鐵路信號(hào)可靠性理論及應(yīng)用

鐵路信號(hào)可靠性原理及應(yīng)用江磊第一章緒論第一節(jié)可靠性、安全性在鐵路信號(hào)中的地位第二節(jié)RAMS簡(jiǎn)介第三節(jié)可靠性工程和安全性工程第四節(jié)現(xiàn)代質(zhì)量觀念第五節(jié)鐵路信號(hào)可靠性與安全性1、

可靠性、安全性的地位可靠性和安全性都是針對(duì)的工程上的問(wèn)題，就是面向設(shè)備或系統(tǒng)而言。鐵道信號(hào)的作用和功能決定了可靠性和安全性在鐵路信號(hào)中的重要性。

可靠性、安全性的地位回憶1、鐵路信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備有哪些？2、鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)有哪些？信號(hào)機(jī)、道岔、軌道電路、繼電器等車(chē)站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、列車(chē)調(diào)度指揮系統(tǒng)、列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)、編組站調(diào)車(chē)控制系統(tǒng)、微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)化等

可靠性、安全性的地位鐵路事故的發(fā)生，造成嚴(yán)重后果。事故原因可能是人為、設(shè)備、系統(tǒng)造成的，這些都是屬于不可靠行為。在鐵路信號(hào)設(shè)備或系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)都要遵循“故障-安全”原則

可靠性、安全性的地位“軌道交通安全協(xié)同創(chuàng)新中心”由西南交通大學(xué)和北京交通大學(xué)聯(lián)合牽頭，中南大學(xué)重點(diǎn)參與，三所學(xué)校共同組建。同時(shí)，積極吸納多家軌道交通行業(yè)重要研究院所和骨干企業(yè)，作為協(xié)同創(chuàng)新中心的參與單位。2、RAMS可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。維修性：產(chǎn)品保持或恢復(fù)所具有的功能反映到時(shí)間和所需資源上的特征?？捎眯裕簭V義的可靠性，又和維修性有關(guān)。安全性：將傷害或損壞的風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受水平的狀態(tài)。軌道交通RAMS各要素之間的關(guān)系3、可靠性工程和安全性工程可靠性是一門(mén)新興的工程學(xué)科。產(chǎn)品的可靠性已成為衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。近年來(lái)，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家已把可靠性技術(shù)和全面質(zhì)量管理緊密地結(jié)合起來(lái)，有力地提高了產(chǎn)品可靠性水平?？煽啃缘陌l(fā)展簡(jiǎn)介可靠性的重要意義(1)提高產(chǎn)品的可靠性，可以防止故障和事故的發(fā)生，從而保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全。(2)提高可靠性，能使產(chǎn)品總的費(fèi)用降低。(3)提高可靠性，可以減少停機(jī)時(shí)間，提高產(chǎn)品可用率。(4)提高可靠性，可以改善企業(yè)信譽(yù)，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，擴(kuò)大產(chǎn)品銷(xiāo)路，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。(5)提高可靠性，可以減少產(chǎn)品責(zé)任賠償案件的發(fā)生，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失?？煽啃缘幕靖拍罡怕收摵蛿?shù)理統(tǒng)計(jì)是研究可靠性問(wèn)題的主要工具。概率論能確定可靠性數(shù)量特性之間的相互關(guān)系。因此，可靠性理論的許多概念是與概率論中的概念密切相關(guān)的。而可靠性的測(cè)定則主要用的是數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。ReliabilityEngineering可靠性工程認(rèn)為：產(chǎn)品、設(shè)備、系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，規(guī)定條件下，完成規(guī)定功能的可能性及能力，在期望的置信程度下，是可以設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)、試驗(yàn)和證明的?？煽啃怨こ叹褪峭瓿缮鲜鋈蝿?wù)的理論與實(shí)踐工具?？煽啃约夹g(shù)在產(chǎn)品全壽命周期的各個(gè)階段的應(yīng)用目的和任務(wù)是：(1)可靠性設(shè)計(jì)：通過(guò)設(shè)計(jì)奠定產(chǎn)品的可靠性基礎(chǔ)。研究在設(shè)計(jì)階段如何預(yù)測(cè)和預(yù)防各種可能發(fā)生的故障和隱患，以及確保產(chǎn)品的維修性(2)可靠性試驗(yàn)：通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定和驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性。研究在有限的樣本、時(shí)間和使用費(fèi)用下，如何獲得合理的評(píng)定結(jié)果，找出薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品的可靠性(3)制造階段的可靠性：通過(guò)制造實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性。研究制造偏差的控制、缺陷的處理和早期故障的排除，保證設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。(4)使用階段的可靠性：通過(guò)使用維持產(chǎn)品的可靠性。研究產(chǎn)品運(yùn)行中的可靠性監(jiān)視、診斷、預(yù)測(cè)，以及采用售后服務(wù)與維修策略，防止可靠性劣化。MultipleActivities

FRACAFMEASStandardsbasedpreliminarypredictionsReliabilitygrowthOthersReliabilityCenteredMaintenanceAcceleratedTestingSystemReliabilityAnalysisLifedataAnalysisReliabilityEngineering

vs.QualityControlReliabilitydealswiththebehavioroffailurerateoveralongperiodoftime.Qualitycontroldealswithpercentoutofspecification,orpercentofdefectivesatonepointintime,(i.e.whenreceivingincomingcomponents,oratapointduringtheproduct’smanufacture/assembly).Reliabilityisqualityovertime.ProductCostvs.ReliabilityReliabilityBasicsReliabilityanalysisrequiresafirmunderstandingoftheproduct’sfailureratebehavior.Mostproductswillbegintheirliveswithahigherfailurerateandthenexhibitadecreasingfailurerateuptoapoint.Thefailureratethenusuallystabilizestoaconstantfailurerateduringtheusefullifeoftheproduct.Astimegoesonandtheproductages,orreachesthewearoutlife,thefailureratethenincreasesrapidlywithtime.“idealized”bathtubcurveBathtubcurveforacarBurn-inillustrationPreventivemaintenanceQuantifyingreliabilityQuantifyingreliabilityProbabilitythatanitemwilllastacertaintimewithout“failure”undercertainconditions.FunctionoftimeFunctionofconditionsRequiresprecisedefinitionof“failure”.Traditional“QualityControl”assuresthattheproductwillworkafterassemblyandasdesigned.ReliabilitylooksathowlongtheproductwillworksasdesignedHowisreliabilitycalculated?NeeddataNeedamodelNeeddiagnosticstocheckmodelappropriatenessNeedeffectivewaystocommunicateCommonlanguageCommonmetricsGraphs

可靠性的概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)是可靠性工程重要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。2.l可靠性特征量可靠度可靠度是“產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率”?？煽慷仁菚r(shí)間t的函數(shù)，故也稱為可靠度函數(shù)，記作R(t)。通常表示為

R(t)=P(T>t)(2-1-1)R(0)=1，R(+∞)=0。

R(t)的估計(jì)值為R(t)=累積失效概率F(t)累積失效概率是壽命的分布函數(shù)，也稱為不可靠度，記作F(t)。它是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)失效的概率，通常表示為

F(t)=P(T≤t)或F(t)=1－R(t)因此F(0)=0，F(xiàn)(+∞)=1。失效概率密度f(wàn)(t)失效概率密度是累積失效概率對(duì)時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)，記作f(t)。它是產(chǎn)品在包含t的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率，可用下式表示

f(t)=或F(t)=F(t)的估計(jì)值

f（t）的估計(jì)值失效率(t)失效率(瞬時(shí)失效率)是：“工作到t時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻t后的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率”，也稱為失效率函數(shù)。由失效率的定義可知，在t時(shí)刻完好的產(chǎn)品，在(t，t+△t)時(shí)間內(nèi)失效的概率為P(t<T≤t+△tI|T>t)，在時(shí)間內(nèi)的平均失效率為當(dāng)△t→0時(shí)，就得到在t時(shí)刻的失效率由此式可見(jiàn)，產(chǎn)品的失效率越小，產(chǎn)品的可靠性越高；反之，失效率越大，產(chǎn)品的可靠性就越低。的估計(jì)值(見(jiàn)圖2.3)為:

式中n(t)的含義與(2—1—8)式中的n(t)相同，n(t)、N與(2—1—2)式中的n(t)、N相同。

失效率的單位是一個(gè)非常重要的特征量,它的單位通常用時(shí)間的倒數(shù)表示。但對(duì)目前具有高可靠性的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，就需要采用更小的單位來(lái)作為失效率的基本單位，因此失效率的基本單位用一個(gè)菲特(Fit)來(lái)定義，1菲特=，它的意義是每1000個(gè)產(chǎn)品工作10h，只有一個(gè)失效。有時(shí)不用時(shí)間的倒數(shù)而用與其相當(dāng)?shù)摹皠?dòng)作次數(shù)”、“轉(zhuǎn)數(shù)”、“距離”等的倒數(shù)更適宜些。失效率曲線產(chǎn)品的可靠性取決于產(chǎn)品的失效率，而產(chǎn)品的失效率隨工作時(shí)間的變化具有不同的特點(diǎn)，根據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)的理論研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)由許多零件構(gòu)成的機(jī)器、設(shè)備或系統(tǒng)，在不進(jìn)行預(yù)防性維修時(shí)，或者對(duì)于不可修復(fù)的產(chǎn)品，其失效率曲線的典型形態(tài)如圖2．4所示,由于它的形狀與浴盆的剖面相似，所以又稱為浴盆曲線(Bathtub-curve)，它明顯地分為三段，分別對(duì)應(yīng)元件的三個(gè)不同階段或時(shí)期。

2.1.4

平均壽命平均壽命的含義是壽命的數(shù)學(xué)期望，平均壽命是一個(gè)標(biāo)志產(chǎn)品平均能工作多長(zhǎng)時(shí)間的特征量。如顯像管、電視機(jī)、空調(diào)、計(jì)算機(jī)等常用平均壽命作為可靠性指標(biāo)。不可修復(fù)(指失效后無(wú)法修復(fù)或不修復(fù)而進(jìn)行替換)產(chǎn)品的平均壽命是指產(chǎn)品失效前的平均工作時(shí)間，記為MTTF(MeanTimeToFailure)；可修產(chǎn)品的平均壽命是指相鄰兩次故障間的平均工作時(shí)間，稱為平均無(wú)故障工作時(shí)間或平均故障間隔時(shí)間，記作MTBF(MeanTimeBetweenFailures)。如果我們僅考慮首次失效前的一段工作時(shí)間，那么二者就沒(méi)有什么區(qū)別了，所以我們將二者統(tǒng)稱為平均壽命，記作夕。若產(chǎn)品總體的失效密度函數(shù)／(r)已知，由概率論中數(shù)學(xué)期望的定義，有（2-1-12）進(jìn)一步推導(dǎo)，得（2-1-13）由此可見(jiàn)，在一般情況下，將可靠度函數(shù)在[0，+]區(qū)間上進(jìn)行積分，便可得到產(chǎn)品總體的平均壽命。MTTF的估計(jì)值為:

(2-1-14)

式中n——測(cè)試的產(chǎn)品總數(shù)；

——第i，個(gè)產(chǎn)品失效前的工作時(shí)間，單位為h。

MTBF的估計(jì)值為:

(2-1-15)

式中n——測(cè)試的產(chǎn)品總數(shù)；

N——測(cè)試產(chǎn)品的所有故障數(shù)；

ni——第i個(gè)測(cè)試產(chǎn)品的故障數(shù)；

tij――第i個(gè)產(chǎn)品的第j－1次故障到第j次故障的工作時(shí)間，單位為h。因此MTTF和MTBF的估計(jì)值可表示為:2.1.5壽命方差和壽命標(biāo)準(zhǔn)差平均壽命能夠說(shuō)明一批產(chǎn)品壽命的平均水平，而壽命方差和壽命標(biāo)準(zhǔn)差則能夠反映產(chǎn)品壽命的離散程度。產(chǎn)品的壽命方差定義為:

（2-1-17）假如t1，t2，…，tn為從一批產(chǎn)品中所抽取的