[发明专利]一种地铁车辆转向架多部件预防性维修决策优化模型

说明书

本发明公开了一种地铁车辆转向架多部件预防性维修决策优化模型，包括对转向架中多部件发生故障的概率采用基于可靠性的状态‑机会维修模式优化模型进行监测，对可修部件的故障率建立数学模型，并对该数学模型参数进行估算；建立可修部件日均维修花费最低作为目标函数的数学模型；采用智能算法对目标函数的数学模型进行优化搜索出最优值，再利用决策变量之间存在的相关性求解可修部件的可靠度阈值；采用蒙特卡洛模拟列车多部件维修策略，并获取和记录各列车部件的维修方式、维修数量、维修时间以及维修花费；本发明能够在满足列车部件运行可靠性的基础上提高列车利用率、降低维修成本，为地铁列车维修模型优化研究提供了参考与理论支持。

技术领域

本发明属于地铁车辆多部件预防性维修优化技术领域，尤其涉及一种地铁车辆转向架多部件预防性维修决策优化模型。

背景技术

城市轨道交通凭借着其方便快捷、安全舒适、效率高等优点吸引着世界各国的青睐，已成为这些现代化大都市的重要干线交通，不仅达到缓解交通压力，更是实现绿色出行。地铁列车的运行消耗大量的能量，因此，研究地铁列车节能优化具有重大意义。现有的研究存在的主要问题：(1)部分研究省略了一些复杂因素，譬如忽略在匀速阶段牵引力克服摩擦力的牵引能耗、忽略坡道与限速的影响；(2)一些研究仅考虑列车时刻表，而不考虑列车运行工况，或者只考虑运行工况而不考虑多车再生能利用。

城市轨道交通在城市交通中所占比例逐年增大，截止至2019年12月31 日，中国累计40座城市开通城市轨道交通，运营线路总里程共达6730.27 公里。城市轨道交通因其大容量、高频率、快捷、舒适以及准点率高的特点，成为大部分市民出行的首选交通工具。各城市地铁占公共交通出行量占比，从高到低依次：上海(60％)、广州(55％)、南京(53％)、北京(52％)等，南宁地铁占43％。随着经济的发展和城市人口的增长，城市轨道交通规模持续上涨，城市轨道交通运营列车数量增多、列车运载量加大以及列车运行环境复杂，因此对列车行驶可靠性要求也越来越高。据统计，地铁列车生命周期内的部件维护花费占地铁总运营投资成本的60％-70％，高额的列车维修成本增加运营单位的财政负担；为此，制定合理的维修周期，优化维修资源的分配不均等问题，能有效减少列车维修成本，提高列车利用率。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种地铁车辆转向架多部件预防性维修决策优化模型。本发明能够在满足列车部件运行可靠性的基础上提高列车利用率、降低维修成本，为地铁列车维修优化提供了参考与理论支持。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种地铁车辆转向架多部件预防性维修决策优化模型，所述维修决策优化模型包括以下步骤：

步骤S1：对转向架多部件发生故障的概率采用基于可靠性的状态-机会维修模式优化模型进行监测，以识别转向架多部件的故障类型，所述状态-机会维修模式优化模型包括优化故障小修模型、预防性维修模型和机会维修模型，其中，令可修部件的实时可靠性值为R，预防性维修可靠性阈值为R_p，机会维修可靠性阈值为R_o；

步骤S2：对转向架多部件中可修部件的故障率建立数学模型，并对该数学模型参数进行估算，从而实时判断可修部件的实时可靠性；

步骤S3：优化列车部件的维修模式以达到节约维修费用和停车维修时间为目的，建立可修部件日均维修花费最低为目标的数学模型；

步骤S4：采用量子遗传算法对目标函数的数学模型的求解过程进行优化搜索出最优值，再利用决策变量之间存在的相关性求解可修部件的可靠值；

步骤S5：采用蒙特卡洛模拟列车多部件维修策略，并获取和记录各部件集合的维修方式、维修数量、维修时间以及维修花费。

上述方案进一步优选的，步骤S2中，对所述可修部件的故障率建立数学模型服从威布尔比例风险模型，然后对威布尔比例风险模型参数进行估算，该威布尔比例风险模型具体如下：