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基于动态故障树的列控中心可靠性与安全性分析

吴键  
【摘要】:随着中国高速铁路建设战略计划的大力实施,中国高速铁路进入快速发展时代,高速铁路运输的高安全性、高效率性以及高舒适性符合现代社会的发展需求。列控中心是保证高速铁路安全、可靠、高效运行的核心技术装备之一,因此必须符合高可靠性和高安全性的要求。列控中心是以计算机系统为平台,包含大量电子组成单元和复杂冗余结构配置的系统,在运营过程中会受到各种因素的影响,不可避免的会发生各种故障,严重阻碍高速列车的正常运行,其结果往往会带来难以估量的影响和损失。由此可见,针对列控中心开展可靠性和安全性分析对于保证高速铁路的正常运营具有重要的意义。文章深入分析列控中心的结构功能和运行特点,通过健康管理技术获取列控中心组成单元的失效率数据。考虑系统的共因失效、维修性和多态性等故障模式特征,结合动态故障树分析方法和贝叶斯网络模型,针对列控中心的可靠性进行分析。结合系统的安全性指标和可靠性指标,完成列控中心的安全性分析,分析MTTF(Mean Time to Failure,平均故障前时间)指标对列控中心可靠性和安全性的影响。本文的主要研究内容如下:(1)深入剖析列控中心的单元组成、通信接口的交换信息以及核心功能。根据列控中心的结构功能和运行特点建立组成单元的健康状态评估模型和寿命预测模型,通过健康状态评估模型计算组成单元的HI(Health Index,健康指数)。根据组成单元健康状态等级引出健康寿命的概念,以评估结果HI为数据基础,利用寿命预测模型计算组成单元的健康寿命,进而求取组成单元的失效率数据。(2)综合考虑列控中心故障模式的共因失效、维修性和多态性的特征,首先建立组成单元的共因失效动态故障树模型,分析共因失效对列控中心可靠性的影响;随后从列控中心的可用性角度出发,结合动态故障树分析方法和贝叶斯网络模型计算列控中心的可用度指标。最后把列控中心的降级场景作为一种特殊的工作状态,针对列控中心的多状态故障模式进行可靠性分析和评估。(3)结合安全性指标和可靠性指标,针对列控中心的安全性进行分析,并说明MTTF指标与列控中心可靠性和安全性的关系。根据诊断覆盖率引出组成单元的健康诊断覆盖率,通过分析给出提高冗余组成单元MTTF指标的方法,从而提高列控中心的可靠性与安全性。


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