铁路信号设备可靠性研究中的问题与解决手段

曹玉成

引言：本文提出了可靠性标准少、可靠性模型使用不当、可靠性指标不完善等铁路信号设备可靠性问题，并针对这些问题深入分析，给出了相应的解决手段和建议。为我国铁路信号设备可靠性研究提供了新的思路。

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。与我国国防、航天工业相比，铁路部门可靠性的研究起步较晚，20世纪90年代初开始“机车车辆可靠性”研究。近些年铁路信号设备的可靠性引起广泛重视，但由于研究深度不够并且缺乏实际工程化经验，在铁路信号产品的研制、生产、验收、使用、维护过程中的可靠性管理出现一些问题，可靠性指标往往处于表面化，没有实际的可靠性验证手段，使得我国铁路信号产品的可靠性工程得不到深入开展。随着我国铁路高速化和信号产品电子化的发展，这种状况必须尽快得到改善。

一、存在的主要问题

（一）标准规范过少且提法简单

我国于20世纪60年代首先在军工、航天行业开展可靠性研究，并依照国外可靠性标准，如美军标MIL系列和國际电工委员会的IEC系列，制定了大量的可靠性标准，如GJB国军标系列和GB国家标准系列，对可靠性工程的各个阶段应做的工作及如何开展进行详细的规定。如GJB450A-2004《装备可靠性通用要求》，规定新产品的全寿命周期分为4个阶段：论证阶段、方案阶段、研制与定型阶段、生产与使用维护阶段。将可靠性工程分为可靠性及其工作项目要求的确定、可靠性管理、可靠性设计与分析、可靠性试验与评价、使用可靠性评估与改进5个系列的工作项目，详细规定在产品的各个阶段应该实施哪些工作项目，并制定其他标准规定这些项目实施的具体步骤。

（二）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。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处理。

（三）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。

在TB/T2468-1993《铁路信号产品可靠性要求评定方法》中，规定铁路信号产品失效率的定级、维持试验的方法，以及定时截尾试验、定数截尾试验、序贯截尾试验下MTBF的估计方法。但是这些方法都是针对指数分布，对其他分布并不适用。

二、相应的解决办法

（一）参照其他行业可靠性标准制订适合铁路的标准

可靠性标准是指导和规范可靠性工程开展的有力武器，除在军工、航空等可靠性要求较高的领域已建立比较完善的可靠性标准体系外，我国电力、家电等民用行业也都有自己的可靠性标准。目前铁路行业标准里关于可靠性的标准过少过简。作为关系国民经济命脉的铁路部门，制订规范的、科学的可靠性标准势在必行。

（二）根据实际情况选择合适的可靠性模型

常用的可靠性模型有指数分布、威布尔分布、（对数）正态分布、伽马分布和极值分布等。在使用时应按照分析对象的实际物理背景选择合适的模型，然后根据寿命数据进行分布的拟合优度检验，以确定所选择的模型是否恰当。

（三）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。

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。

三、对今后研究的建议

（一）广泛开展可靠性工程

可靠性是一门系统工程，涉及产品全寿命周期的各个阶段，从方案论证、研制设计到生产制造、使用维护，一直到寿终报废，可靠性都贯穿始终。以往在产品批量生产并投入使用后评估一下其可靠性，只能起到了解其可靠性水平的作用，而不能从根本上提高其可靠性。

（二）建立第三方可靠性评估机构

目前铁路信号设备订购方在进行可靠性验收时，承制方往往拿不出一个具有可信度的实验方案来证明，或挑选一些有利于己的历史数据来应对。建议建立第三方的可靠性评估机构，协助制定标准，审核设计单位的可靠性设计方案，监督制造厂的生产过程，协助验收单位的可靠性验证，以保证结果的客观公正。

（三）注意收集可靠性数据

可靠性的相关数据是进行可靠性分析的基础，以往在铁路信号设备的生产使用过程中，由于普遍没有可靠性的概念，导致许多有用的数据遗失。应该建立一个专门的可靠性数据库，按规定的格式将设计、生产、使用、维修过程中的相关可靠性数据存入数据库中。

四、结束语

针对铁路信号设备可靠性研究中出现的问题，提出相关的解决办法及建议。建立可靠性指标体系，为今后铁路信号设备的可靠性评估提供一种新的思路。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

[1]王灵芝.铁路设备关键零部件的可靠性分析模型及其应用研究[J].铁道学报.2008.

[2]喻天翔.机械可靠性试验技术研究现状和展望[J].机械强度，2007.

作者单位：北京铁路局天津电务段