趙節(jié)芳 馬連鳳 靳曉姣

摘要：本文通過研究現(xiàn)場數(shù)據(jù)特性后進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，基于數(shù)據(jù)利用可靠性分析軟件分析了最佳失效分布類型及對應(yīng)的分布參數(shù)，并對擬合的失效分布進(jìn)行假設(shè)檢驗，確定了功率模塊的失效分布函數(shù)和可靠度函數(shù)，以此開展了功率模塊使用階段的可靠性預(yù)測，為預(yù)防性維修修程的制定提供數(shù)據(jù)支撐。同時，本文提供的方法為軌道交通行業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析時提供參考。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場數(shù)據(jù)，可靠性預(yù)測，預(yù)防性維修，失效分布，假設(shè)檢驗

引言

目前，軌道交通機車組檢修修程多以計劃預(yù)防修為主，修程通常較為保守。例如變流器功率模塊一般在未達(dá)到使用壽命就被更換下來，造成維修成本增加，給軌道交通系統(tǒng)運營造成了壓力。如何在保證安全可靠的同時延長維修更換周期，降低維修成本，需要進(jìn)行可靠性分析，預(yù)測現(xiàn)行預(yù)防性維修周期下功率模塊的可靠度及中位壽命。本文通過收集及統(tǒng)計分析大量的機車變流器功率模塊實際運用數(shù)據(jù)，進(jìn)行可靠性預(yù)測，預(yù)測結(jié)果可為延長維修周期、降低成本提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

可靠性數(shù)據(jù)特性

可靠性數(shù)據(jù)來源于產(chǎn)品壽命周期各階段的一切可靠性活動，本次分析數(shù)據(jù)是從實際使用現(xiàn)場收集得到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品開始工作至故障的時間（故障時間）及開始工作至統(tǒng)計時還未故障的工作時間（無故障工作時間），這類似于隨機截尾試驗，因此現(xiàn)場數(shù)據(jù)具有隨機截尾的特性。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)隨機截尾特性進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，首先確定樣本范圍為從產(chǎn)品上線至今，再統(tǒng)計可靠性數(shù)據(jù)，包括故障時間和無故障工作時間。統(tǒng)計故障時間時，僅統(tǒng)計能反映產(chǎn)品可靠性的有效關(guān)聯(lián)故障，統(tǒng)計項點包含產(chǎn)品編號、上線日歷時間t1、故障日歷時間t2、每天平均工作小時數(shù)h，將統(tǒng)計截止日歷時間設(shè)為t3，則：

2可靠性預(yù)測

2.1 數(shù)據(jù)擬合及最優(yōu)分布分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的目標(biāo)是獲取產(chǎn)品總體的性質(zhì)，根據(jù)所選取的樣本對總體的分布做出合理的統(tǒng)計推斷。本次基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)利用RELEX軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合及擬合優(yōu)度檢驗，采用點估計進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，常用的點估計有：矩估計、極大似然估計等，其中極大似然估計具有通用性且最精確。擬合結(jié)果如圖1，可以看出最優(yōu)分布是兩參數(shù)指數(shù)分布，大量的試驗和經(jīng)驗證明，電子產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布，本次以兩參數(shù)指數(shù)分布進(jìn)行參數(shù)估計。

2.1.1 參數(shù)估計

指數(shù)分布的失效分布函數(shù)F（t）和可靠度函數(shù)R（t）分別為：

使用RELEX對兩參數(shù)指數(shù)分布進(jìn)行參數(shù)估計，得到刻度參數(shù)θ為66074，位置參數(shù)γ為6.732，同時得到可靠度與時間關(guān)系圖（圖2），獲得功率模塊失效時間分布，以便進(jìn)行可靠性分析，預(yù)測給定可靠度下功率模塊的運行時間以及給定運行時間下功率模塊的可靠度。

2.1.2 假設(shè)檢驗

參數(shù)估計后需通過假設(shè)檢驗判斷原假設(shè)的真實性，本次選用檢驗精度更高、計算更簡便的K-S檢驗法進(jìn)行假設(shè)檢驗，步驟為：先將分析數(shù)據(jù)從小到大排列，再計算每個失效數(shù)據(jù)的 ，將其與經(jīng)驗分布函數(shù)的 進(jìn)行比較并計算差值，取差值的絕對值最大值即為K-S檢驗統(tǒng)計量 （式5）; 為在顯著性水平α下的檢驗臨界值;當(dāng) ≤ 時，不拒絕原假設(shè)，否則拒絕原假設(shè)。對于大于50的大樣本數(shù)據(jù)，在顯著性水平α為5%下，通過經(jīng)驗公式6計算檢驗臨界值 。

2.2 可靠性預(yù)測

根據(jù)以上可靠性模型、失效分布函數(shù)、可靠度函數(shù)及可靠性參數(shù)，進(jìn)行功率模塊可靠性預(yù)測。

現(xiàn)行的機車功率模塊維修策略為C5修時進(jìn)行維修，C6修時更換，現(xiàn)計算C5、C6修時的可靠度。C5修時的工作時間約為6年即12504小時，C6修時的工作時間約為12年即25008小時，代入式8計算可靠度分別為0.7937、0.63。同理，可計算可靠度為0.5時的工作時間為37546小時，即此時在線使用的功率模塊將有50%失效，該時間遠(yuǎn)大于C6修更換功率模塊的時間，該結(jié)果可為延長維修功率模塊更換周期提供數(shù)據(jù)支撐。

同樣地，將可靠性參數(shù)和C5、C6修對應(yīng)的時間代入式7可分別得到C5、C6修時的失效概率為0.2063、0.37，該結(jié)果可為備件策略的制定提供數(shù)據(jù)支撐。

3結(jié)論

本次基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用可靠性分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，分析失效分布，并進(jìn)行參數(shù)估計和假設(shè)檢驗，確定了失效分布類型及函數(shù)，最終對功率模塊進(jìn)行了可靠性預(yù)測，分析結(jié)論可為延長功率模塊的維修更換周期和制定備件策略提供數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻(xiàn)

【1】趙宇，楊軍，馬小兵.可靠性數(shù)據(jù)分析教程【M】 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2009.

【2】鮑超.基于Minitab的地鐵車輛光電式速度傳感器可靠性分析【J】 機電工程技術(shù)2019年第48卷第05期.

作者簡介：趙節(jié)芳（1979年5月—），女，漢族，籍貫：山西省運城市，本科學(xué)歷，高級工程師，研究方向為可靠性技術(shù)及工程應(yīng)用。