轨道车辆设备作为典型的机械设备，在运用过程中明显表现出多级性能状态，即设备的性能随运行时间的累积逐级劣化，从完美工作到完全失效要经历许多中间状态。显然，认为设备仅存在“正常”和“故障”两种状态的二值状态理论并不能完整地描述车辆设备的劣化失效规律。而基于多状态理论对车辆设备可靠性及维修策略的研究，更加贴合设备实际工况，具有工程意义。据此，本文对轨道车辆系统中的多状态设备进行研究。具体内容如下:
　　(1)针对车辆设备表现出的多级性能状态，综合考虑设备劣化、检测以及维修过程，基于马尔可夫理论和补充变量法建立设备状态转移模型，列出状态概率方程，利用Laplace变换求解方程并给出设备稳态可靠性指标，以日均维修费用为优化目标得到了设备的最优维修开端和最优检测周期;最终以北京铁路局丰城-沙城-大同路段HXD2型电力机车车轮的轮缘磨耗过程为实例，对模型进行了验算，得到了车轮的最优检测周期以及最优镟修开端。
　　(2)基于单个部件多状态模型的研究，进一步研究了两部件串联系统的多状态转移模型。构建串联系统状态转移模型，给出了系统的日均维修费用函数表达式;最后以武汉地铁4号线列车轮轴系统为算例对模型的正确性进行验证，给出了轮轴系统日均维修费用最小时的检测周期以及预防性维修开端。
　　(3)基于系统性能多状态理论，进一步考虑了系统内不同性能状态下尺寸类故障模式的级联效应。建立状态转移模型，利用数值方法对模型进行求解;最终以北京地铁4号线列车转向架系统作为具体研究对象，利用模型得到了级联效应下转向架系统尺寸类故障模式在各状态下的动态变化规律，从而指导转向架尺寸类故障模式维修策略的制定。