淺析我國鐵路信號設(shè)備的可靠性

聶勝利

引言：我國鐵路信號設(shè)備可靠性研究中存在可靠性標(biāo)準(zhǔn)過少、可靠性模型使用不當(dāng)、可靠性指標(biāo)不完善等問題。針對這些問題闡述可靠性分布模型的選擇和可靠性指標(biāo)確立方法，提出廣泛開展可靠性工程、建立第三方可靠性評估機構(gòu)、收集可靠性數(shù)據(jù)、研制適合于鐵路的可靠性分析軟件。

一、鐵路信號設(shè)備可靠性研究存在的問題

（一）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范過少且提法簡單

我國于20世紀(jì)60年代首先在軍工、航天行業(yè)開展可靠性研究，并依照國外可靠性標(biāo)準(zhǔn)，如美軍標(biāo)MIL系列和國際電工委員會的IEC系列，制定了大量的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，如GJB國軍標(biāo)系列和GB國家標(biāo)準(zhǔn)系列，對可靠性工程的各個階段應(yīng)做的工作及如何開展進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定。

如GJB450A-2004《裝備可靠性通用要求》，規(guī)定新產(chǎn)品的全壽命周期分為4個階段：論證階段、方案階段、研制與定型階段、生產(chǎn)與使用維護(hù)階段。將可靠性工程分為可靠性及其工作項目要求的確定、可靠性管理、可靠性設(shè)計與分析、可靠性試驗與評價、使用可靠性評估與改進(jìn)5個系列的工作項目，詳細(xì)規(guī)定在產(chǎn)品的各個階段應(yīng)該實施哪些工作項目，并制定其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定這些項目實施的具體步驟。

我國鐵路部門也制訂2 000多項的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但是能夠查閱到的和可靠性相關(guān)的只有2項：TB/T2468-1993《鐵路信號產(chǎn)品可靠性要求評定方法》和TB/T 3133-2006《鐵道機車車輛電子產(chǎn)品的可靠性、可用性、可維修性和安全性（RAMS）》。與國標(biāo)、國軍標(biāo)系列可靠性標(biāo)準(zhǔn)相比，一是數(shù)量太少，二是內(nèi)容過于粗略，難以起到指導(dǎo)實際工作的作用。

（二）沒有根據(jù)具體情況選擇合適的可靠性模型

過去十幾年來的鐵路設(shè)備可靠性方面的論文甚至上文提到的兩個標(biāo)準(zhǔn)，大都是將對象按照指數(shù)分布處理（近年來也有少量建議采用威布爾分布處理的論文）。在可靠性數(shù)學(xué)中，指數(shù)分布是最簡單的一種分布，其失效率λ為一常數(shù)?？煽啃晕锢矸矫娴难芯勘砻鳎娮宇惍a(chǎn)品的失效機理以偶然失效為主，在經(jīng)過環(huán)境應(yīng)力篩選剔除早期失效后，失效率基本為一常數(shù)，并沒有出現(xiàn)明顯的耗損失效期。而機械類產(chǎn)品的故障機理以疲勞耗損性失效為主，具有明顯的累積效應(yīng)，隨著時間的推移、使用的增加，其失效率逐步上升，此時就不能認(rèn)為產(chǎn)品的可靠性模型是指數(shù)分布。

在可靠性的實際工作中，如果要抓住整機故障的大致趨勢，可以最大限度地簡化后使用指數(shù)分布處理。但要分析各個故障模式的性質(zhì)，特別是其發(fā)展趨勢，必須采用其他適合的模型（如威布爾分布）處理。

（三）提出的可靠性指標(biāo)不夠全面

可靠性指標(biāo)是產(chǎn)品的設(shè)計指標(biāo)之一，是考核驗收的依據(jù)，應(yīng)和其他功能性指標(biāo)一道列入產(chǎn)品的合同和研制任務(wù)書中。以往我國鐵路部門要求產(chǎn)品可靠性指標(biāo)只有一個：平均無故障工作時間（MTBF），或失效前平均工作時間（MTTF）。在可靠性數(shù)學(xué)中一般將MTBF用于可修產(chǎn)品，MTTF用于不可修產(chǎn)品，當(dāng)MTBF僅考慮首次失效前的平均壽命時，二者可以等效。因此為簡單起見，下面統(tǒng)一用MTBF表述。這里的時間是廣義上的時間，也可以對應(yīng)次數(shù)、里程等別的量綱，如繼電器平均無故障工作次數(shù)，機車平均無故障行走里程數(shù)。

二、相應(yīng)的解決辦法

（一）參照其他行業(yè)可靠性標(biāo)準(zhǔn)制訂適合鐵路的標(biāo)準(zhǔn)

可靠性標(biāo)準(zhǔn)是指導(dǎo)和規(guī)范可靠性工程開展的有力武器，除在軍工、航空等可靠性要求較高的領(lǐng)域已建立比較完善的可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系外，我國電力、家電等民用行業(yè)也都有自己的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。目前鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)里關(guān)于可靠性的標(biāo)準(zhǔn)過少過簡。作為關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)命脈的鐵路部門，制訂規(guī)范的、科學(xué)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。

（二）建立全面的可靠性指標(biāo)體系

借鑒國軍標(biāo)中的相關(guān)規(guī)定，并結(jié)合鐵路行業(yè)特點，提出一個建立可靠性指標(biāo)體系的方法。

（1）使用需求分析。分析要研制產(chǎn)品的預(yù)定功能、使用環(huán)境、保障條件對可靠性維修性的需求。

（2）建立故障判別準(zhǔn)則（或叫失效判據(jù)），對各類故障的判據(jù)和允許的降級使用作出詳細(xì)規(guī)定。

（3）選擇可靠性、維修性參數(shù)。國軍標(biāo)中選用的參數(shù)較多，針對鐵路信號產(chǎn)品，可以做一定簡化，建議使用下列參數(shù)：使用可用度、定時可靠度、平均故障間隔時間、平均修復(fù)時間、平均預(yù)防性維修時間、故障檢測率、故障隔離率、使用壽命。

（4）確定可靠性和維修性使用指標(biāo)。分析國內(nèi)外現(xiàn)有同類產(chǎn)品或系統(tǒng)的可靠性和維修性現(xiàn)狀及存在的問題，根據(jù)實際使用需要，確定其使用時可靠性和維修性應(yīng)滿足的指標(biāo)。

（5）訂購方和承制方協(xié)商確定可靠性和維修性驗證方法。

（6）可靠性和維修性合同指標(biāo)及驗證方法經(jīng)評審后，納入研制任務(wù)書或合同。對于隸屬該產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的部件（或子系統(tǒng)），其指標(biāo)由可靠性分配確定。

三、建議

（一）廣泛開展可靠性工程

可靠性是一門系統(tǒng)工程，涉及產(chǎn)品全壽命周期的各個階段，從方案論證、研制設(shè)計到生產(chǎn)制造、使用維護(hù)，一直到壽終報廢，可靠性都貫穿始終。以往在產(chǎn)品批量生產(chǎn)并投入使用后評估一下其可靠性，只能起到了解其可靠性水平的作用，而不能從根本上提高其可靠性。

（二）建立第三方可靠性評估機構(gòu)

目前鐵路信號設(shè)備訂購方在進(jìn)行可靠性驗收時，承制方往往拿不出一個具有可信度的實驗方案來證明，或挑選一些有利于己的歷史數(shù)據(jù)來應(yīng)對。建議建立第三方的可靠性評估機構(gòu)，協(xié)助制定標(biāo)準(zhǔn)，審核設(shè)計單位的可靠性設(shè)計方案，監(jiān)督制造廠的生產(chǎn)過程，協(xié)助驗收單位

的可靠性驗證，以保證結(jié)果的客觀公正。

（三）注意收集可靠性數(shù)據(jù)

可靠性的相關(guān)數(shù)據(jù)是進(jìn)行可靠性分析的基礎(chǔ)，以往在鐵路信號設(shè)備的生產(chǎn)使用過程中，由于普遍沒有可靠性的概念，導(dǎo)致許多有用的數(shù)據(jù)遺失。應(yīng)該建立一個專門的可靠性數(shù)據(jù)庫，按規(guī)定的格式將設(shè)計、生產(chǎn)、使用、維修過程中的相關(guān)可靠性數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中。目前微機檢測系統(tǒng)在鐵路上已廣泛應(yīng)用，其收集的數(shù)據(jù)也可以納入此數(shù)據(jù)庫中。

四、結(jié)束語

針對鐵路信號設(shè)備可靠性研究中出現(xiàn)的問題，提出相關(guān)的解決辦法及建議。建立可靠性指標(biāo)體系，為今后鐵路信號設(shè)備的可靠性評估提供一種新的思路。整體來說，我國鐵路信號系統(tǒng)中可靠性應(yīng)用還處于初期階段，很多項目有待深入發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王毅．機車可靠性指標(biāo)體系及可靠性評估[J]．鐵道學(xué)報．1998.

[2] 王華勝．基于加權(quán)最小二乘法的機車車輛零部件可靠性分析[J]．鐵道學(xué)報．2001.

[3] 王靈芝．鐵路設(shè)備關(guān)鍵零部件的可靠性分析模型及其應(yīng)用研究[J]．鐵道學(xué)報．2008.