宋文彬， 傅雙波， 吳克明

（1.中國鐵路上海局集團有限公司 車輛部，上海 200071；2.中國鐵路上海局集團有限公司 科技和信息化部，上海 200071；3.中國鐵路上海局集團有限公司 上海動車段，上海 201812）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，高鐵在國民交通體系中發(fā)揮的作用越來越大，而動車組作為旅客運輸?shù)妮d運裝備，其健康狀態(tài)的良好是確保運輸任務順利完成的重中之重。近年來，我國動車組列車的設(shè)計制造能力越來越強，運維經(jīng)驗越加豐富，掌握的檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)體量巨大，各科研院所和運維單位對動車組全生命周期性能演化規(guī)律的研究也越發(fā)深入，中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）也在進一步積極推動動車組修程修制改革成果的廣泛應用和故障預測及健康管理（PHM）等先進技術(shù)的實施推廣［1-4］。然而，如何更全面、客觀、準確地評價動車組健康狀態(tài)卻是運維技術(shù)研究進一步深入后的技術(shù)關(guān)鍵點。目前，我國在動車組健康評估方面的研究主要集中在對個別關(guān)鍵系統(tǒng)或設(shè)備的健康狀態(tài)評估，通常為基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的部分對象狀態(tài)評估分析，針對各類參數(shù)指標擬合和權(quán)重計算的手段主要有層次分析、聚類分析、灰色關(guān)聯(lián)及神經(jīng)網(wǎng)絡等［5］，絕大多數(shù)研究更側(cè)重于對實時運用狀態(tài)的評估，研究中的數(shù)據(jù)和特征限值與實際存在偏差，成果轉(zhuǎn)化應用于實際生產(chǎn)的很少。也有部分人員從部件的機理模型出發(fā)，研究其全生命周期健康狀態(tài)的評估方法。

動車組屬大型復雜集成裝備，在現(xiàn)階段缺乏部件全品類機理模型研究的有效成果時，可基于已積累的大量運維檢測數(shù)據(jù)進行性能退化規(guī)律分析，以運維生產(chǎn)中的規(guī)程和技術(shù)指南為依據(jù)，建立部分壽命階段狀態(tài)評估的方法體系。因此，以動車組高級修狀態(tài)評估作為研究切入點，相比于運用狀態(tài)，高級修中獲取的參數(shù)指標數(shù)據(jù)更多、深度和廣度更好，更能準確客觀地反映設(shè)備健康狀態(tài)。動車組高級修階段的狀態(tài)評估對指導日常運維生產(chǎn)、修程修制改革評估、全生命周期性能與成本分析及自主維修體系標準的建立等工作具有重要意義。

1 健康評估元素選取原則

將參與健康評估的設(shè)備對象統(tǒng)稱為元素，將表征元素性能狀態(tài)的特征參數(shù)或計算結(jié)果統(tǒng)稱為指標。影響動車組健康狀態(tài)的因素很多，設(shè)備自身性能退化、維修方式、運用負荷、環(huán)境工況等，但無論何種因素，各類影響疊加并最終呈現(xiàn)在動車組裝備上所表現(xiàn)出來的都是各類元素的可觀測特征指標或以故障形式表現(xiàn)出來的狀態(tài)指標。在大型復雜裝備的狀態(tài)評估中，所選的評估元素和指標并不是越多越好，關(guān)鍵是要考慮評估對象的代表性，盡可能全面、客觀、準確地反映出高度系統(tǒng)化和集成化的動車組健康狀態(tài)的優(yōu)劣［6］。所選評估元素能覆蓋主要層級的關(guān)鍵設(shè)備，確保指標的完備性、獨立性、客觀性、靈敏性和一致性。在動車組高級修狀態(tài)評估時，選擇評估對象基于以下4 個原則：

（1）合規(guī)適用。根據(jù)動車組使用管理單位實施的檢修及運用規(guī)程規(guī)章和企業(yè)標準的要求，同時結(jié)合設(shè)計制造單位提供的維護指南等資料，合理選擇高級修各修程下的評估對象，確保健康評估結(jié)果在運維生產(chǎn)中的合規(guī)性和適用性。

（2）運用層面。評估對象能夠反映動車組日常運行工況中的客觀規(guī)律，包括設(shè)備重要度、性能退化特征、故障關(guān)聯(lián)性、可用性等。

（3）維修層面。評估元素或指標能夠在高級修修程中被定量或定性觀測、計算得到，在信息量上能足夠多地反映裝備自身性能狀態(tài)，包括現(xiàn)在及歷史的檢修記錄、測試記錄、故障記錄、同類設(shè)備質(zhì)量史等。

（4）數(shù)據(jù)層面。使用數(shù)據(jù)相關(guān)性分析工具，選取與元素性能衰退相關(guān)性最強的指標來表征健康狀態(tài)，常用的有協(xié)方差及協(xié)方差矩陣、相關(guān)系數(shù)、信息熵等［7］。

2 健康評估關(guān)鍵技術(shù)

2.1 健康評估準則定義

為更好地量化評估，首先定義元素健康值H，H∈［0，1］，H值越接近1 表示評估對象越健康，越接近0則表示劣化程度越高。為得到多變量耦合作用下的動車組系統(tǒng)健康評估準則，借鑒其他健康評估技術(shù)經(jīng)驗，結(jié)合動車組實際，將健康值分為4個等級［8］：

（1）健康：H∈（0.9，1］。說明元素特征指標總體遠離規(guī)程中的門限值或劣化值，性能表現(xiàn)好，可靠性和可用性好，能很好地執(zhí)行任務要求。

（2）良好：H∈（0.8，0.9］。說明元素部分特征指標開始遠離健康值，性能開始退化，總體性能表現(xiàn)達到一般或較好水平，能較好地執(zhí)行任務要求。

（3）堪用：H∈（0.6，0.8］。說明元素特征指標偏離較多，性能退化較明顯，故障率偏高，可執(zhí)行一般或強度較小任務，必須加強監(jiān)控，安排優(yōu)先或強化維修。

（4）故障：H∈［0，0.6］。說明元素總體性能已達不到合規(guī)要求，安全性和可靠性無法保證，無法執(zhí)行運用任務要求，必須立刻進入維修。

各評價等級區(qū)段的劃分決定了設(shè)備或系統(tǒng)極限安全使用的評估準則。考慮到動車組是一個大型復雜集成裝備，根據(jù)其使用工況特點，將故障和堪用等級的區(qū)間長度設(shè)置為健康和良好區(qū)間長度的4 倍，確保系統(tǒng)健康狀態(tài)評估結(jié)果的可靠性裕量。以上評價等級及區(qū)間限值等為初步定性給出，待累計的動車組評估數(shù)據(jù)足夠多時，可根據(jù)不同技術(shù)平臺、不同車型、不同壽命階段動車組的特點，進一步優(yōu)化調(diào)整評價等級細則。

2.2 功能邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系構(gòu)建

為客觀表述動車組各層級元素互相影響依賴的主要拓撲關(guān)系，便于后續(xù)評估模型化構(gòu)建和計算，以國鐵集團發(fā)布的《動車組系統(tǒng)功能分類》為基礎(chǔ)，兼顧健康評估的實用性需要，采用功能邏輯結(jié)構(gòu)框圖的形式將各評估元素以一定層次關(guān)系組織成樹狀結(jié)構(gòu)?？傮w分為7 個層級：參數(shù)級、組件級、設(shè)備級、功能組級、子系統(tǒng)級、系統(tǒng)級、整車級。根節(jié)點表示整車系統(tǒng)，葉節(jié)點表示評估對象無需再分支的元素，非葉節(jié)點是由其他子節(jié)點構(gòu)成的元素。葉節(jié)點是某系統(tǒng)中的最小評估層級，葉節(jié)點的上一級定義為最小維修層，即實施維修作業(yè)的最底層，可根據(jù)評估對象特點選擇任一層級作為最小維修層［9］。動車組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹采用串行、并行、串并混合3種典型模型：

（1）串行。若某一層級元素的下級構(gòu)成元素間功能互相依賴耦合，當1 個組成元素性能退化或功能缺失，則上級節(jié)點元素就無法正常工作。

（2）并行。若某一層級元素的下級構(gòu)成元素中有1 個或部分失效，則上級節(jié)點元素功能不受影響或部分喪失。

（3）串并行混合。若某一層級元素的下級構(gòu)成元素中，既有串行元素又有并行元素，則整體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為串并混合結(jié)構(gòu)。

2.3 葉節(jié)點元素健康評估

葉節(jié)點即最低評估層元素的健康值是各級元素健康評估的基礎(chǔ)，為選擇合適的方法計算葉節(jié)點健康值，可根據(jù)該元素是否換件更新、定量數(shù)據(jù)是否足量，將葉節(jié)點元素健康評估分為3種，即更新元素評估、參數(shù)指標評估、設(shè)備元素評估。

2.3.1 更新元素評估

針對本輪高級修中要統(tǒng)一換件更新的元素，其健康狀態(tài)全部為初始狀態(tài)，可按部件的歷史故障率、重要程度及安全裕度進行簡單等級劃分組合后，定性給其健康值賦予0.95～0.98范圍的值。

2.3.2 基于測試數(shù)據(jù)的參數(shù)指標評估

對于有足夠測量數(shù)據(jù)的評估對象，若設(shè)備性能退化或發(fā)生異常，必然有某項或多項表征指標的實際數(shù)值偏離正常值或區(qū)間。因此，將設(shè)備狀態(tài)評估中選取的特征參數(shù)測量值與期望的正常值或最佳值相比較的偏差程度定義為參數(shù)級指標的健康值，其取值范圍為［0，1］，參數(shù)測量值越接近期望的最佳值或區(qū)間，健康值越接近1，反之則越劣化。依據(jù)不同參數(shù)期望的最佳值不同，參數(shù)級指標健康值計算分為4類。高級修修竣動車組所有檢測指標一定是在規(guī)程范圍內(nèi)，因此不考慮測量值超出合規(guī)范圍的情況。

（1）測量值越大越好的指標，其健康值為：

式中：xi為參數(shù)測量值；xmax為參數(shù)在合規(guī)范圍內(nèi)最大值；xmin為參數(shù)在合規(guī)范圍內(nèi)的最小值。

（2）測量值越小越好的指標，其健康值為：

（3）測量值為某一中間值最佳時，其健康值為：

式中：xs為參數(shù)在合規(guī)范圍內(nèi)的最佳中間值。

（4）測量值在某一區(qū)間內(nèi)（xi∈［x1，x2］）最佳時，其健康值為：

式中：x1、x2分別為最佳取值區(qū)間的上下限值。

此外，考慮到高級修規(guī)程中定義的各檢修部件測量值的門限值區(qū)別于性能劣化至故障時的閾值，動車組在高級修階段內(nèi)做的所有功能測試和檢修測量值都必須達到規(guī)程要求的限度范圍內(nèi)，所有參數(shù)型特征指標只要測量值滿足規(guī)程要求即合格。因此，高級修修竣后的動車組各類參數(shù)指標健康值至少達到堪用等級。此特征是區(qū)別于設(shè)備實時運行工況下健康狀態(tài)評估的重要一點。

因此，可根據(jù)不同車型、壽命階段的動車組在高級修修竣后質(zhì)保期內(nèi)的健康狀態(tài)情況，在堪用等級區(qū)間內(nèi)選取Hb∈［0.6，0.8］作為基值，用于參數(shù)指標健康值計算修正，使得參數(shù)指標的健康值范圍映射在［Hb，1］的區(qū)間。以CRH380B 型動車組為例，取基值為0.65，換算公式為：

2.3.3 基于故障數(shù)據(jù)的設(shè)備元素評估

對于缺乏測量數(shù)據(jù)、本輪修程中不檢修或僅做簡單狀態(tài)檢查但同時又是動車組狀態(tài)評估中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備元素，可采取基于故障數(shù)據(jù)的評估方法。

（1）健康值退化模型。通常大型復雜裝備的失效分布符合指數(shù)分布規(guī)律，因此假設(shè)動車組集成度高的設(shè)備的健康值退化符合指數(shù)分布變化規(guī)律。引入目前廣泛應用于歐美地區(qū)設(shè)備狀態(tài)評估的老化健康值經(jīng)驗公式［10］。該公式由英國EA 公式根據(jù)設(shè)備老化遠離描述出設(shè)備健康值隨運行時間呈指數(shù)退化的規(guī)律，在變壓器、變流器等電力設(shè)備中應用很多。改進的健康值老化公式為：

式中：HVt為設(shè)備在t時刻的健康值；t為設(shè)備評估時的對應時間；HV0為設(shè)備在t0時刻的健康值；t0為設(shè)備初始投入運行時間；B為老化系數(shù)；HVs為設(shè)備退役時健康值，可取多列動車組同類設(shè)備退役時健康均值或根據(jù)健康等級合理取值；Td為預期壽命；TD為設(shè)備設(shè)計壽命；f1為安全系數(shù)（f1＞1），取值為1.1～1.3，依據(jù)設(shè)備重要度和同類設(shè)備歷史狀態(tài)統(tǒng)計得出；f2為負荷系數(shù)（f2＞1），取值為1.05～1.50，根據(jù)設(shè)備日常使用強度及環(huán)境工況綜合給出，如根據(jù)動車組日均走行公里與同車型平均值、規(guī)程允許最大值等數(shù)據(jù)綜合計算得出。

（2）計算元素故障概率。計算元素故障概率時，參與計算的動車組為某單位實際運用的該型全部動車組?？紤]不同故障模式在健康評估值中均有體現(xiàn)，因此計算元素故障率時肯定要考慮不同故障模式的嚴酷度影響，可依據(jù)嚴酷度等級進行量化修正換算后再參與計算。某元素i在最近2 次高級修間隔內(nèi)的故障發(fā)生概率Pi計算如下：

式中：λi為元素i的百萬公里故障率；Li為元素i所在動車組的最近2 次高級修間隔走行里程；mj為元素i的故障模式j發(fā)生數(shù)量；Ej為元素i的故障模式j的換算系數(shù)，依據(jù)嚴酷度等級計算而得；Mi為標準組中元素i的總數(shù)量；∑L為該型動車組參與統(tǒng)計的所有動車組累計走行里程。

（3）基于健康值的故障概率函數(shù)。元素故障概率越高，其健康值理應越低，反之則越高。為合理刻畫這種內(nèi)在聯(lián)系，假定設(shè)備故障概率與健康值之間符合指數(shù)函數(shù)規(guī)律［11］，描述如下：

式中：Pi為元素i的故障概率；K為比例系數(shù)；C為曲率系數(shù)；H為元素健康值。

故障發(fā)生概率與健康值關(guān)系函數(shù)示意見圖1。為利用式（11）計算評估元素的健康值，需確定函數(shù)中K和C值。通過計算抽樣樣本（某單位配屬動車組）中某評估元素一段時期內(nèi)的故障發(fā)生概率Pit和依據(jù)老化公式計算所得的健康值均值HVit，以及樣本動車組中該元素初始投入運用前3 個月的故障發(fā)生概率Pi3和老化公式計算所得的健康值HV3，即可計算得出該元素健康值函數(shù)中的K和C值。最后，將評估時刻該動車組某元素的最近2 次高級修間隔內(nèi)的故障概率值Pi代入式（11）即可計算得到相應的健康值。

圖1 故障發(fā)生概率與健康值關(guān)系函數(shù)示意圖

2.4 元素權(quán)重計算

在動車組健康評估中，各層級元素的權(quán)重計算十分重要。權(quán)重計算的方法較多，根據(jù)動車組高級修修竣狀態(tài)評估的特征指標健康值總體偏好、元素數(shù)量多、指標樣本量大等特點，采用主客觀相結(jié)合的靜態(tài)權(quán)重計算方法，即熵權(quán)法（EWM） 和模糊層次分析法（FAHP）。該2種權(quán)重計算方法是廣泛應用的數(shù)學工具，簡述其在動車組狀態(tài)評估中的應用。

對于測量參數(shù)指標多或元素數(shù)量多的對象，計算其權(quán)重時可優(yōu)先使用EWM，若技術(shù)人員對評估對象同層級元素的功能和作用有深刻了解和認知，可運用FAHP 計算得到第二組權(quán)重，最后運用矩估計理論進行權(quán)重組合［12］，計算如下：

式中：ωp、ωq分別為2 種權(quán)重法計算所得權(quán)重系數(shù)；aj、bj分別為指標權(quán)重ωp、ωq的相對重要程度，aj=ωpj/(ωpj+ωqj)、bj=ωqj/(ωpj+ωqj)。

2.5 評估模型和算法

計算各元素健康值時，首先計算葉節(jié)點元素健康值，再依據(jù)3種邏輯結(jié)構(gòu)模型擬合逐層逐級計算上級元素健康值，依次類推得出動車組整車健康值。

（1）并行結(jié)構(gòu)健康值計算。假設(shè)3個元素（A、B、C）構(gòu)成并行功能邏輯結(jié)構(gòu)（見圖2），則采用加權(quán)求和的方式計算其上級元素健康值：

圖2 3個元素并行功能邏輯結(jié)構(gòu)示例

式中：HA、HB、HC分別為3個元素對象的健康值；ωA、ωB、ωC分別為3個元素的權(quán)重系數(shù)。

（2）串行結(jié)構(gòu)健康值計算。假設(shè)3個元素（A、B、C）構(gòu)成串行功能邏輯結(jié)構(gòu)（見圖3），在計算串行結(jié)構(gòu)模型的健康指數(shù)時，借鑒可靠性計算的指數(shù)加權(quán)乘積形式，其上級元素健康值計算方式如下：

圖3 3個元素串行功能邏輯結(jié)構(gòu)示例

（3）串并行混合結(jié)構(gòu)健康值計算。實際應用中，設(shè)備或系統(tǒng)的功能邏輯層次結(jié)構(gòu)并不總是單純的并行或串行結(jié)構(gòu)，往往是某些層級元素間既有串行又有并行關(guān)系，甚至還有串并行混合結(jié)構(gòu)。參考文獻［13］所提方法計算串并行混合結(jié)構(gòu)健康值。

以CRH380B 型動車組1 車牽引子系統(tǒng)為例，其下屬元素為牽引變流器及其冷卻功能組和牽引電機及其冷卻功能組，從功能邏輯上分析，牽引變流器及其冷卻功能組（MMU A）屬串行元素，牽引電機及其冷卻功能組（MMU B）屬并行元素。為進一步推導上級元素健康值，需引入一個帶權(quán)重的無故障支路（MMU X），即可合理實現(xiàn)對串并行混合結(jié)構(gòu)的數(shù)學表達，1 串行1 并行的混合結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 1串行1并行混合結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)并行、串行結(jié)構(gòu)健康值的計算方法，考慮1 串行1并行混合結(jié)構(gòu)在總體上仍屬于串行結(jié)構(gòu)，由此可推導出混合結(jié)構(gòu)的健康值計算方式如下：

為進一步得到通用計算方法，設(shè)某元素下屬層級中包含m+n個元素，其中前m個元素符合并行結(jié)構(gòu)，后n個元素符合串行結(jié)構(gòu)，則可推導得到串并混合結(jié)構(gòu)健康值計算的通用公式如下：

3 健康狀態(tài)評估實例

3.1 評估元素選取

基于以上動車組高級修健康狀態(tài)評估方法，以CRH380B 型動車組為例進行實例計算，運用所提評估對象選取方法，共選取10 個系統(tǒng)、45 個子系統(tǒng)/功能組、180 多個設(shè)備、300 余項參數(shù)級特征指標作為狀態(tài)評估的組成元素。

限于篇幅，僅以CRH380B 型動車組的牽引電機及其冷卻功能組三級修修竣狀態(tài)評估為例，簡述主要步驟和結(jié)果。該功能組下屬2類設(shè)備：冷卻風機和牽引電機組成。冷卻風機由于缺乏足量測量數(shù)據(jù)，其最低評估層即為其自身。牽引電機組成按實際最小維修單元分解為電機定子、電機轉(zhuǎn)子、電力電纜、軸承和溫度檢測5 個組件。軸承為更新件，無參數(shù)級指標；其他4 類組件的參數(shù)級指標共12 個，為線纜單相屏蔽最大值、線纜相間屏蔽最大值、定子清洗后介質(zhì)損耗、UV間繞組阻值、VW 間繞組阻值、WU 間繞組阻值、繞組阻值不平衡度最大值、傳動端不平衡量、非傳動端不平衡量、傳動端軸溫度傳感器阻值、非傳動端軸溫度傳感器阻值、定子溫度傳感器阻值。

3.2 功能邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系構(gòu)建

對動車組評估元素各層級間的功能邏輯關(guān)系進行分析，按照3種功能邏輯結(jié)構(gòu)模型進行構(gòu)建（見圖5）。

圖5 CRH380型動車組牽引電機及其冷卻功能組功能邏輯結(jié)構(gòu)

3.3 葉節(jié)點元素健康值計算

3.3.1 參數(shù)指標健康值

CRH380B 型動車組共有16 個電機，全車共192 個參數(shù)指標，數(shù)據(jù)量過大，僅以1 車4 個電機的參數(shù)指標健康值為例（見表1）。

表1 所選CRH380B型動車組1車牽引電機參數(shù)指標健康值

3.3.2 組件級葉節(jié)點健康值

由于電機軸承為換件更換元素，根據(jù)其在CRH380B 型動車組上的歷史使用情況，給其新件健康狀態(tài)初始值定為0.970。

3.3.3 設(shè)備級葉節(jié)點健康值

由于牽引電機冷卻風機在三級修中僅為一般性狀態(tài)檢查，無其他深入檢修和足量測量參數(shù)。因此該設(shè)備在三級修狀態(tài)評估中采用基于故障數(shù)據(jù)的健康評估方法，運用老化健康值模型和健康值函數(shù)計算得出該車冷卻風機健康值為0.913。

3.4 元素權(quán)重計算

3.4.1 參數(shù)級元素權(quán)重

牽引電機參數(shù)指標和部件量都足夠多，計算元素權(quán)重時可用EWM方法［12］，結(jié)果見表2。

表2 電機各參數(shù)指標權(quán)重系數(shù)

3.4.2 組件級元素權(quán)重

采用FAHP方法計算組件級各元素的權(quán)重［13］。

（1）建立重要程度對比關(guān)系的模糊互補矩陣。對同一電機組件級的各元素進行兩兩重要程度比較，建立模糊互補矩陣R1：

（2）轉(zhuǎn)換并驗證模糊互補矩陣的一致性，方法如下：

式中：rij為元素i相對于元素j的重要度量化值，取值范圍0.1～0.9。

（3）根據(jù)模糊互補矩陣求取權(quán)重向量，方法如下：

式中：α為權(quán)重轉(zhuǎn)換系數(shù)，α≥(n- 1)/2；n為元素數(shù)量。本次計算取α最小值，計算得到權(quán)重向量Ω1=[0.25，0.25，0.2，0.2，0.1]。

3.4.3 設(shè)備級元素權(quán)重

牽引電機及其冷卻功能組層級中每個元素由6個下屬元素構(gòu)成，按照FAHP方法對元素進行兩兩比較，得到模糊一致矩陣R2：

同理，進一步計算得到6 個元素的權(quán)重向量為：Ω2=[0.193，0.193，0.113，0.193，0.193，0.113]。

3.5 非葉節(jié)點元素健康值計算

3.5.1 組件級元素健康值

按照健康值計算方法和功能邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系（見圖5），可逐級自下而上計算各元素健康值，4個非葉節(jié)點組件健康值見表4。

表4 組件級元素健康值

3.5.2 設(shè)備級元素健康值

同理，可計算出全列16 個電機健康值，特別注意的是計算時要將葉節(jié)點的軸承健康值納入，以1 車1 軸電機為例，計算公式為：

計算可得全列牽引電機健康值見表5。

表5 全列牽引電機健康值

3.5.3 功能組級元素健康值

每個功能組級的6個元素為串行結(jié)構(gòu)，將冷卻風機健康值納入，計算得到4個車的牽引電機及其冷卻功能組健康值為：1 車0.867 5、3 車0.908 3、6 車0.912 1、8 車0.899 0。

同理，由功能組級逐級向上，可得到子系統(tǒng)和系統(tǒng)級元素健康值。

3.6 健康評估結(jié)論

實例計算的該動車組牽引電機及其冷卻功能組設(shè)備已累計使用里程達320多萬km，4個動車的牽引電機及其冷卻功能組健康等級中，有2個處于健康級下限，2個處于良好級上限，結(jié)合本輪高級修前使用情況說明該車裝配的牽引電機及其冷卻功能組的整體健康狀態(tài)正處于降級發(fā)展趨勢。進一步對各元素健康值進行相關(guān)性分析等統(tǒng)計，得出其他低層級元素健康值有以下4點規(guī)律：

（1）頭尾車的牽引電機健康狀態(tài)普遍較中間車偏低，經(jīng)分析主要由頭尾車電機定子、電機轉(zhuǎn)子和溫度檢測組件的健康值相對偏低導致，反映在參數(shù)層則是由電機定子3個相間繞組阻值的健康值偏低引起。該點結(jié)論與歷史故障分布規(guī)律具有高度一致性。

（2）進一步分析發(fā)現(xiàn)，狀態(tài)突出的幾個電機的定子相間繞組阻值偏差較大，但阻值不平衡度的健康值很好，需結(jié)合電機機理特性對其進行深入研究。在日常運用中，需加強對頭尾車牽引電機狀態(tài)的檢測監(jiān)測。

（3）電機溫度檢測組件的健康值普遍較低，反映其總體性能退化較多，回溯該動車組距上次高級修以來的歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)溫度傳感器類部件故障率總體偏高，與評估結(jié)論高度一致。

（4）頭尾車電機轉(zhuǎn)子健康值較其他車偏低，特別是4軸電機，分析發(fā)現(xiàn)是該位置轉(zhuǎn)子的傳動端和非傳動端不平衡量健康值較其他偏低。根據(jù)電機轉(zhuǎn)子的工作機理，不平衡量偏大時會導致軸承激振力和離心慣性力偏大，進而加速軸承性能劣化和磨損。從數(shù)據(jù)層面看，此點結(jié)論與日常監(jiān)控到的電機軸承溫度發(fā)展趨勢和故障規(guī)律具有一致相關(guān)性，可由此針對該處部件性能退化機理原因展開進一步研究。

通過以上健康評估分析，應從高級修生產(chǎn)工藝和運維的問題和需求出發(fā)，對健康狀態(tài)退化較多和集中的部件與動車組，高級修作業(yè)時需強化部分檢修項點、優(yōu)化周轉(zhuǎn)件裝配關(guān)系，以提升整體指標健康度，確保設(shè)備整體性能均衡和配合最優(yōu)化，日常運用中還應對劣化明顯部件加強監(jiān)控并優(yōu)先安排檢修。

4 結(jié)束語

以現(xiàn)場適用性和合規(guī)性為導向，建立動車組高級修修竣后健康狀態(tài)評估的方法體系。給出一種動車組健康狀態(tài)評估的功能邏輯結(jié)構(gòu)模型，針對動車組高級修時不同部件檢修范圍和深度的差異性，提出不同種類部件健康評估的方法，特別是針對缺乏足量測量數(shù)據(jù)或不檢修部件的評估方法具備很好的適應性。最后通過實例對所提方法進行驗證，結(jié)果表明，該方法的評估結(jié)果更符合實際使用經(jīng)驗，評估結(jié)果與歷史狀態(tài)、運用工況和主觀認知具有高度一致性，具有一定的優(yōu)勢和有效性，對開展高級修動車組健康狀態(tài)評估及全生命周期健康評估工作具有一定參考意義。