前言

我国城市轨道交通发展起步于20世纪50年代，至今已发展了70余年，城市轨道交通因具有安全、快速、舒适、节能等特点而成为人们出行的主要方式。近年来，在国家政策的推动下，我国城市轨道交通取得了巨大发展。“十三五”时期，轨道交通研究与创新主题由设计建造转向轨道交通能力保持；“十四五”期间，全国范围内城市轨道交通行业的运营里程持续增加，轨道交通将进入以运营、经营为主的高质量发展阶段，相应地，提高车辆运营维护效率、降低成本及保证运营安全成为轨道交通行业研究的重点。但是，目前我国城市轨道交通设备主要采用将故障维修和定期维修结合的维修策略，存在设备可靠度低、维修成本高等问题。

事后维修的管理模式需要在故障出现时停机维修，不能及时发现故障、维修成本高。随着维修理论的不断发展，维修新模式、新理念不断涌现，维修策略也从被动的事后维修发展为积极的预防性维修，并进一步发展为消除故障根源的主动维修。地铁车辆、供电系统等的维修也应灵活运用多种维修策略，提高维修效益。剩余寿命预测是故障预测与健康管理技术的关键和核心研究内容，其可以为设备的健康状态评估和预测维护提供理论及技术支撑，不仅可以减少故障，还可以降低维修成本，最大限度地延长设备的使用寿命。此外，车辆是城市轨道交通建设和运营的核心设备，在车辆相关项目中，采购的备品备件是车辆合同货物的重要组成部分；在运营接管的项目中，备品备件去库存压力大，车辆的备品备件总费用越来越高。平衡备品备件供需矛盾，清备品备件运营库存，提高项目资金使用效率，是轨道交通运营公司的共同目标。因此，开展地铁车辆车门系统、牵引系统、制动系统、轮对及供电系统的可靠性分析、可靠性建模和维修策略优化研究，并对与城市轨道车辆轴承部件及备品备件相关的预测技术进行研究，可为进一步开展轨道交通可靠性评估工作提供基础理论支撑，为城市轨道交通运营管理提供重要支撑，为合理确定地铁车辆设备的维护计划提供理论支撑。

本书内容主要包括两个部分：第一部分为地铁车辆车门系统、牵引系统、制动系统、轮对及供电系统高压断路器的可靠性分析、可靠性建模和维修策略优化研究，主要包括车门系统可靠性分析与维修策略优化、基于Phase-type（PH）分布的系统可靠性分析、基于冲击理论的维修策略优化和基于混合故障率的断路器维修策略优化；第二部分为城市轨道车辆轴承部件剩余寿命预测及备品备件的需求预测技术研究，主要包括基于维纳过程考虑测量误差的两阶段剩余寿命预测、基于维纳过程考虑参数依赖的剩余寿命预测、基于机器学习的剩余寿命预测、基于分布拟合的备品备件需求预测和基于缺乏失效位置信息的数据的备品备件需求预测。这两个部分是作者所在课题组在该领域研究工作的系统总结和归纳。

北京交通大学的魏秀琨教授设计了本书结构并负责撰写本书的主要内容。管青鸾博士参与了本书第6～8章部分内容的写作，并审阅了全书。张慧贤博士参与了本书第4章部分内容的写作，并审阅了全书。

硕士研究生魏东华参与了本书第2、3章的研究工作，硕士研究生刘运超参与了本书第5章的研究工作，硕士研究生闫冬和翟小捷参与了本书第8章的研究工作，硕士研究生李江帅参与了本书第9、10章的研究工作。

本书得到了“十四五”国家重点研发计划“超大城市轨道交通智能维护关键技术与应用研究”（2020YFB1600704）课题和“中央高校基本科研业务费科技领军人才团队项目”（2022JBQY007）的资助。本书在撰写过程中，得到了北京交通大学的李江帅等同学的支持，对他们表示感谢，同时感谢北京地铁集团有限公司秦栋、查磊等同志对本书工作的支持，感谢北京交通大学的刘运超和李江帅同学在本书内容纠错方面所做的工作。

由于笔者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请读者不吝指教。

魏秀琨
2023年春