鐵路信號可靠性理論及應(yīng)用

鐵路信號可靠性原理及應(yīng)用江磊第一章緒論第一節(jié)可靠性、安全性在鐵路信號中的地位第二節(jié)RAMS簡介第三節(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的工程上的問題，就是面向設(shè)備或系統(tǒng)而言。鐵道信號的作用和功能決定了可靠性和安全性在鐵路信號中的重要性。

可靠性、安全性的地位回憶1、鐵路信號基礎(chǔ)設(shè)備有哪些？2、鐵路信號控制系統(tǒng)有哪些？信號機、道岔、軌道電路、繼電器等車站計算機聯(lián)鎖、列車調(diào)度指揮系統(tǒng)、列車運行控制系統(tǒng)、編組站調(diào)車控制系統(tǒng)、微機監(jiān)測系統(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。在鐵路信號設(shè)備或系統(tǒng)設(shè)計時都要遵循“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)重點參與，三所學(xué)校共同組建。同時，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間和所需資源上的特征。可用性：廣義的可靠性，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)量的重要指標之一。近年來，世界各發(fā)達國家已把可靠性技術(shù)和全面質(zhì)量管理緊密地結(jié)合起來，有力地提高了產(chǎn)品可靠性水平。可靠性的發(fā)展簡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產(chǎn)安全。(2)提高可靠性，能使產(chǎn)品總的費用降低。(3)提高可靠性，可以減少停機時間，提高產(chǎn)品可用率。(4)提高可靠性，可以改善企業(yè)信譽，增強競爭力，擴大產(chǎn)品銷路，從而提高經(jīng)濟效益。(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)濟損失?？煽啃缘幕靖拍罡怕收摵蛿?shù)理統(tǒng)計是研究可靠性問題的主要工具。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。而可靠性的測定則主要用的是數(shù)理統(tǒng)計方法。ReliabilityEngineering可靠性工程認為：產(chǎn)品、設(shè)備、系統(tǒng)在規(guī)定時間內(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、預(yù)測、試驗和證明的?？煽啃怨こ叹褪峭瓿缮鲜鋈蝿?wù)的理論與實踐工具?？煽啃约夹g(shù)在產(chǎn)品全壽命周期的各個階段的應(yīng)用目的和任務(wù)是：(1)可靠性設(shè)計：通過設(shè)計奠定產(chǎn)品的可靠性基礎(chǔ)。研究在設(shè)計階段如何預(yù)測和預(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：通過試驗測定和驗證產(chǎn)品的可靠性。研究在有限的樣本、時間和使用費用下，如何獲得合理的評定結(jié)果，找出薄弱環(huán)節(jié)，提出改進措施，以提高產(chǎn)品的可靠性(3)制造階段的可靠性：通過制造實現(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)計目標的實現(xiàn)。(4)使用階段的可靠性：通過使用維持產(chǎn)品的可靠性。研究產(chǎn)品運行中的可靠性監(jiān)視、診斷、預(yù)測，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)計知識概率論和數(shù)理統(tǒng)計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)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率”?？煽慷仁菚r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(t)失效概率密度是累積失效概率對時間t的導(dǎo)數(shù)，記作f(t)。它是產(chǎn)品在包含t的單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率，可用下式表示

f(t)=或F(t)=F(t)的估計值

f（t）的估計值失效率(t)失效率(瞬時失效率)是：“工作到t時刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時刻t后的單位時間內(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時刻完好的產(chǎn)品，在(t，t+△t)時間內(nèi)失效的概率為P(t<T≤t+△tI|T>t)，在時間內(nèi)的平均失效率為當△t→0時，就得到在t時刻的失效率由此式可見，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。的估計值(見圖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非常重要的特征量,它的單位通常用時間的倒數(shù)表示。但對目前具有高可靠性的產(chǎn)品來說，就需要采用更小的單位來作為失效率的基本單位，因此失效率的基本單位用一個菲特(Fit)來定義，1菲特=，它的意義是每1000個產(chǎn)品工作10h，只有一個失效。有時不用時間的倒數(shù)而用與其相當?shù)摹皠幼鞔螖?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間的變化具有不同的特點，根據(jù)長期以來的理論研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)由許多零件構(gòu)成的機器、設(shè)備或系統(tǒng)，在不進行預(yù)防性維修時，或者對于不可修復(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，分別對應(yīng)元件的三個不同階段或時期。

2.1.4

平均壽命平均壽命的含義是壽命的數(shù)學(xué)期望，平均壽命是一個標志產(chǎn)品平均能工作多長時間的特征量。如顯像管、電視機、空調(diào)、計算機等常用平均壽命作為可靠性指標。不可修復(fù)(指失效后無法修復(fù)或不修復(fù)而進行替換)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間，稱為平均無故障工作時間或平均故障間隔時間，記作MTBF(MeanTimeBetweenFailures)。如果我們僅考慮首次失效前的一段工作時間，那么二者就沒有什么區(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）進一步推導(dǎo)，得（2-1-13）由此可見，在一般情況下，將可靠度函數(shù)在[0，+]區(qū)間上進行積分，便可得到產(chǎn)品總體的平均壽命。MTTF的估計值為:

(2-1-14)

式中n——測試的產(chǎn)品總數(shù)；

——第i，個產(chǎn)品失效前的工作時間，單位為h。

MTBF的估計值為:

(2-1-15)

式中n——測試的產(chǎn)品總數(shù)；

N——測試產(chǎn)品的所有故障數(shù)；

ni——第i個測試產(chǎn)品的故障數(shù)；

tij――第i個產(chǎn)品的第j－1次故障到第j次故障的工作時間，單位為h。因此MTTF和MTBF的估計值可表示為:2.1.5壽命方差和壽命標準差平均壽命能夠說明一批產(chǎn)品壽命的平均水平，而壽命方差和壽命標準差則能夠反映產(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