摘要：通過對機車車輛整車的可靠性指標進行探討，提出了MDBF、MDBFF和上線率作為機車車輛制造企業產品可
靠性指標的建議，為制造企業進壹步滿足用戶要求、開展產品可靠性的研究奠定基礎。
關鍵詞：機車車輛；可靠性指標；平均故障間隔距離；平均功能故障間隔距離；基本可靠性；任務可靠性
0引言
隨著我國國民經濟的快速發展，交通、物流與日俱
增。鐵路運輸擔負了全國貨運總量的70%和客運總量的
60%。作為承擔鐵路運輸的裝備———機車車輛運用的安
全準點，是保證鐵路運輸的關鍵因素之壹。因此要求機車
車輛具有很高的可靠性。最新的國際鐵路行業標準IRIS
更是明確提出了對RAMS（可靠性、可用性、可維護性和
安全性）的要求。因此提高產品的可靠性，已是鐵路裝備
制造企業參與國際競爭的關鍵因素。由於我國對機車車
輛整車可靠性的相關研究還處於初步階段，目前只能參
照其他系統的可靠性標準，憑經驗及大致的統計數據來
提出可靠性的要求，尚未建立成熟的可靠性指標和驗收
體系，使得機車車輛整車可靠性管理不盡人意。因此開展
機車車輛可靠性要求的研究，建立科學規範的機車車輛
可靠性指標和驗收體系對於機車車輛制造企業具有深刻
的意義。
由於機車車輛整車的可靠性指標及其驗證方法極為
復雜，本文僅對其可靠性指標的建立進行探討，並提出建
議。
1機車車輛整車可靠性指標現狀
目前從機車車輛整車的技術文件中可以看到，涉及
到的可靠性指標基本上為機破率、臨修率和碎修率。然
而，在具體使用機破率、臨修率和碎修率來考核機車車輛
整車的可靠性時將存在著壹些問題。
根據IEC60050（191）的定義，可靠性是“產品在規定
的條件下和規定的時間區間（t1，t）2內完成規定功能的能
力”，它的定量化指標———可靠度，就是“產品在規定的條
件下和規定的時間內完成規定的功能的概率”。因此，實
際上討論可靠性就是討論故障概率。機車車輛機破率，是
以在用機車車輛總運行公裏數除以從時間t=0至時間
t=t1的累計機破故障數量而得到的比率。機車車輛臨修
率，是以在用機車車輛總運行公裏數除以從時間t=0至
時間t=t1的累計機車非修程入庫檢修的故障數量而得到
的比率。機車車輛碎修率，是以在用機車車輛總運行公裏
數除以從時間t=0至時間t=t1的累計機車非修程不入庫
檢修的故障數量而得到的比率。這都是壹種累積故障概
率（F（）t）。
首先，由於這種累積故障概率考核的是所有在用的
特定機型的機車車輛，那麽在用的機車車輛的運行公裏
數的大小對累積故障概率的影響很大。運行公裏數越大，
累積故障概率越小。同時由於每壹臺（批）機車車輛投入
運用的時間不同，按照產品故障浴盆曲線的原理，出現的
故障類型和概率是不同的。而我們就特定時間統計所有
機車車輛的運用，就可能出現故障類型和概率的偏差。
其次，可靠性分為固有可靠性和使用可靠性，也可分
為基本可靠性和任務可靠性。機破率、臨修率和碎修率，
考核的是固有可靠性、基本可靠性，還是考核使用可靠
性、任務可靠性，必須加以說明，否則容易對可靠性產生
不同的理解，從而采取不同的可靠性保證方案。
第三，機破率的統計，以導致任壹列車晚點5 min（以
京廣線為例）的設備故障為機破故障。然而，在實際運行
中，當設備故障後，影響列車晚點的因素是多方面的，它
不僅與故障類型、系統的可維修性有關，還與司乘人員的
技術水平、產品設計的冗余等有密切關系。如：機車運行
途中矽機組因電容擊穿顯示主接地故障，司乘人員隔離
部分電機維持運行，正點到達，未造成機破，但實際上產
品出現了故障；有時，也可能因培訓不到位，司乘人員對
產品不熟悉，可能操作不當，使得列車晚點而導致機破，但產品本身卻未出現故障。
從上述分析可以看出，機破率、臨修率和碎修率難以
真實、全面的反映產品的可靠性，對推動制造企業提高產
品可靠性的作用有限。因此，有必要對機車車輛整車的可
靠性指標加以研究與探討。
2機車車輛整車可靠性指標
國際電工委員會（IEC）、歐洲標準（EN）均針對軌道
交通制定了可靠性要求，即IEC 62278、EN 50126、EN
50128、EN 50129等。但這些標準僅給出了軌道交通適用
的可靠性典型參數示例，不具有實際的操作指導意義。通
過對比IEEE有關標準和機車車輛實際運行經驗，在考慮
機車車輛整車可靠性指標時，建議使用平均功能故障間
隔距離（Mean Distance Between Functional Failure，
MDBFF）、平均故障間隔距離（Mean Distance Between Fail-
ure，MDBF）以及機車車輛上線率（On Line Service Rate）
三個指標來綜合衡量機車車輛整車的可靠性。
MDBF作為機車車輛整車基本可靠性的特征量，可
以反映出整車運用對維修人員、維修時間、維修費用、備
品備件需求的要求。壹個系統基本可靠度低，即使能夠滿
足任務可靠度的要求，也會導致系統維護成本高。或者說
通過設備冗余的保證，雖然能夠滿足任務可靠度，但其後
發生的維修成本也是不可忽視的，由此帶來的系統復雜
程度增加，系統基本可靠性也會降低。
從國際軌道交通裝備制造企業設立的質量指標來
看，有6項指標屬於MDBF要衡量的範圍。具體如下：
1）零公裏故障：產品到段尚未正式投入運用階段出
現的故障。
2）早期故障：產品投入運用至定義的最短修程階段
出現的故障。
3）運行故障：產品在正常運行中出現故障但能到達
目的地。
4）非定期檢修：不在規定的修程時間所進行入庫檢
修和不入庫檢修。
5）停機故障：產品在運行中突然停機，但因重聯或連
掛的原因能夠被牽引到達目的地。
6）使命故障：產品在運行中故障而不能到達目的地。
MDBFF作為機車車輛整車任務可靠性的特征量，可
以反映出整車在規定的時間段內或任務段內完成規定功
能的能力。這個特征量與我們現行通用的機破率有近似
之處，但量綱不同。作為制造企業，為了保證整車的任務
可靠，不得不在整車設計中考慮壹定的設備冗余，同時又
得兼顧系統的簡化，這是壹對矛盾。
MDBF和MDBFF兩項可靠性指標反映的是機車車
輛在承擔運輸任務過程中的質量狀況，它們均不能反映
機車車輛不承擔運輸任務時的質量狀況。有時，上線運行
的機車車輛質量狀況良好，沒有出現故障，但在段備用的
機車車輛質量狀況卻不佳，甚至不能上線運行。雖然
MDBF和MDBFF兩項可靠性指標能滿足要求，但備用機
車車輛的質量狀況卻無法滿足用戶的要求。因此，國際鐵
路行業引入了上線率這壹指標。機車車輛上線率的定義
是上線運行的機車車輛數與良好的備用機車車輛數之和
除以總機車車輛數。上線率指標客觀地反映了制造企業
的服務質量、產品的可維護性和可用性水平，也影響了用
戶運輸的可靠性，是用戶目前關註的焦點之壹。因此，機
車車輛整車上線率也應當作為可靠性的指標。
綜上所述，可以將MDBF作為基本可靠性指標，衡量
機車車輛整車對維修人員、維修時間、維修費用、備品備
件需求的要求。將MDBFF作為任務可靠性指標，衡量機
車車輛整車完成規定功能的能力。上線率作為整車可靠
性的關聯指標。
3 MDBF和MDBFF的測算
由於機車車輛是大型機電產品，不能簡單以電子零
部件或機械零部件來測算可靠性數據。雖然零部件本身
故障模式的種類並不多，但成為整機產品後，需考慮的因
素就比較多了，如各零部件所具有的故障模式的組合，由
於零部件的組合而組成的（不是來自零部件的故障）故障
模式的復合。因此從整機來看，形成大量近似函數的復
合，其形式變得復雜。
實際測算中，可以用威布爾概率紙測算故障概率直
線的斜率，以獲得形狀參數m來確定故障的性質（m=1，
偶然性故障；m>1，耗損性故障）。
用指數分布來概算故障率λs，系統的每個單元都服
從指數分布，則單元可靠度R（i）t=e-λit
系統可靠度R（st）=e-λ1te-λ2te-λ3t……e-λnt=e-λst
系統故障率λs=λi
平均故障間隔時間MTBF=1/λs
考慮到傳統上機車車輛故障是按照運行公裏數進行
統計，加之機車車輛在段備用的時間對平均故障間隔時
間將產生影響，因此建議采用平均無故障間隔距離
（MDBF）來代替平均故障間隔時間進行可靠性的概算，仍
然要統計1/λs。
以配屬三個機務段的某車型某年十月份的故障統
計，來測算該車的MDBF和MDBFF，可以看出其與機破、
臨修的差異，如表1和表2所示。通時，RC回路中的沖擊電流過大（為電容器最大工作電
流的2.55倍），使電容器加速老化，出現降級或損壞。電
阻的功率為最大工作功率的1.55倍，不能滿足電阻的工
作要求。
2）采用改造後參數（R=12.4Ω，C=18μF），在整流橋
90°開放，晶閘管導通時，電容的放電電流的峰值只為改
造前取值的1/3，電阻的功率也比改造前參數取值下降
100 W左右。晶閘管關斷時，電容器的放電電流峰值為改
造前的1/2，更好地改善了整流元件的工作條件。
3）改造後，在整流橋90°導通時，電容器的極限工
作電流值只為最大工作電流的1.2倍，電阻的極限工作
功率為最大工作功率的1.4倍。考慮到整流橋90°換向
為瞬時發熱，電阻有壹定的散熱時間，電阻出現燒損的可
能性較小。
4結語
2007年底在新鄉機務段和準格爾機務段，按照上述
改造方案各試改了5臺SS4改型機車，運行至今沒有再
次出現RC回路電阻和電容燒損擊穿問題。說明該改造
方案能解決SS4改型機車RC回路電阻和電容燒損擊穿
故障。並且該改造方案簡單，改造成本低，適合在其他SS4
改型機車進行批量改造。
參考文獻：
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