CTCS-3級列控系統(tǒng)主控制單元可靠性

CTCS-3級列控系統(tǒng)主控制單元

可靠性分析蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院自動控制目錄22023/2/1一、概述二、主要研究內(nèi)容三、結(jié)論32023/2/1

主控制單元是保列車安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)和核心裝備。一旦失效，將會造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

分析CTCS-3級列控系統(tǒng)主控制單元的可靠性，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，為進(jìn)一步完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)、確保列車安全運(yùn)行以及降低維護(hù)成本具有重要意義。研究背景及意義一、概述圖1車載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖42023/2/1研究現(xiàn)狀

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故障樹法和馬科夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法是可靠性分析中常用的方法目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鐵路信號領(lǐng)域。二者也普遍應(yīng)用到列控系統(tǒng)中可靠性分析中?！艄收蠘浞治龇o法處理失效相關(guān)問題，另外利用故障樹分析系統(tǒng)可靠性時不能將可維修性考慮在內(nèi)；而馬爾科夫模型存在狀態(tài)空間爆炸的先天劣勢。本文所采用的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，能夠在綜合共因失效和可維修因素的基礎(chǔ)上構(gòu)建主控制單元可靠性模型。一、概述52023/2/1二、主要研究內(nèi)容1構(gòu)建C3級列控系統(tǒng)主控制單元的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型2

分析C3級列控系統(tǒng)主控制單元的可靠性3

分析C3級列控系統(tǒng)主控制單元的薄弱環(huán)節(jié)

本文研究的三個方面62023/2/1二、主要研究內(nèi)容

建立FT模型

建立BN模型分析列控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能；找出導(dǎo)致系統(tǒng)失效的原因。

求解BN模型因果推理診斷推理各單元故障時系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的故障率。系統(tǒng)故障時各單元的故障率。利用MSBNX軟件進(jìn)行求解。系統(tǒng)失效率及薄弱環(huán)節(jié)

構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)與對主控制單元可靠性分析思路72023/2/1二、主要研究內(nèi)容1構(gòu)建C3級列控系統(tǒng)主控制單元的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型綜合考慮列控系統(tǒng)主控制單元結(jié)構(gòu)、設(shè)備冗余，分析失效原因圖2主控制單元故障樹模型基本部件(x=1,2)故障率λI/hMTTR/hATP-CUx1.49×10-50.5RSSx1.20×10-50.5GSM-Rx1.45×10-80.5RTMx1.80×10-50.5TIUx2.10×10-50.5C2-CUx1.20×10-50.5TCRx2.30×10-50.5表1

基本單元可靠性參數(shù)

建立FT模型82023/2/1二、主要研究內(nèi)容2

分析C3級列控系統(tǒng)主控制單元的可靠性根據(jù)主控制單元的FT模型及其與BN的轉(zhuǎn)化方法，構(gòu)建主控制單元的BN模型。E1aATPCU1E1bATPCU2E2aRSS1E2BRSS2E3aGSM-R1E3bGSM-R2E4aRTM1E4bRTM2E5aTIU1E5bTIU2E6aC2-CU1E6bC2-CU2E7aTCR1E7bTCR2D1ATP-CU1D2RSSD3GSM-RD4RTMD5TIUD6C2-CUD7TCRC1ATP-VC1C2ATP-VC2C3C2-VC1C4C2-VC2B1C3-VCB2C2-VCACTCS-3級MCU圖3

主控制單元貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

將FT模型映射為BN模型ORANDOROR92023/2/1二、主要研究內(nèi)容2

分析C3級列控系統(tǒng)主控制單元的可靠性圖4

考慮共因失效前后ATP-CU可靠度對比曲線共因失效前后ATP-CU可靠度對比曲線表明共因失效對冗余可維修系統(tǒng)有顯著的影響，為使計(jì)算分析結(jié)果更加貼近實(shí)際情況，因此在系統(tǒng)可靠性分析中要考慮共因失效對系統(tǒng)的影響。

共因失效對系統(tǒng)可靠性的影響102023/2/1二、主要研究內(nèi)容2

分析C3級列控系統(tǒng)主控制單元的可靠性表2

共因失效時基本單元可靠性指標(biāo)(t=2×104h)編號基本單元λC/h-1RCUCD1ATP-CU1.45×10-60.9069092.44×10-6D2RSS1.20×10-60.9318431.76×10-6D3GSM-R1.61×10-90.9999978.08×10-10D4RTM1.71×10-60.8780553.25×10-6D5TIU1.94×10-60.8487694.10×10-6D6C2-CU1.20×10-60.9318431.76×10-6D7TCR2.50×10-70.9458481.76×10-7

共因失效條件下基本單元的可靠性指標(biāo)共因失效條件下，主控制單元可用度為99.9996%，滿足C3級列控系統(tǒng)需求。圖5

基于BN主控制單元的可靠性評估本文采用β因子模型進(jìn)行共因失效分析，其中β取值為10%。112023/2/1表3

主控制單元故障時各基本單元故障率基本單元故障率結(jié)果排序ATP-CU3.59×10-64RSS2.59×10-65GSM-R1.18×10-97RTM4.78×10-63TIU0.9999961C2-CU4.96×10-62TCR4.96×10-76根據(jù)圖4與MSBNX軟件，對主控制單元貝葉斯網(wǎng)模型進(jìn)行反向推理，求得基本單元的故障率如表3所示，發(fā)現(xiàn)列車接口單元TIU故障率最高，它即是主控制單元的薄弱環(huán)節(jié)。3

分析C3級列控系統(tǒng)主控制單元的薄弱環(huán)節(jié)二、主要研究內(nèi)容122023/2/1三、結(jié)論根據(jù)主控制單元的結(jié)構(gòu)組成以及FT與BN之間的對應(yīng)關(guān)系，建立了主控制單元的BN模型。利用主控制單元BN模型與MSBNX軟件，得到共因失效條件下其