列控車載設(shè)備故障分析及維修技術(shù)改進

肖家英

摘 要:高速鐵路列車運行控制系統(tǒng)(簡稱列控系統(tǒng)),是保障行車安全、提高運輸效率的安全苛求系統(tǒng)。因此對列控車載設(shè)備建立完善的維修維護技術(shù)具有重要意義。本文是在分析高鐵列控車載設(shè)備的故障原因的基礎(chǔ)上,提出了現(xiàn)行維修過程中的不足,并最終提出了一系列涉及維護維修技術(shù)的改進措施。

關(guān)鍵詞:列控維修分析改進

中圖分類號:TP273 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0100-02

在我國客運專線、高速鐵路建設(shè)中,列控車載設(shè)備占據(jù)著十分關(guān)鍵的地位。健全的設(shè)備維修體系,可以及時檢查、排除故障,最大限度的降低經(jīng)濟損失,避免造成嚴(yán)重的社會不良影響。

目前,在車載列控設(shè)備的維修維護規(guī)范方面,我國鐵路部門實行的規(guī)范多為臨時性的,體制問題尚未根本解決。特別是在維修制度方面,統(tǒng)一的、一刀切的定期維修方式多被采用,列控設(shè)備的實際運行情況未被考慮其中,這必將導(dǎo)致一些狀態(tài)良好的設(shè)備出現(xiàn)故障或潛在的故障,進而影響設(shè)備原有的可靠性的恢復(fù),以及使設(shè)備的故障隱患和故障率大為增加。此外,為了減少不必要的檢修造成的列控車載設(shè)備被迫下道的情況出現(xiàn),因此,對我國目前列控車載設(shè)備的維修方式做詳細分析和改進日益成為不可忽視的問題。

1列控車載設(shè)備故障分析

列控車載設(shè)備主要由安全計算機(VC)、應(yīng)答器信息接收模塊(BTM)、軌道電路信息接收模塊(STM)、速度傳感器、列車接口單元(TIU)、人機界面(DMI)、運行記錄單元(DRU)、軌道電路信息接收天線、應(yīng)答器信息接收天線等部件組成,如圖1所示為CTCS-2級列控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。車載設(shè)備通過通信信道將地面?zhèn)鱽淼男盘栠M行處理,形成列車速度控制數(shù)據(jù)及列車制動模式,監(jiān)督和控制列車安全運行,因此對列車車載設(shè)備進行故障分析及診斷就顯的尤為重要。

在實際運用中,由于運行環(huán)境的復(fù)雜多樣,列控設(shè)備遇到的故障也是層出不窮,所以根據(jù)列控車載設(shè)備的機械和電器特性的不同,按照引起故障的原因?qū)⑦@些設(shè)備分為以下三類。

(1)機械類設(shè)備,包括軌道電路信息接受天線、應(yīng)答器接受信息天線、速度傳感器的保護鋼套和連接電纜等,它們的故障通常是由于腐蝕、磨損、蠕變和疲勞損傷等引起的。(2)電路板類設(shè)備,包括VC內(nèi)部的主板和集成電路、STM和BTM的內(nèi)部電路板、各類傳感器中的電子元件和傳感線圈、TIU和DRU內(nèi)部的電子元件等。它們的故障通常是由電子元件的各種邏輯故障和非邏輯故障引起的。(3)軟件設(shè)備,主要是指安全計算機內(nèi)的相關(guān)軟件系統(tǒng),其故障通常是由列控系統(tǒng)軟件缺陷引起的。

下面就根據(jù)實際運用中發(fā)現(xiàn)的故障情況分別分析各類設(shè)備的故障原因。

1.1 機械類故障

腐蝕、磨損、老化、疲勞、蠕變等外在原因常常使設(shè)備偏離其設(shè)計狀態(tài)并最終喪失部分或全部功能,這些外在原因也可以說是造成機械類設(shè)備故障的主要原因。如,設(shè)備的磨損是逐步產(chǎn)生的,設(shè)備的性能也是逐漸惡化的,結(jié)構(gòu)參數(shù)也是緩慢變化的,所以在實際使用中不容易被發(fā)現(xiàn)。使用時間的延長會加劇設(shè)備性能惡化的程度,加之機械性故障具有潛在性、不可逆性、不確定性、復(fù)雜性以及發(fā)展性的特點,這些都會再在無形中對列控車載設(shè)備的安全、可靠方面增添不利因素。雖然通過潤滑、調(diào)整、清潔等方法可以減緩或消除部分故障的發(fā)展,但此時設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)和故障的判斷的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)生了變化,維修不能使設(shè)備的性能恢復(fù)到出廠時的良好狀態(tài)。

1.2 電路板級故障

通常來說,設(shè)備自身不完善的設(shè)計或物理原因是造成電路板故障的主要原因。在很大程度上,亞穩(wěn)觸發(fā)或競爭冒險等問題是由不完善的設(shè)計所造成的。盡管大部分設(shè)計故障在印制電路板的設(shè)計階段就能通過邏輯驗證來消除,但不能完全排除某些設(shè)計故障進入生產(chǎn)階段。物理原因造成的故障,多是由于電路板的物理結(jié)構(gòu)或者電子元器件的電氣性能參數(shù)改變引起的,包括由制造環(huán)節(jié)引入的物理故障(例如元器件安裝錯誤、焊接不當(dāng)造成的地線、信號線、電源線的開路或短路等)和外界環(huán)境造成的物理故障(例如擱置時間過長、溫度變化劇烈、大幅度振動、強光、電、輻射干擾等產(chǎn)生的故障)。

1.3 列控軟件故障

列控軟件的故障或錯誤通常是由于軟件研發(fā)過程中程序結(jié)構(gòu)錯誤(程序控制順序有誤)、軟件實現(xiàn)和編碼錯誤(編碼錯誤、語法錯誤、與編碼標(biāo)準(zhǔn)不符、程序邏輯不當(dāng)?shù)?、軟件模塊間的集成錯誤(程序的對內(nèi)對外接口定義有誤、程序各模塊間的數(shù)據(jù)交換和時間配合不協(xié)調(diào)等)、軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)錯誤(操作系統(tǒng)調(diào)用錯誤或引用環(huán)境錯誤)和測試定義與測試執(zhí)行錯誤(測試方案錯誤、測試用例不典型)等導(dǎo)致的一些疏忽性錯誤、實際運行錯誤、清晰(或模糊)錯誤、速度錯誤和能力錯誤。

列控軟件在使用過程中會碰到各種類型的軟件故障,這些故障的靈活性都很強。

2列控車載設(shè)備的維修技術(shù)改進

目前我國高鐵列控系統(tǒng)的維修制度都是按照設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的修程修制定期對設(shè)備進行檢修,但遵循這種統(tǒng)一的方式去檢修顯然存在一些弊端。

(1)未能充分考慮到各設(shè)備的實際健康狀況。造成多數(shù)設(shè)備維修過剩,少數(shù)設(shè)備維修不足,這樣既增加了不必要的工作量,也可能會增加設(shè)備的潛在故障。(2)鐵路運用所缺乏維修能力。目前我國運用所只能進行最基本的一級出入庫檢修和二級月檢修,三級修及以上級別的檢修維護都要交給設(shè)備生產(chǎn)廠家進行檢修。(3)不能對列控車載設(shè)備的運行狀態(tài)進行全面監(jiān)測。目前的檢測系統(tǒng)僅能獲得少量的實時檢測數(shù)據(jù),對列控車載設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測力度明顯不足。(4)列控軟件在交付使用后,因開發(fā)測試時的不徹底、不完全性,會有部分隱藏的錯誤遺留到運行階段,造成巨大的安全隱患。同時軟件在使用過程中,不能隨著其外部環(huán)境(如硬、軟件配置等)、數(shù)據(jù)環(huán)境(數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)等)的變化進行相應(yīng)的升級更新。

通過上述四點可知,我國鐵路需在當(dāng)前列控設(shè)備維修維護方式的基礎(chǔ)上對當(dāng)前的維修維護方式進行改進,使修程修制更科學(xué),更合理。通過對國外高速鐵路列控設(shè)備維修技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)和航空航天、軍事等領(lǐng)域等先進裝備維修技術(shù)的研究,吸收先進的、成熟的方法和技術(shù),在此基礎(chǔ)上提出列控車載設(shè)備的一系列維修技術(shù)改進措施。

2.1 機械類設(shè)備維修技術(shù)改進

列控車載系統(tǒng)機械類設(shè)備維護技術(shù)應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)代先進的維修技術(shù),將表面工程技術(shù)引入列控設(shè)備維修領(lǐng)域,最大限度的保持和恢復(fù)設(shè)備良好工作狀態(tài),實現(xiàn)設(shè)備維修的快速化、自動化和智能化。

（1)納米固體潤滑干膜技術(shù)。

該技術(shù)是在固體潤滑干膜中添加潤滑和抗磨作用的納米粒子,能夠在常規(guī)油脂不宜使用的特殊環(huán)境下實現(xiàn)有效潤滑,改善固體潤滑干膜的耐磨和潤滑性能。該技術(shù)最顯著的優(yōu)點就是不需要改變部件尺寸就可以用到幾乎所有摩擦部件上,具有良好的減磨、耐磨和防腐性能。

(2)高速電弧噴涂技術(shù)。

該技術(shù)采用多種噴涂材料(如防滑涂層、防腐涂層、耐磨涂層等),以電弧為熱源,快速修復(fù)和強化磨損零部件。其主要用于損傷表面涂層的制備,裝備結(jié)構(gòu)件的防腐、防滑、電磁屏蔽等。

(3)劃傷快速填補技術(shù)。

該技術(shù)是利用專用材料和微區(qū)脈沖點焊設(shè)備等對列控車載設(shè)備零部件的損傷部件進行快速修復(fù)。該技術(shù)能對特型表面棱邊損傷、溝槽和非均勻磨損等進行快速修復(fù)。

(4)耐磨修補技術(shù)。

該技術(shù)可以對列控車載設(shè)備零部件的腐蝕、劃傷、磨損等進行快速修復(fù)。這項技術(shù)采用的金屬修補劑是以金屬、陶瓷材料、合金、減磨材料等作為增強材料的聚合物復(fù)合材料,這些材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、摩擦學(xué)性能和機械性能,固化后可進行各類機械加工,能夠用于修復(fù)摩擦磨損情況下的設(shè)備和零部件,耐磨性是一般金屬的2～8倍,而且可以任意成型。

除此之外,還有結(jié)構(gòu)貼片修復(fù)技術(shù)、納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)、納米減磨與原位動態(tài)自修復(fù)技術(shù)等,根據(jù)列控車載設(shè)備的具體性能指標(biāo)、使用情況和經(jīng)濟成本等綜合考慮選用其中的一種或多種技術(shù),提高列控車載設(shè)備的安全性、可靠性,維修的高效性、準(zhǔn)確性。

2.2 電子類設(shè)備的維修技術(shù)改進

高鐵列控車載設(shè)備中的電子設(shè)備通常是由成百上千個元器件組成,對故障的排除采用逐個檢查元器件的方法顯然是行不通的,因此必須提出一種可行的電子設(shè)備故障檢測技術(shù)或方法。由于電子類設(shè)備的故障種類繁多,有些故障僅從表面觀察就能夠發(fā)現(xiàn)原因,有些故障需要多次檢查才能發(fā)現(xiàn)原因,而有些故障需要借助專門的檢測儀器儀表才能發(fā)現(xiàn),為此需要開發(fā)出專門的維護測試分析儀。

維護測試分析儀應(yīng)能實現(xiàn)設(shè)備的各項性能檢測,包括檢測電路板的安裝故障和連接故障檢測,以及設(shè)計故障和元器件故障檢測等,包括在線功能測試,電容感應(yīng)式測試,紅外焊點檢查,針床式在線測試,光學(xué)成像檢測等設(shè)備,將電子設(shè)備中的設(shè)計錯誤、元件失效、安裝錯誤以及接線的開路短路等故障如實反映,同時對電路板的故障分布能進行統(tǒng)計匯總。

電路板的制造缺陷是導(dǎo)致其故障的主要原因,而維護測試分析儀可以直接描述其故障特征,給故障的定位帶來了方便,也為鐵路相關(guān)人員的分析和統(tǒng)計各種故障的原因和數(shù)量提供方便。利用這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以方便的估計電路板的各種故障分布,為電路板檢測策略和制度的優(yōu)化提供依據(jù),便于電路板維修。表1列出了維護測試分析儀實現(xiàn)的部分檢測內(nèi)容。

采用維護測試分析儀可以實現(xiàn)對于電子設(shè)備的故障分析排除,而對電子設(shè)備的維護還可采用電子設(shè)備快速清洗技術(shù)。它可以對設(shè)備進行不拆卸清洗,僅用噴霧清洗劑(該噴劑能提導(dǎo)電部位的導(dǎo)電性和絕緣部位的絕緣性)就能完成電子設(shè)備保養(yǎng),非常適合電子設(shè)備的現(xiàn)場維修保養(yǎng)。該技術(shù)能夠?qū)﹄娮釉O(shè)備在帶電狀態(tài)下進行原位清洗,操作方便簡單、快捷高效,在緊急狀態(tài)下能發(fā)揮重要作用。

除此之外,還可以結(jié)合常用的直接觀察法、測量電壓法、信號注入法和替換比較法實現(xiàn)電子設(shè)備的故障準(zhǔn)確定位。在實際維修過程中應(yīng)根據(jù)具體故障情況靈活采用某種方法或綜合采用集中方法診斷故障、維修設(shè)備,提高維修維護的高效性和準(zhǔn)確性。

2.3 列控車載設(shè)備軟件維護技術(shù)改進

高速鐵路列控車載設(shè)備大量采用軟件系統(tǒng)控制列車超速防護和自動駕駛等。由于列控軟件是保證列車安全運行的核心,所以對列控軟件的維護操作流程要求比其他領(lǐng)域的軟件維護更為嚴(yán)格。所以在列控軟件交付使用后,必須實現(xiàn)錯誤糾正、功能擴充、性能改進等功能。

(1)錯誤糾正。主要是識別和糾正一些隱蔽的軟件錯誤,包括設(shè)計錯誤,編碼錯誤和文檔錯誤等,能盡最大可能識別和糾正軟件中隱藏的錯誤、改正軟件性能上的缺陷、排除實施中的誤使用。(2)功能擴充。為了使軟件產(chǎn)品適應(yīng)運行環(huán)境的變化(如C2、C3間的切換),有必要對軟件部分進行相應(yīng)的修改。當(dāng)外界環(huán)境(如硬軟件配置、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)、數(shù)據(jù)輸入輸出方式等)發(fā)生變化后,通過適應(yīng)性維護能使軟件正常運行。(3)性能改進。為滿足用戶在列控設(shè)備使用過程中出現(xiàn)的新需求,能夠修改和再開發(fā)軟件,以擴充軟件功能、增強軟件性能,需要對軟件進行擴充和完善。(4)為了提高軟件的可維護性、可靠性、安全性,以及為以后進一步改進軟件打下良好基礎(chǔ)也需要對軟件做預(yù)防性維護。

3結(jié)語

根據(jù)高鐵列控車載設(shè)備中的故障分析及改進措施,以及各種設(shè)備在不同階段的狀態(tài)建立適合于各自需要的修程修制,最大限度的降低甚至消除過剩修,對確定故障源、維修技術(shù)和方法準(zhǔn)備了條件,也為后期建立電子設(shè)備故障診斷系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。同時還可以減小維修技術(shù)不足,使設(shè)備的修程修制更加科學(xué)和合理。

參考文獻

[1] 王青亮,張杰.列控車載設(shè)備故障模型分析及探討[J].工業(yè)技術(shù),2011,21:98-101.

[2] 許客亮.高速鐵路綜合維修必要性分析及方案建議[J].鐵道勘察,2010,3:122-125.

[3] 鐵道部.客運專線CTCS-3級列控車載設(shè)備人機界面(DMI)顯示規(guī)范(V0.5)[S],2008，10.