机车全寿命周期的评估方法、评估系统及优化方法

摘要

本公开提供了一种机车全寿命周期的评估方法、机车全寿命周期的优化方法及机车全寿命周期的评估系统，该评估方法包括：获取机车上目标部件的现场数据；根据获取的所述现场数据进行所述目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据；预设服役条件，根据所述可靠性评估数据与所述现场数据，确定满足所述服役条件的所述目标部件；预设加速试验方案，对满足所述服役条件的所述目标部件，采用所述预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据；根据所述加速试验数据确定所述目标部件的寿命周期。本公开提供的评估方法，能够有效地对机车的全寿命周期进行评估。

说明书

技术领域

本发明涉及机车技术领域，具体而言，涉及一种机车全寿命周期的评估方法、机车全寿命周期的优化方法及机车全寿命周期的评估系统。

背景技术

国内，目前我国有万余台和谐型机车大面积投入运用，随着新技术、新设备的推广和使用，和谐机车保有量不断增加，使用单位对机车的可靠性、维修性提出了更高的要求。

近些年来，大部分机车陆续进入机车最高级修程，为了更好地掌握机车实际技术状态，提升机车后续服役的可靠性和安全性，研究关键零部件及子系统寿命，优化机车检修项点，有效降低机车维修成本，对机车子系统及关键零部件开展全面、系统的全寿命周期评估，形成一套有效的评估方法是十分必要的。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种机车全寿命周期的评估方法、机车全寿命周期的优化方法及机车全寿命周期的评估系统，能够有效地对机车的全寿命周期进行评估。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种机车全寿命周期的评估方法，该评估方法包括：

获取机车上目标部件的现场数据；

根据获取的所述现场数据进行所述目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据；

预设服役条件，根据所述可靠性评估数据与所述现场数据，确定满足所述服役条件的所述目标部件；

预设加速试验方案，对满足所述服役条件的所述目标部件，采用所述预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据；

根据所述加速试验数据确定所述目标部件的寿命周期。

在本公开的一种示例性实施例中，所述现场数据包括：运用故障数据、检修数据、专项性能试验数据。

在本公开的一种示例性实施例中，所述根据获取的所述现场数据进行所述目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据，包括：

通过预设的评估方法，选取匹配的寿命分布模型；

根据所述预设寿命分布模型，针对所述目标部件的所述现场数据进行可靠性评估，并输出部件可靠性指标的点估计和区间估计结果；

根据所述点估计和区间估计结果，输出可靠性评估数据。

在本公开的一种示例性实施例中，预设服役条件，根据所述可靠性评估数据与所述现场数据，确定满足所述服役条件的所述目标部件，包括：

根据所述目标部件的所述可靠性评估数据与所述现场数据，对所述目标部件进行故障模式、机理及影响分析；

确定影响机车寿命的所述目标部件；

对所述影响机车寿命的目标部件进行分析，确定满足所述服役条件的所述目标部件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述预设加速试验方案包括：

确定加速应力种类、应力数量和范围，分析确定目标部件的寿命敏感参数，设计合理的试验时间及测试间隔。

在本公开的一种示例性实施例中，根据所述加速试验数据确定所述目标部件的寿命周期，包括：

根据所述加速试验数据，确定寿命分布模型；

根据施加应力类型，匹配加速模型；

根据匹配的加速模型，建立加速寿命模型；

根据加速寿命模型，确定所述目标部件的寿命周期。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种机车全寿命周期的优化方法，该优化方法包括：

获取机车上目标部件的现场数据；

根据获取的所述现场数据进行所述目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据；

预设服役条件，根据所述可靠性评估数据与所述现场数据，确定满足所述服役条件的所述目标部件；

预设加速试验方案，对满足所述服役条件的所述目标部件，采用所述预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据；

根据所述加速试验数据确定所述目标部件的寿命周期；

对寿命周期最短的目标部件，根据预设优化方案进行寿命优化。

在本公开的一种示例性实施例中，所述预设优化方案包括：

根据所述加速试验数据，确定寿命最短的目标部件；

确定寿命最短的目标部件设计开发环节改进点，识别生产制造过程改进点，识别检修维护改进点，寿命周期费用评估；

根据所述设计开发环节改进点、生产制造过程改进点、检修维护改进点与寿命周期费用进行寿命优化。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种机车全寿命周期的评估系统，该评估系统包括：

数据获取模块，被配置为获取机车上目标部件的现场数据；

可靠性评估模块，与所述数据获取模块连接，被配置为根据获取的所述现场数据进行所述目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据；

部件选取模块，与所述数据获取模块及所述可靠性评估模块连接，被配置为根据所述可靠性评估数据与所述现场数据，确定满足预设服役条件的所述目标部件；

加速试验模块，与所述部件选取模块连接，被配置为对满足所述服役条件的所述目标部件，采用预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据；

寿命确定模块，与所述加速试验模块连接，被配置为根据所述加速试验数据确定所述目标部件的寿命周期。

在本公开的一种示例性实施例中，所述评估系统还包括：

寿命优化模块，与所述寿命确定模块连接，被配置为确定所述寿命周期最短的所述目标部件，并对所述寿命周期最短的目标部件根据预设优化方案进行寿命优化。

本公开提供的机车全寿命周期的评估方法，适用于服役一定时间的交流电力机车全寿命周期评估，通过获取的现场数据进行目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据；根据可靠性评估数据与现场数据，确定满足服役条件的目标部件；对满足服役条件的目标部件采用预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据；根据加速试验数据确定目标部件的寿命周期，能够明确部件随运用时间/运用里程的变化规律，评估其长期运用后的可靠性，克服了单独使用运用数据或试验数据分析导致的不足，实现了对机车全寿命周期的评估，提升了机车后续服役的可靠性和安全性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本公开的一种实施例提供的机车全寿命周期的评估方法的流程图；

图2为本公开的另一种实施例提供的机车全寿命周期的评估方法的流程图；

图3为本公开的一种实施例提供的基于现场数据统计的部件可靠性评估流程图；

图4为本公开的一种实施例提供的FMMEA流程图；

图5为本公开的一种实施例提供的基于加速试验数据的可靠性可靠寿命评估流程图；

图6为本公开的一种实施例提供的机车全寿命周期的优化方法的流程图；

图7为本公开的一种实施例提供的机车全寿命周期的优化系统的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本公开的实施例首先提供了一种机车全寿命周期的评估方法，如图1所示，该评估方法包括：

步骤S100、获取机车上目标部件的现场数据；

步骤S200、根据获取的现场数据进行目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据；

步骤S300、预设服役条件，根据可靠性评估数据与现场数据，确定满足服役条件的目标部件；

步骤S400、预设加速试验方案，对满足服役条件的目标部件，采用预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据；

步骤S500、根据加速试验数据确定目标部件的寿命周期。

本公开提供的机车全寿命周期的评估方法，适用于服役一定时间的交流电力机车全寿命周期评估，通过获取的现场数据进行目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据；根据可靠性评估数据与现场数据，确定满足服役条件的目标部件；对满足服役条件的目标部件采用预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据；根据加速试验数据确定目标部件的寿命周期，能够明确部件随运用时间/运用里程的变化规律，评估其长期运用后的可靠性，克服了单独使用运用数据或试验数据分析导致的不足，实现了对机车全寿命周期的评估，提升了机车后续服役的可靠性和安全性。

本公开提供的评估方法适用于服役一定时间的交流电力机车全寿命周期评估，如图2所示，确定评估产品或产品平台，识别关键系统及部件，制定抽样计划，进行数据采集，采集运用数据(批量数据)、定期检修数据(批量数据)和专项性能检测数据(小样本数据)，根据运用数据、定期检修数据和专项性能检测数据评价部件技术状态，判断其是否有继续服役的潜力，若没有继续服役的潜力，则更换该部件；若有继续服役的潜力，开展寿命评估，分析确定薄弱环节，开展加速试验，根据加速试验数据进行部件和机车寿命周期评估；还可进行包括设计、工艺和检修等方面优化措施制度。

下面，将对本公开提供的机车全寿命周期的评估方法中的各步骤进行详细的介绍。

在步骤S100中，获取机车上目标部件的现场数据。

具体地，机车上的目标部件可为影响交流电力机车寿命及安全的关键部件及系统。对电力机车部件实际使用中的运用故障数据、定期检修数据，以及不同检修阶段返厂件的专项性能试验数据等现场数据进行收集、整理和分析，保证使用数据的完整、正确。

具体包括：a)明确产品可靠性要求，包括可靠性参数和指标；b)明确产品的定义、组成、功能、任务剖面；c)明确产品的故障判据和故障统计原则；d)收集与整理部件运用故障数据、检修数据，并针对不同检修阶段返厂件的专项性能试验提出相应的抽样测试方案。

在步骤S200中，根据获取的现场数据进行目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据。

具体地，通过预设的评估方法，选取匹配的寿命分布模型；根据预设寿命分布模型，针对目标部件的现场数据进行可靠性评估，并输出部件可靠性指标的点估计和区间估计结果；根据点估计和区间估计结果，输出可靠性评估数据。

具体包括：a)根据数据情况选取适合的评估方法，通过AIC准则、BIC准则、KS检验、卡方检验等方法，从常用寿命分布模型(指数分布、威布尔分布以及对数正态分布)中选取最佳分布类型；b)利用确定的寿命分布类型，针对具有随机截尾特性的部件现场数据开展可靠性评估，给出部件可靠性指标的点估计和区间估计结果；c)对评估结果进行分析，并得出相应的结论和建议。

如图3所示，基于现场数据统计的部件可靠性评估流程包括：预设可靠性要求，进行系统定义和故障判据，数据收集与预处理(性能试验抽样测试方案)，选取示意的可靠性评估方法(常用分布包括指数分布，威布尔分布，对数正太分布；评估方法选择：AIC准则，BIC准则，KS检验，卡方检验)，选取后进行评估(参数估计方法，点估计与区间估计结果)，对评估结果进行分析，判断评估结果是否满足要求，若不满足，重新进行收据收集与预处理；若满足，则评估结束，输出评估报告。

在步骤S300中，预设服役条件，根据可靠性评估数据与现场数据，确定满足服役条件的目标部件。

具体地，根据目标部件的可靠性评估数据与现场数据，对目标部件进行故障模式、机理及影响分析；确定影响机车寿命的目标部件；对影响机车寿命的目标部件进行分析，确定满足服役条件的目标部件。

在步骤S400中，预设加速试验方案，对满足服役条件的目标部件，采用预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据。

具体地，预设加速试验方案包括：确定加速应力种类、应力数量和范围，分析确定目标部件的寿命敏感参数，设计合理的试验时间及测试间隔。

具体地，根据机车部件性能试验数据检测结果，运用故障数据、检修数据，以及机车研制和生产阶段的质量信息和出厂测试信息，开展部件故障模式、机理及影响分析(Failure Mode，Mechanism EffectsAnalysis，FMMEA)，确定影响机车寿命的薄弱环节，并对薄弱环节进行专项分析和研究，FMMEA流程详见图4：根据系统定义确定潜在故障模式，根据确定寿命周期载荷谱与潜在故障模式确定潜在故障原因，接着确定潜在故障机理，进行故障机理优先级确定，薄弱环节的主机理的去顶，薄弱环节的敏感载荷的确定。

对于具备继续服役条件的电力机车部件，采取加速试验的手段，对其寿命进行评估。具体工作包括：

a)FMMEA是研究产品的每个组成部分可能存在的故障机理及其故障模式并确定各个故障机理对产品其他组成部分和产品要求功能影响的一种分析方法。利用FMMEA确定部件的主机理、薄弱环节、对应的敏感载荷以及监测参数；b)根据部件的材料特性、使用环境及性能指标要求等，判定产品的加速应力种类和老化(或退化)特征参数，视情进行强化试验，确定部件能够承受的最高应力极限，并验证所施加的环境应力是否为影响产品参数变化的主环境应力，最终选择确定相应的加速试验方法；c)制定加速试验方案，确定加速应力种类、应力数量和范围，分析确定部件的寿命敏感参数，设计合理的试验时间及测试间隔，对部件或其薄弱环节进行加速试验。

在步骤S500中，根据加速试验数据确定目标部件的寿命周期。

具体地，根据加速试验数据，确定寿命分布模型；根据施加应力类型，匹配加速模型；根据匹配的加速模型，建立加速寿命模型；根据加速寿命模型，确定目标部件的寿命周期。

具体步骤如下：a)收集整理部件加速应力条件下的寿命试验数据，通过概率图和AIC准则等从常用寿命分布模型(指数分布、威布尔分布以及对数正态分布)中选用使用分布；b)进一步根据施加应力类型，选择合适的加速模型，建立加速寿命模型；通过极大似然估计方法评估模型参数；c)外推至正常应力水平，获得部件在正常应力水平下的可靠性分布，并且通过系统可靠性建模，验证部件的可靠性指标要求(寿命点估计值和寿命置信下限)。

具体地，基于加速试验数据的可靠性可靠寿命评估流程详见图5，确定加速试验的类型、根据主机理分析方法与加速试验的类型确定试验应力类型，根据强化试验工程经验与试验应力类型确定试验应力范围，根据故障行为模型与试验应力范围设计应力水平，根据均匀设计方法、正交设计方法及应力水平设计应力组合，根据应力组合确定试验样本数量，根据主力分析方法确定测试参数，根据测试参数与试验样本数量确定表征参数超差判据，接着确定测试间隔，试验截止条件和时间。

本公开的实施例还提供了一种机车寿命周期的优化方法，如图6所示，该优化方法包括：

步骤S100、获取机车上目标部件的现场数据；

步骤S200、根据获取的现场数据进行目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据；

步骤S300、预设服役条件，根据可靠性评估数据与现场数据，确定满足服役条件的目标部件；

步骤S400、预设加速试验方案，对满足服役条件的目标部件，采用预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据；

步骤S500、根据加速试验数据确定目标部件的寿命周期；

步骤S600、对寿命周期最短的目标部件，根据预设优化方案进行寿命优化。

本公开提供的机车全寿命周期的优化方法，适用于服役一定时间的交流电力机车全寿命周期评估，通过获取的现场数据进行目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据；根据可靠性评估数据与现场数据，确定满足服役条件的目标部件；对满足服役条件的目标部件采用预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据；根据加速试验数据确定目标部件的寿命周期，能够明确部件随运用时间/运用里程的变化规律，评估其长期运用后的可靠性，克服了单独使用运用数据或试验数据分析导致的不足，实现了对机车全寿命周期的评估，用以验证部件的可靠性指标要求，评价交流电力机车全寿命周期可靠性、关键部件寿命、费用等指标，对设计、工艺、检修提出优化措施。

具体地，预设优化方案包括：根据加速试验数据，确定寿命最短的目标部件；确定寿命最短的目标部件设计开发环节改进点，识别生产制造过程改进点，识别检修维护改进点，寿命周期费用评估；根据设计开发环节改进点、生产制造过程改进点、检修维护改进点与寿命周期费用进行寿命优化。其更多细节请参照上述关于机车全寿命周期的评价方法中的相关论述，在此不做赘述。

通过本公开提供的交流传动电力机车全寿命周期评价方法，能够对服役一定时间的交流电力机车，识别影响交流电力机车寿命及安全的系统及关键部件；电力机车部件实际使用中的批量数据采集，包括运用故障数据、定期检修数据；抽样不同检修阶段返厂部件N个，开展专项性能试验数据的采集及分析；基于现场数据统计的部件可靠性评估；开展电力机车部件故障模式、机理及影响分析(FMMEA)，确定影响部件寿命的薄弱环节和敏感应力类型；利用强化试验确定部件能够承受的最高应力极限，并验证主环境应力；对于具备继续服役条件的电力机车部件，制定加速试验方案，对部件或其薄弱环节进行加速试验；根据电力机车部件及其薄弱环节的加速试验数据，计算规定可靠度对应的寿命年限，关注寿命最短的部件，识别设计开发环节改进点；识别生产制造过程改进点；识别检修维护改进点；寿命周期费用评估。

本公开的实施例还提供了一种机车寿命周期的评估系统，如图7所示，该评估系统包括：数据获取模块910、可靠性评估模块920、部件选取模块930、加速试验模块940与寿命确定模块950。数据获取模块910被配置为获取机车上目标部件的现场数据；可靠性评估模块920与数据获取模块910连接，被配置为根据获取的现场数据进行目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据；部件选取模块930与数据获取模块910及可靠性评估模块920连接，被配置为根据可靠性评估数据与现场数据，确定满足预设服役条件的目标部件；加速试验模块940与部件选取模块930连接，被配置为对满足服役条件的目标部件，采用预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据；寿命确定模块950与加速试验模块940连接，被配置为根据加速试验数据确定目标部件的寿命周期。

具体地，评估系统还包括：寿命优化模块960。寿命优化模块960与寿命确定950模块连接，被配置为确定寿命周期最短的目标部件，并对寿命周期最短的目标部件根据预设优化方案进行寿命优化。其更多细节请参照上述关于机车全寿命周期的评价方法中的相关论述，在此不做赘述。

本公开提供的机车全寿命周期的优化系统，适用于服役一定时间的交流电力机车全寿命周期评估，通过获取的现场数据进行目标部件可靠性评估，并输出可靠性评估数据；根据可靠性评估数据与现场数据，确定满足服役条件的目标部件；对满足服役条件的目标部件采用预设加速试验方案进行加速试验，并输出加速试验数据；根据加速试验数据确定目标部件的寿命周期，能够明确部件随运用时间/运用里程的变化规律，评估其长期运用后的可靠性，克服了单独使用运用数据或试验数据分析导致的不足，实现了对机车全寿命周期的评估，用以验证部件的可靠性指标要求，评价交流电力机车全寿命周期可靠性、关键部件寿命、费用等指标，对设计、工艺、检修提出优化措施。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。