高速动车组制动系统时变多状态失效建模理论及解析方法

高速动车组制动系统是融机-电-气-磁-信息等为一体的时变多状态复杂系统，其失效可导致列车发生重大事故。制动系统内部要素、结构关系、外部属性及环境具有特殊性和不确定性，对其进行失效建模分析是国际上研究的难点。现有失效建模方法存在模型匹配困难、难以验证、不能有效应对故障发生的随机性和演变的不确定性等缺点。本项目在确定高速动车组制动系统失效度、危害度、安全等级的基础上，对共因失效、级联失效、各子系统内部及相互间的失效关联性和失效恢复进行研究，提出GO-SS理论；在极小样本的试验和现场数据中挖掘失效特征量，建立混合推理的系统化高速动车组制动系统失效理论模型，寻求其快速解析算法，析取安全置信度及演变趋势，揭示失效级联度以及制动系统单元部件及子系统失效特性。本项目成果可为中国高速列车的安全运营提供理论支撑，为高速动车组制动系统设计及RCM维修管理体系的建立提供科学依据，具有较强的现实意义和理论价值。

高速动车组制动系统是由机-电-磁-信息等为一体的时变多状态复杂系统，其失效特点与列车的安全息息相关。制动系统逐级分为系统、子系统、零部件，由于其内部要素、结构关系以及环境因素的不确定性，造成了其失效模式的复杂。课题组为解决其模型匹配困难、难以验证、不能有效应对故障发生的随机性和演变的问题，研究了面向复杂机电系统的失效建模方法，提出了GO-SS理论，改善了极小样本试验的可靠性评估问题，建立混合推理的系统化高速动车组制动系统失效理论模型。同时，为解决复杂系统失效模型解析困难的问题，课题组开发了面向GO-SS理论的安全性定量常规计算方法、Lasmbda-Tau（λ－τ）计算法，研究了解决高维非解析积分的混合马尔科夫链蒙特卡洛算法，提高了GO-SS模型的计算效率。本课题研究的内容析取了高速动车组制动系统的安全置信度及演变趋势，揭示了其失效级联度以及制动系统单元部件及子系统失效特性，可为中国高速列车的安全运营提供理论支撑，为高速动车组制动系统设计及RCM维修管理体系的建立提供科学依据，具有较强的现实意义和理论价值。