
        以满足安全性要求所进行的所有贯穿于整个产品寿命周期内的活动。包括：组织、计划、实施、管控（管理和控制）
        安全性指标一般包括容许的危害率和安全完整性等级。
        容许的危害率(THR)：每小时每个功能可容忍危险的故障率
        安全完整性等级 (SIL)：对系统确保安全的能力的定量化要求。
        2.4测试性
        测试性是指产品能及时及准确地确定其状态（工作、不可工作、性能下降），并隔离其内部故障的一种设计特性。
        测试性分析是产品设计分析工作中的一个重要环节，它与诊断方案的制订及实施有关。测试性分析的目的是验证所建议的方法是否满足设计要求。测试性分析内容主要包括：BIT故障检测与隔离能力的预计、系统测试性预计、固有测试性评价。前两项主要采用测试性预计方法，后一项可采用加权计算方法。
        固有测试性分析在系统研制过程中进行，目的是确定硬件设计是否有利于测试并确定存在的问题，尽早采取改进措施。
        2.5保障性
        系统（装备）的设计特性和计划的保障资源满足平时和战时使用要求的能力称保障性。
        保障性是装备系统的固有属性，它包括两方面含义，即与装备保障有关的设计特性和保障资源的充足和适用程度。
        保障性的定量要求通常以与战备完好性相关的指标提出,例如:使用可用度。装备保障资源方面的定量要求包括：保障设备利用率、保障设备满足率、备件利用率、备件满足率、人员培训率等。
        2.6环境适应性
        环境适应性:装备(产品)在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能和性能和(或)不被破坏的能力。是装备（产品）的重要质量特性之一。
        环境适应性是武器装备的一个重要的质量特性，它是通过设计纳人装备、通过试验和管理得到保证的。环境适应性本身不用定量指标表示，但环境适应性要求可以有定量要求，如装备必须在-55°C下正常工作；也可以只有定性要求，如装备应能耐受沿海盐雾大气的侵蚀等。
        3结论
        《国家质量发展刚要2011-2020）》明确提出加强产品可靠性设计、试验及生产过程质量控制，依靠技术进步、管理创新和标准完善，提升可靠性水平；到2020年，我国基础件、通用件及关键自动化测控部件等可靠性水平满足国内市场需求，重点产品的可靠性达到或接近国际先进水平。我国产品与国外产品相比，产品功能、性能等专用质量特性虽有差距，但更重要的差距是产品故障多、维修难、不够安全等通用质量特性，严重影响武器装备作战效能、顾客满意度，甚至导致人员伤亡事故等重大损失。
参考文献：
[1] EN 50126-2-2007 铁路应用—可靠性、可用性、维修性和安全性技术条件和验证(RAMS)．

作者信息：许鹏男 1982年9月4日，高级工程师；
中车长春轨道客车股份有限公司工程研究中心；吉林长春 130062；