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铁路货车故障模式危害性分析方法
引言
风险优先法和危害性矩阵法是近年来常用的对危害性进行定量分析的方法.但是这种方法的应用尚且存在一定程度的局限性,但是这两种方法都无法解决故障分析过程中故障本身的模糊性与不确定性,并且对一些产品故障分析的积累尚显不足,因而难以积累有效的故障数据,因而无法对故障所产生的危害性进行直接分析.所以不同领域中的故障危害性分析中都采用了不同形式的模糊评判方法来对其故障危害性进行分析,这种方法可以将传统的对故障危害的定性分析转变为定量分析,可以从其中得到定量分析的结果,相对于定性的分析方法更加的准确,并且效果也相对较好.指标权重的确定是模糊综合评价方法是否有效的关键,各种因素权重的有效性会直接对评判的结果产生直接的影响.传统的专家评价方法容易受到专家个人主观因素的影响,造成评价的结果难以和现实情况相符,甚至很多时候得出的结论会背离现实情况,通过层次分析法建立故障危害性的层层影响因素并给予每层因素以确定的权重会使得真个指标权重体系更加的严谨、科学合理,能够在一定程度上消除由于人为主观因素造成的权重失当,确保权重的有效性.常规性危害分析方法以及模糊综合评价方法是货运列车故障危害性分析的常用的方法.虽然在数据充足的情况下采用上述两种模型均能够达到较好的效果,但是在缺乏关键数据的情况下得到的效果却不尽人意.本文综合采用了模糊综合分析与层次分析两种分析方法,首先通过模糊分析方法可以有效的解决故障形式多样以及故障的模糊不确定的问题,通过层次分析法建立故障危害性的层层影响因子模型,保障整个模型体系的科学性与客观性.
一、铁路货车故障模式危害性分析的模糊数学方法
1.模糊综合评价模型
模糊评价模型的建立首先要建立因素集合以及评价集合,可以将因素集合看作为影响故障危害性的各种因素所组成的集合,假设当前具有 n个影响因素,那么因素组成的集合可以表示成如下的形式：
评价集合是对象所可能产生的评价结果所组成的集合,假设可能的评判结果有 m个那么可以将评价的集合表示为：
接着需要构建指标权重集合,由于权重选取会直接影响到综合评判结果的准确性因而必须严格按照权重确定的流程与货运列车故障的实际来合理的选择权重,由于传统的德尔菲打分法以及调查法都存在着很强的主观性,不确定性较大,所以很多时候得出的结果会偏离基本的客观事实,并且难以采用定量的方法表示,非常容易造成结果失准,最终得到无实际意义的结果,而采用层次分析法可以在一定程度上解决该问题,采用层次分析法确定权重集合的过程如下：
首先构建判断矩阵,其中用来表示评价因素,假设评价因素为 n种,建立一个因素相对于其他因素的重要性参数,重要性参数的取值可以分为以下等级,如果二者同等重要,那么该数值取 1,如果前者比后者稍微重要那么该数值量化为 3,如果前者比后者明显重要那么该数值取值为 5,如果前者比后者重要程度强烈那么该数值取值为 7,如果前者比后者极端重要那么该数值取值为 9.然后计算判断矩阵的特征值以及其所对应的特征向量,得到最大的特征值及其所对应的最大的特征向量,通过对特征向量的归一化处理可以得到各个评价因素的重要性的排序,并且通过下列公式可以对上述等级划分进行一致性检验：
CI
CR ? n
CI ?
RI n?max1
其中 CR表示的是矩阵的随机一致性比率,CI表示的是矩阵的一致性指标,RI表示判断矩阵的平均随机一致性；如果其随机一致性比率小于
0.1那么可以认为判断矩阵的一致性较好,说明权重的分类较为恰当,否则直到最终满意的程度为止.由于采用层次分析法进行模糊综合评判的过程中,某层次的判断往往取决于对其下一层次的判断,本文采用的是两层二级的模糊综合评价方法来对上述因素进行综合分析.在本算法中采用的合成运算模型共有 4种,为了涉及到所有的评判因素以及单因素评判所涉及的信息,本文采用的算子包括乘法模型、加法模型等充分考虑到了各因素的影响以及单因素评判结果.单因素评判矩阵是通过对各个因素的分析的基础上建立起来的,其中所涉及的隶属函数可以采用专家评判法来确定.当然由于系统十分的复杂可以在系统进行模糊综合评判的基础上,对高一层次的系统进行相应的模糊评判.
2.危害程度
模糊评价模型的综合评判结果可以采用加权处理的方式,那么经过模糊综合处理之后所得到的最终的故障危害程度可以表示为权重数值与相应对应的危害乘机得到的综合故障评价的指标.
二、实证分析
本文采用数学模糊方法与层次分析法对货运列车所用到的车钩的故障模式的危害性进行了建模分析.车钩在运用过程中常见的故障包括钩舌裂纹、钩尾销孔出现裂纹以及钩舌磨损严重和钩尾销孔磨损严重以及三态作用问题,接下来利用数学模糊方法来建立因素集合以及因素等级集合.对车钩故障危害产生影响的主要因素包括故障发生的概率、故障的严酷度、故障的检测难易程度、故障的维修难以程度等可以将上述因素集合分为{故障发生概率的等级、严酷度等级、检测难度等级与维修难易程度等级},其中能够对车钩故障危害性产生影响的因素等级可以表示为：
表格 1影响车钩故障危害性因素及其等级
根据车钩各种故障危害程度的不同可以将评价集合定义为 5个不同的等级,其中各个级别具体的含义如下表所示：通过聘请专家来对故障的模式影响因素进行评价,进而得到故障危害程度的一级模糊评判矩阵,然后通过其中一种故障模式为例来建立评判矩阵模型,在对故障等级进行评判的过程中得到故障概率等级的单因素评判集合,然后依次构建其他故障类型的因素集合评判矩阵.根据表 1中的判断矩阵的重要程度来建立影响因素的判断矩阵,比如一钩舌裂纹为例,通过层次分析法计算得出各个影响因素的权重然后进行一致性检验所得到的结果如喜爱奥所示：
表格 3钩舌裂纹故障模式下影响因素权重
然后可以得到钩舌裂纹各种影响因素的权重数值,按照此方式可以依次计算钩尾销孔裂纹、钩舌磨损严重以及钩尾销孔磨损严重和三态作用不佳等各种故障模式下影响因素的各个权重.根据所得到的计算结果可以得到各种故障模式的危害程度由大到小依次分别为三态作用不佳、钩尾销孔裂纹、钩舌裂纹、钩舌磨损严重和钩尾销孔磨损严重.从上述故障的危害程度来看,车钩三态作用不佳故障发生的概率较小,但是由于其危害性是最大的因而故障的危害程度依然是最大的.钩尾销孔裂纹漆狐仙的概率小小并且其危害程度也较其他模式危害较小,但是其最为突出的问题是修复起来非常苦难,而使得其危害的程度相对较高.而钩舌的磨损和钩尾销孔磨损和其所使用的时间具有关系,而本文的研究对象车钩投入使用的时间较短,因而其发生故障的概率相对较低使得其危害程度相对较小,这与实际情况也是相符的,根据各自故障的危害性大小进行优先级排序,尽量采取有效的措施避免出现危害程度较高的故障模式,对于其他类型的故障也分别按照其危害程度大小采取相对应的预防措施,比如可以从设计、使用以及维修等方面来有效的减少甚至是避免三态作用不佳的现象.通过按照权重求和之后所得到的 5种不同故障模式的危害程度为 2.67,按照同样的方法可以对上一层次的故障的综合的危害程度进行计算,进而能够全面的对各种故障模式进行分析,并能够按照不同的危害程度得到不同的优先次序,找出其中危害性较大的部件来研究关键部件的可靠性,然后根据分析的结果提出相应的改进措施,最终可以为产品可靠性的提升提供关键性的指导性的意见.
结语
通过利用模糊综合评价方法对货运列车故障危害性的分析,这种模糊综合评价方法不仅考虑到了故障发生的概率以及故障的严峻程度还考虑到了故障的检修的难易程度以及故障维修的难以程度,而常规的对货运列车故障的分析方法是很难做到这一点的.本文还对此方法进行了分析与验证,通过对实际问题的分析将故障及其危害转化为定量分析的形式得到了最终的结果,并且不仅局限于此针对产品进行分析还能够找出影响产品可靠性的关键环节,可以为产品可靠性的提升提供可靠的切实可行的借鉴;层次分析法的采用能够综合各领域专家的知识进而为得到更为客观的综合的评价结果提供科学的分类依据,使得最终分析的结果更加的贴近故障危害的实际.
参考文献
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[2]张强,宋永增,郭晓龙,郑湘南.基于 FMECA的货车转向架侧架故障模式分析[J].铁道机车车辆. 2007(03)
[3]王华胜.模糊综合评价法在机车车辆故障分析中的应用[J].中国铁道科学.2000(04)
铁路货车论文范文结:
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