铁路信号设备可靠性研究

【摘要】铁路信号设备是保证铁路运行安全的基础，其可靠性的高低直接影响到了火车的形成安全和运行效率。铁路信号设备的可靠性研究越来越受到人们重视，但由于技术限制和实践工程经验的不足，铁路信号设备在设计、生产、使用和检测过程中，经常遇到可靠性不达标等问题。文章分析了我国铁路信号设备可靠性研究中存在的问题，并提出了对研究铁路信号设备可靠性的建议。

【关键词】铁路信号设备；可靠性；存在问题；建议

中图分类号：X731文献标识码： A

铁路信号设备是保证列车行车安全的重要基础设备，其可靠性的高低直接关系到行车安全和运输效率。自20 世界90 年代以来，铁路信号设备可靠性研究受到了广泛的重视，但是由于其研究深度不够切缺乏实际的经验，在铁路信号设备可靠性的研究上海存在很多的问题，可靠性指标往往只是对设备的表明进行研究，没有实质可靠的验证方法，使得我国的铁路信号设备可靠性工程得不到深人的发展。

一、我国铁路信号设备可靠性研究中存在的问题

1、可靠性规范很少且要求简单

相比我国化工、军工、航天等行业，铁路行业可靠性标准很少且不规范。我国从上世纪六十年代开始，首先在军工、航天等与国防相关的重要行业进行可靠性研究。参考了大量国际标准，制定了相关的可靠性标准。如GB国家标准系列和GJB系统等，并规定了在设备生产的各个环节如何开展可靠性工程，有效提高了工程质量。如我国《特种装甲车通用要求》，规定某型特种车辆中全寿命周期分为论证、方案制定、研制和定型四个阶段。并将可靠性工程分为可靠性与项目确定、可靠性试验、使用可靠性评估等几个系列工程目标，并制定其他相关的标准的实施要求和步骤。 纵观我国铁道部制定的两千多项行业标准，但只有两项是关乎铁路信号设备可靠性的，这与实际需求相差很大，无法适应我国经济高速发展的需求。与其他行业部门相比，铁路信号设备可靠性规范数量太少，内容过于简单粗略，对实际工作也起不到指导作用。

2、没有根据具体情况选择合适的可靠性模型

过去十几年来的铁路设备可靠性方面的论文甚至上文提到的两个标准，大都是将对象按照指数分布处理（近年来也有少量建议采用威布尔分布处理的论文）。在可靠性数学中，指数分布是最简单的一种分布，其失效率λ 为一常数。可靠性物理方面的研究表明，电子类产品的失效机理以偶然失效为主，在经过环境应力筛选剔除早期失效后，失效率基本为一常数，并没有出现明显的耗损失效期。而机械类产品的故障机理以疲劳耗损性失效为主，具有明显的累积效应，随着时间的推移、使用的增加，其失效率逐步上升，此时就不能认为产品的可靠性模型是指数分布。在可靠性的实际工作中，如果要抓住整机故障的大致趋势，可以最大限度地简化后使用指数分布处理。但要分析各个故障模式的性质，特别是其发展趋势，必须采用其他适合的模型（如威布尔分布）处理。

3、提出的可靠性指标不够全面

可靠性指标是产品的设计指标之一，是考核验收的依据，应和其他功能性指标一道列入产品的合同和研制任务书中。以往我国铁路部门要求产品可靠性指标只有一个：平均无故障工作时间（MTBF），或失效前平均工作时间（MTTF）。在可靠性数学中一般将MTBF用于可修产品，MTTF用于不可修产品，当MTBF仅考虑首次失效前的平均寿命时，二者可以等效。因此为简单起见，下面统一用MTBF表述。这里的时间是广义上的时间，也可以对应次数、里程等别的量纲，如继电器平均无故障工作次数，机车平均无故障行走里程数。

二、对研究铁路信号设备可靠性的建议

1、制定合理的铁路可靠性标准

可靠性标准能有效规范和指导行业可靠性工程的开展，促进工程质量的提高。在我国航空、军工等国防领域，都制定了系统的、高标准的、完善的可靠性标准，为我国人造飞船、航空母舰等高新科技保驾护航。 我国电力、水利、化工等行业也有自己的可靠性标准。目前，铁路行业的标准里关于可靠性的标准太少。作为关系到国民经济命脉的铁路行业，我们要早日制定科学可靠的、规范的可靠性标准，提高铁路信号的可靠性。

2、建立全面的可靠性指标体系

借鉴国军标中的相关规定，并结合铁路行业特点，提出一个建立可靠性指标体系的方法。

（1）使用需求分析。分析要研制产品的预定功能、使用环境、保障条件对可靠性维修性的需求。

（2）建立故障判别准则（或叫失效判据），对各类故障的判据和允许的降级使用作出详细规定。

（3）选择可靠性、维修性参数。国军标中选用的参数较多，针对铁路信号产品，可以做一定简化，建议使用下列参数：使用可用度、定时可靠度、平均故障间隔时间、 平均修复时间、平均预防性维修时间、故障检测率、故障隔离率、使用寿命。

（4）确定可靠性和维修性使用指标。分析国内外现有同类产品或系统的可靠性和维修性现状及存在的问题，根据实际使用需要，确定其使用时可靠性和维修性应满足的指标。

（5）确定可靠性和维修性合同指标。由于现场使用环境的严酷性，在试验中可达到的可靠性指标在现场不一定能满足要求，因此可靠性和维修性的合同指标应略高于其使用指标。

（6）订购方和承制方协商确定可靠性和维修性验证方法。

（7）可靠性和维修性合同指标及验证方法经评审后，纳入研制任务书或合同。对于隶属该产品（或系统）的部件（或子系统），其指标由可靠性分配确定。

3、根据当前我国铁路领域的实际情况选择合理的可靠胜模型

通常情况下可靠性模型有指数、对数分布等。在使用过程中应该严格的按照分析对象的实际物力背景选择出合适的模型，然后根据铁路信号设备的使用年限来进行合理的分布检验，通过这种方法所确认的模型才是最可靠的。

4、研制适合铁路行业的可靠性分析软件

研制适合于铁路的可靠性分析软件目前国际上比较流行的可靠性软件有美国RELEX公司的RELEX系列软件，美国瑞蓝公司的Reliasoft系列软件，我国也有赛宝实验室的CARMES软件等。这些软件功能比较强大，是通用型的可靠性软件，但是往往售价比较昂贵。因此，有必要结合铁路的实际特点，开发适合铁路设备的可靠性软件。软件研制的初期应包含数据收集系统、产品寿命数据分析、维修性分析等基本的模块，后期可以添加可靠性预计、可靠性框图（RBD）分析、故障树（FTA）分析、故障模式影响（FMEA）分析、寿命周期费用（LCC）分析等模块。

5、注意对可靠性的有关数据进行收集整理

要想对设备的可靠性进行分析研究就必须有完整的数据资料作为基础，以往在铁路信号设备的使用过程中，由于工作人员对可靠性没有一个准确全面的认识，使得很多有关的数据都没能进人下来。所以，铁路部门应该建立一个专门的可靠性数据库，按照可靠性标准的规定将设备的生产、使用、维护等相关的数据保存到数据库中。目前计算机监测系统在铁路信号设备可靠性监测上已广泛应用，其手机的数据也可以纳人到数据库中供后期使用。

三、结束语

为了让铁路系统更好的服务我国经济建设，政府要加大资金投入，加快电子信号产品的研发，提高铁路信号设备的可靠性能。建立可靠性的铁路信号设备指标体系，为今后铁路信号设备的可靠性提供新的思考方法。整体来说，我国铁路信号系统中可靠性应用还处于初期阶段，很多项目有待深入发展。

参考文献

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