基于复杂网络理论的高速列车牵引系统部件可靠性研究

研究 高速 列 车系统 的可靠 性 ，对 制定科 学 的高
１ ． １ 节点 介数
速列车维修策略、开展合理的养护维修作业和确保 高速 列 车安全 运 行 起 着 至 关重 要 的作 用 ［ １ ～ 一 。本 文
基 于复 杂 网络 可 靠 性 的相 关 理 论 和 方法 ｌ ３ ］ ，在 已 实证 高 速列 车部件 维修 关 系 网络 是一 个复 杂 网络［ ５ ］ 的基 础 上 ， 以 Ｃ ＲＨ。型 动 车 组 牵 引 系统 为 例 ，从
统 部件 间 的维修 关 系 ，定 义测 度部 件 的可靠性 就是 测 度部 件在 网络 中所 处位 置 的重要 性及其 部 件所构
节 点介 数 Ｒ （ ） 刻 画 了节 点 ｉ 在 整个 系 统 网络
中的重 要性 和影 响 力 ，是 一 个 极 其 重 要 的 全 局 参 量， Ｒ （ ） 越 大 ，反映 节点 ｉ 的工作 负 载越重 ，其 在 整个 系统 网络 中 的重要性 也越 大 。具 体到 高速 列车 牵 引系统 而 言 ，如 果 Ｒ （ ）越 大 ， 则 由于部 件 ｉ 的 故 障而导 致整 个牵 引系统 不 能正 常工 作 的风 险也越 大 ，亦 即对高 速列 车牵 引 系 统 可靠 性 的影 响越 大 。 根据 Ｒ 有 助 于筛 选 出 系统 中的关键 部 件 。
可靠 性 ，为 高 速 列 车 系 统 的 可 靠 性 研 究 提 供 新
思路。
问经 过节 点 ｉ ∈ Ｇ的最短 路径 数 ，
中任 意 ２ 个 部件 节 点 Ｓ 和ｔ 之 间 的最短 路径 总数 。
１ 基于高速列车部件维修关系 网络 的 部件 可靠性测度指标
借 鉴 复 杂 网络 可 靠 性 研 究 中 的 网 络 抗 毁 性 测 度［ 一 ｝ ，根 据 高速 列 车部 件 维 系 关 系 网 络 中牵 引 系
摘
要 ：在 已实证高速列 车部件维修关系 网络为复杂 关系 网络的基础 上 ，根据 复杂 网路 可靠性 理 沦，将 复
杂 网络的抗 毁性 测度指标 中的节点介数和节点凝聚度作为 分析 高速列车 系统部件 重要性 及其在 系统局 部 网络 中 连 通性 的指标 ，据此 筛选 出系统中的重要部件和冗余不足的部件 ，为深入研究高 速列车部件 可靠性提供 新思路 。 以Ｃ Ｒ Ｈ。型高速 动车组牵 引系统为例的实证表明 ，基于复杂 网络 可靠性 的计算 方法能够 正确筛 选 出系统 中的苇 要部件和冗余不足的部件 ，从而为后续 的系统可靠性设计和冗余设计提供科学依据 。
测度 ，连 通性 通过 节点凝 聚 度进行 测度 。
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ４ — １ ７ ；修订 日期 ：２ ０ ｔ ３ － １ １ 一 Ｏ ４
节 点凝 聚度 Ｒ （ Ｇ ）是 指 节 点 ｉ 与其 直 接相 连
的其他 节 点 所 构 成 局 部 网络 Ｇ 的 连 通 度 ，可 表
关键词 ：高速列车 ；维修关系 网络 ；复杂 网络 ；叮靠性 ；冗余度 ；节点介数 ；节点凝聚度
中 图 分 类 号 ：Ｕ２ ６ ０ ． ６ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２ ． ２ ０ １ ４ ． Ｏ １ ． １ ５
Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ ，２ ０ １ ４
基 于 复 杂 网络理 论 的 高速 列车 牵 引 系统 部件 可 靠性 研 究
宗 刚 ， 张 超 ，王 华胜 。
１ ０ ０ ０ ８ １ ） （ １ ．北京１ － 业大学 经济 与管理学 院，北京 １ ０ ０ １ ２ ４ ；２ ． 中国铁道科学研究 院 运输及经 济研 究所 ，北 京 １ ０ ０ ０ ８ １ ； ３ ． 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所 ，北京
示 为
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目 （ ７ １ ２ ６ １ ０ ２ ６ ） ；国家科技支撑计划项 目 （ ２ ０ １ ２ Ｂ Ａ Ｊ １ １ １ ３ ０ ０ ） 作者简介 ：宗 刚 （ １ ９ ５ ７ ） ，男 ，江苏常熟人 ，教授 ，博 士生 导师。 国铁道科
学
［
［
１ ． ２ 节 点凝 聚度
成 局部 网络 的连 通性 ＿ ｇ 。 。其 中 的连 通性 测 度 是 围 绕 该部 件构 成 的局部 系统 网络 在非 正常情 况 下正 常 运转 的能 力 ，实质 上属 于可靠 性工 程研 究 中的有 效 冗余 度测 度范 畴 。部件 的重 要性采 用节 点介 数进 行
［
第 ３ ５卷
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２ ． ２ 可 靠性 测算
技 术或 成本 上 的原 因实现 困难 时 ，则 应通 过冗 余设 计 提高 部件 的有 效冗余 度 ，从 而达 到系统 可靠 性要
求 ；另 外 ，对于 重要性 高 的部件 ，应 当给予更 多 的
系统 部 件 的重要性 和连 通性 两方 面分 析 系统部 件 的
节 点介 数 Ｒ （ ）是指 网络 Ｇ 中经 过节 点 ｉ的最 短 路径 数 占最短 路径 总数 的 比例 ，可表示 为
Ｎ （ ）
式 中：
Ｎ （ ） 为 网络 Ｇ中任意 ２ 个节点 ｓ 和ｔ 之 』 ＼ 『 为 网络 Ｇ
视建立的 Ｃ ＲＨ。型动 车组 牵 引 系 统 部 件 维 修 关 系 网络 为一 无 向 图 ，按照 式 （ １ ） 和式 （ ２ ）计 算 其Ｒ ｒ （ ） 和Ｒ Ⅱ （ Ｇ ） ， 计算 结果 见表 １ 。
第３ ５ 卷， 第１ 期 ２ ０ ｌ ４年 １月
文章 编 号 ：ｉ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ４ ）０ １ — ０ ０ ９ ４ — ０ ４
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ ＮＡ ＲＡＩ Ｉ Ｗ ＡＹ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ
Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎｏ ． １