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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。随着城市轨道交通的快速发展和地铁车辆的不断增多，中国已经成为世界最大的城市轨道交通市场。地铁作为城市的主要运输工具之一，在全国各地建设迅速，过去的五年，是中国城市轨道交通高速发展的五年，也是从高速发展转向高质量发展，从城轨大国建设步入城轨强国建设的关键阶段。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出，新增城际铁路和市域（郊）铁路运营里程3000公里，基本建成京津冀、长三角、粤港澳大湾区轨道交通网。新增城市轨道交通运营里程3000公里。
当前，运营的线路不断增多和总里程逐年增加，特大型城市轨道交通的网络化趋势越来越明显，网络化运营方式不断走向成熟。中国城市轨道交通协会发布的数据显示，截至2022年12月31日，共有55个城市投运城市轨道交通线路，总里程达到10291.95km，其中地铁为8012.85km，占77.85％ [1] 。今后，我国的城市轨道交通将进入以运营、经营为主的高质量发展阶段，对轨道交通的车辆安全和维护水平提出了更高要求。
地铁车辆在运营中出现故障，轻则导致车辆晚点，重则引发事故，带来经济损失，甚至引发人员伤亡。例如，2009年美国华盛顿地铁红线托滕堡站附近发生车辆相撞事故，导致9人死亡，80人受伤，事故的起因是信号设备故障 [2] 。轨道交通设备复杂度的日益提高增大了检修人员的工作量，为车辆可靠性和可用性的保障工作带来巨大挑战 [3] 。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，该策略存在设备可靠度低、维修成本高等问题 [4] ，定期维修策略仍是当前国内各地铁运营企业采用的主流策略，该策略难以适应现阶段地铁车辆的检修需要。预防性维修是根据对设备的历史故障数据分析，发现其故障规律并进行故障预测，进而制订维修计划的维修策略，能够保证设备稳定运行、降低事故发生率。故障预测与健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）是智能化设备检测维护体系的重要组成部分，其在城市轨道领域的应用与实现是车辆智能运维的关键环节，是将预防性维修转化为预测性维修的重要手段。因此，在保证地铁车辆安全稳定运行的前提下，研究能够优化设备的有效工作时间、检测成本、剩余寿命等指标，进而提高车辆运营维护效率、降低成本及保证运营安全的维修策略势在必行。
本书主要针对地铁车辆与供电系统预测性维修策略优化问题，考虑车门系统、轮对、供电系统、轴承和车辆备品备件等研究对象，采用数学建模、数据综合分析、仿真分析等方法，建立地铁车辆与供电系统预测性维修策略优化模型，并结合可靠性分析理论、PHM技术、剩余寿命预测方法和备品备件需求预测方法，形成地铁车辆与供电系统预测性维修策略优化方法，对于攻克超大城市轨道交通网络集约维护新模式理论研究难题，提升我国轨道交通维护水平，具有极大的社会和经济意义。