毕业设计（论文）-轨道电路的RAMS性能分析.doc

西 南 交 通 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）轨道电路的RAMS性能分析 Performance Analysis Of RAMS Of The Track Circuit 年 级 2010级 学 号 20108092 姓 名 专 业 通信工程（铁道信号） 指导老师 2014年6月承 诺本人郑重承诺：所呈交的设计（论文）是本人在导师的指导下独立进行设计（研究）所取得的成果，除文中特别加以标注引用的内容外，本文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的设计（研究）成果。对本设计（研究）做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现设计（论文）中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担一切后果。 学生签名： 年 月 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第III页 院 系 计算机与通信工程系 专 业 铁道信号 年 级 2010级 姓 名 廖怀娟 题 目 轨道电路的RAMS性能分析 指导教师 评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 毕业设计（论文）任务书班 级 铁道信号2班 学生姓名 廖怀娟 学 号 20108092 发题日期： 2014年2月21日 完成日期：2014年6月5日题 目 轨道电路的RAMS性能分析 1、本论文的目的、意义 随着科学技术的进步，轨道交通正逐步朝着自动化和机电一体化迈进。而轨道列车在日常运行中一定会产生许多不同的故障。在运用的设备中又以轨道电路发生故障的几率最高。为了尽量的避免轨道电路故障的发生，对其进行故障（失效）分析是非常有必要的。 本文运用FMEA和FTA相结合的方法对ZPW-2000A 型无绝缘移频轨道电路系统进行可靠性分析。为了简便分析，针对ZPW-2000A轨道电路的结构特点建立了可靠性模型，然后对系统进行FMEA分析，在建立FMEA表的基础上，使用FTA对系统进行定性和定量的分析来研究轨道电路的可靠性，同时运用RAM评估验证其可维护性及可用性，再用ETA来分析ZPW-2000A轨道电路的安全性。 在对轨道电路系统的RAMS性能之后对系统进行敏感性分析以期找到对系统故障影响最大的敏感因素，针对该敏感因素提出提高系统RAMS性能的措施。 本文通过对轨道电路的RAMS 性能研究，能够对轨道电路的设计制造和运营水平提供意见参考。 2、学生应完成的任务 明确RAMS的含义、标准等； 了解RAMS管理在国内外的应用现状； 明确了解多种RAMS评估分析方法； 分析轨道电路的RAMS性能； 阅读并翻译外文资料，对论文进行补充。 最终提交的资料有：毕业论文、外文翻译。 3、论文各部分内容及时间分配：（共 18 周）第一部分 查阅相关资料、检索文献 ( 1 周)第二部分 整理分析资料、构思论文提纲 ( 2 周)第三部分 RAMS评估分析方法的分析研究 ( 4 周)第四部分 RAMS性能的分析与验证 ( 6 周)第五部分 论文完善及排版修改 ( 2 周) 论文评阅及答辩 ( 2 周) 论文整改 ( 1 周)备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日VIII西南交通大学本科毕业论文摘 要铁路运输是通过列车在钢轨线路上运行来完成的，为了保证列车运行安全（防止列车冲突、追尾、超速颠覆等事故的发生），列车必须根据行车命令来运行。铁路信号的作用就是在保证列车运行安全的前提下提高运输效率。铁路信号设备发生故障，系统将不能正常使用，会影响列车的正常运行，甚至危及生命财产安全。铁路信号发生故障是可靠性方面的问题，而故障后产生的不良后果是安全性方面的问题，所以提高其可靠性、安全性是我们目前亟需进行研究分析的问题，也是必然的结果。为了更好的研究与保证铁路信号设备的可靠性与安全性，我们采用了RAMS管理。RAMS即可靠性(Reliability)、可用性(Availability)、可维护性(Maintainability)和安全性(Safety)的简称。也将系统在其整个生命周期内的工作特性称之为RAMS，而相应的RAMS管理则是通过在系统的整个生命周期内制定保证计划，同时对系统的不同性能需求分别进行定性与定量分析，并根据系统不同的需要采取提升RAMS性能的方法与措施。本文运用FMEA和FTA相结合的方法对轨道电路系统的可靠性性能进行分析研究，以RAM评估法来验证可用性及可维护性指标，同时对其进行ETA分析用以验证轨道电路系统的安全性。在上述对轨道电路RAMS性能研究分析的条件下，使用敏感性分析来找出轨道电路系统的薄弱环节（即对轨道电路系统故障的影响最大的子系统），并对降低其故障率的方法措施进行了研究。通过对轨道电路的RAMS性能的分析研究，可以找到对轨道电路系统影响最大的子系统，通过改善和提高该子系统的性能，最终使得轨道电路的设计制造得到提高，铁路运输的服务质量得到提升。关键词 轨道电路；RAMS性能；FTA分析；ETA分析；敏感度分析AbstractRailway transportation is by training in the rail lines running to complete, in order to ensure the safe operation of trains (to prevent train collision, collision, speeding subversion accident), the train must be based on traffic command to run. Railway signal is indicative of the train operation and shunting operation command. Railway signal role is to ensure that improving the efficiency of transportation train operation safety under the promise of. Railway signal equipment fault occurs, the system will not be used normally, it will affect the normal operation of the train, and even endanger the safety of life and property. Railway signal fault is reliability, fault consequences endanger traffic safety is the safety problem. The role and function of railway signal determines the importance of reliability and safety in railway signal, so the reliability and safety of railway signal equipment is paid more and more attention.In order to study and ensure the reliability and safety of railway signal equipment, we used the RAMS management. RAMS is the abbreviation of the (Reliability) reliability, availability, Maintainability (Availability) (Maintainability) and safety (Safety) . The working characteristics of the system throughout its life cycle is called RAMS, and the related RAMS management is through the establishment of guarantee schemes in the system of the entire life cycle, and different performance requirements of the system are analyzed by qualitative and quantitative analysis, and take the methods and measures of improving the performance of RAMS systems according to different needs.This paper uses the method of FMEA and FTA combined with no analysis insulation reliability performance of frequency shift track circuit system for ZPW-2000A, to verify the availability and maintainability index by RAM evaluation method, and the ETA analysis is used to verify the safety of track circuit. In the research of RAMS performance analysis of track circuit conditions, using sensitivity analysis to find out the weak links of track circuit (that is the influence on the failure of track circuit systems subsystem), and the measures to reduce the failure rate of the method is studied.Through the analysis of RAMS performance on the track circuit, we can find the subsystem of the biggest influence on track circuit system, by improving the performance of the system, the design of the track circuit manufacturing is improved,and the railway transport service quality is improved too.Keywords Track circuit；performance of RAMS；FTA analysis；ETA analysis；Sensitivity analysis 目录第1章 绪论11.1 选题背景及意义11.2 RAMS含义及标准21.2.1 RAMS含义21.2.2 RAMS相关标准31.3 RAMS在国内外应用现状41.3.1 RAMS工程在国外的发展51.3.2 RAMS工程在国内的发展51.4 论文研究内容与组织结构7第2章 RAMS分析方法92.1 RAMS评估分析方法92.2 FMEA分析法简介112.3 FTA分析法简介112.2.1 故障树的符号及术语112.2.2 故障树建造的步骤122.2.3 故障树的数学模型132.4 ETA分析法简介132.4.1 ETA分析法的作用132.4.2 ETA分析法的程序142.5 敏感性分析法简介14第3章 轨道电路的RAMS性能分析163.1 轨道电路163.1.1 ZPW_2000A轨道电路的由来163.1.2 ZPW_2000A轨道电路的系统模型173.2 FMEA分析轨道电路可靠性183.2.1 定义系统183.2.2 轨道电路的可靠性分析过程193.2.3 FMEA表203.3 FTA分析轨道电路可靠性223.3.1 FTA分析法223.3.2 ZPW-2000A轨道电路故障树223.3.3 ZPW-2000A轨道电路系统的故障树分析263.4 ZPW-2000A轨道电路的RAM评估273.4.1 可用性指标计算273.4.2 可维护性指标计算273.5 ETA分析轨道电路安全性293.5.1 事件树建造293.5.2 事件树分析303.6 轨道电路系统故障的敏感性分析313.6.1 对轨道电路系统进行敏感性分析的目的313.6.2 轨道电路系统的敏感性分析31第4章 总结与展望334.1 论文总结334.2 展望33致谢35参考文献36 第 37 页西南交通大学本科毕业设计(论文) 第1章 绪论 1.1 选题背景及意义 随着近几年铁路运输量的巨大增加，其在运输行业中也奠定了稳固的基础。同目前的多种运输形式进行对比，可以发现铁路运输具备非常明显的优势1：1. 铁路运输安全性更高；2. 恶劣的天气条件给铁路运输造成的影响几乎可以忽略；3. 铁路运输的速度随着动车及高铁的发展其几可媲美航空运输；4. 铁路运输量巨大。5. 铁路运输成本较低。以上优势使铁路运输在我国交通运输系统中保证了其重要地位。铁路系统的系统结构如图1-1所示。图1-1铁路系统构成铁路系统中又以通信信号子系统为我们所要进行研究的对象。通信信号系统由车载子系统、地面子系统、联锁子系统、调度集中CTC、通信系统这五个子系统共同组成。铁路信号系统在其运行中所起的作用为：确保列车安全行车,按照列车运行规划准确无误地指示列车的运行,并提高运输效率2。铁路信号系统与各子系统主要技术接口如下图所示。图1-2 铁路信号系统与各子系统主要技术接口铁路信号系统结构复杂，与其它系统联系紧密，对铁路列车正常运行有着非常重要的作用。所以对于铁路系统,为了实现高服务质量的交通运输,我们必须保证其安全可靠，所以我们要尽可能的提高信号系统安全性、可靠性、可用性。 提高并保证铁路列车的可靠性、可维护性、可用性和安全性（即RAMS），是保障人们的生命财产安全的大前提。1.2 RAMS含义及标准1.2.1 RAMS含义RAMS是可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可维修性（Maintainability）和安全性（Safety）这四个要素共同构成的简称3。 RAMS是系统在其全部生命周期内的工作特性，其通过对工程的概念、方法和技术的应用而获得3。可靠性：系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力3；可用性：系统在规定的条件下和规定的时刻或时间内处于可执行规定功能状态的能力3；可维修性：在规定的条件下，使用规定的程序和资源进行维修时，对于给定使用条件下的系统在规定的时间区间内，能完成指定的实际维修工作的能力3；安全性：免除不可接受的风险影响的特性3。这四者之间的关系如图所示。由图可知，只要系统的可靠性越高，那么它发生故障的概率就越低，同时如果系统的可维护性越好，那么系统故障后完全修复的概率就越高，而相应的系统就越安全。图1-3 RAMS各因素间的相互关系1.2.2 RAMS相关标准RAMS管理在国外得到非常广泛的应用。RAMS规范是以EN 50126标准4为总纲，如今其已被引入为GB/T 20438-2006国家标准。同时在EN50126的标准下又有EN50159、EN50128、EN50129几种标准。目前欧洲的CENELEC 铁路标准是为计算机化的铁路安全防护系统制定的铁路标准，它以 IEC 61508 国际标准为基础，同时吸收欧洲各国有效的安全技术而形成。它们之间的相互关系及其各自涉及到的具体领域见图1-35：图1-4 轨道交通 RAMS 标准RAMS规范包含以下四个部分5：1. EN 50126-2003：RAMS规范和演示；2. EN 50128-2001：用于铁路对系统进行控制和防护的软件；3. EN 50129-2003：信号传输用电子系统的安全；4. EN 50159-2001：有关封闭式/开放式传输体系中与安全有关的通讯安全。欧盟标准EN 50126-2000的用于铁路的RAMS技术规范和论证(包括EN 50129、EN 50128等)。系统按该标准可以划分为12个阶段, 其寿命周期可表示为V形图1-56。 图1-5 欧盟RAMS流程图RAMS规范也引起我国业界人士的高度重视，青岛四方所于2005年组织校译了EN50126标准；并于2008年引进此标准并将之转换成GB/T21562，与此同时把RAMS管理立为国家标准。1.3 RAMS在国内外应用现状早在20世纪70年代国外就已经提出RAMS管理，并在其技术比较成熟后将之应用于民航、核电等国家重要领域，而在不久之后，RAMS管理被引入轨道交通行业7。目前，国外轨道交通行业的RAMS管理技术已十分成熟，但其在我国还仅仅只是开始。1.3.1 RAMS工程在国外的发展当今世界许多发达国家的轨道交通业已经采用RAMS管理，以英美为代表的发达国家都已成功在轨道交通行业实施了RAMS工程。1999年英国标准协会初次拟定、公布了EN50126标准4。该标准正式形成后，被许多领域广为采纳、应用，这其中就包括了轨道交通领域。各国最初采用RAMS管理的顺序及涉及的方向如下：u 最初，英国规定了机车的可靠性指标；u 紧接着，日本积极展开对高铁RAMS工程的探索。u 同时，美国各轨道列车公司利用RAMS技术成立了健全的可靠性信息系统，并以之构成了系统工程；u 德国在之后建成了可靠性数据处理中心，对各维修厂、机务段产生或得到的数据进行一系列处理之后发布。u 从上世纪末开始，UTTP、UIC和UNIFEM就一起进行了关于RAMS和LCC的方面的探讨。由上述各国的RAMS管理发展可知，国外轨道交通的RAMS管理技术已达到较高水准。1.3.2 RAMS工程在国内的发展 RAMS管理在我国起步较晚。最先采用RAMS管理的交通运输领域依然是处于刚开始阶段。我国的交通运输领域的各设备已经开始采用RAMS技术，如FMEA和FTA等。这使轨道交通的可靠性和安全性有了一定的提高，但可靠性技术的应用还有很大的限制性。主要体现在以下几个方面：1. 未建立系统的RAMS工程体系；2. 与该领域匹配的RAMS相关标准和有关文件极度缺乏；3. RAMS工程技术经验尚且不足，RAMS专业人员极度缺乏；4. RAMS工作手段落后；5. 缺乏行业RAMS信息数据库；就当前国内的RAMS管理的应用范围来看，虽然与国外的应用及发展有着较大距离，但我国的轨道交通各企业已经意识到了RAMS工程的关键作用，一些企业已经陆续展开了以FMECA为代表的RAMS工作，并收到了一定的成果。 鉴于香港地铁(MTR)的成功运营经验与业务开拓能力，2002年其就已进入内地承接了上海地铁的咨询与项目管理业务，随着MTR陆续获得了北京地铁4号线、深圳地铁4号线等线路BOT(Build-Operate-Transfer)业务的经营权，及初建地铁城市对MTR物业+线路这一榜样模式的追捧，MTR在内地设立了技术咨询公司，主要为内地新建地铁提供运营顾问与培训服务。由于MTR应用RAMS管理模型并取得安全风险管控的成功经验，RAMS模式也随之被内地地铁公司学习、接受。随着2001年12月我国正式加入WTO，德国莱茵(TUV)、英国劳氏(LR)等认证企业的在华业务也获得了飞速发展，轨道交通业务作为其集团业务的重要一环，也得到了相应开拓。目前在交通领域德国莱茵的业务主要涉及在轨道、车辆等系统的评估，而英国劳氏的业务暂时集中在信号系统上。下文就我们关心的信号系统的角度出发简介一下LR轨道交通领域业务在大陆的开展情况。 2005年12月，LR与中国船级社(CCS)合资成立了英华经纶海事咨询有限公司。 2007年着手布局内地轨道交通业务，11月与西南交通大学签署合作协议。 2010年4月，LR与CCS合资成立北京英华经纶交通运输技术有限公司(CCS-LR)，全面承担劳氏铁路在大陆地区的业务。 2011年4月，CCS-LR与重庆科学技术研究院合作共建“重庆轨道交通安全管理与认证中心”。 2012年7月，CCS-LR与重庆科学技术研究院合资成立重庆英华交通安全评估服务有限公司，全面负责CCS-LR在西南地区的业务。 2012年11月，与北京交通大学签署合作协议。由以上内容我们可以看出，我国的RAMS管理业务增长得很快，尤其是在西安、成都、重庆等地城市轨道新建线路的评估认证活动开展得很好。在这种形势下我们应该提高技术管理人员的RAMS教育水平。为了避免评估流于形式，实施者必须要有相应的技术与业务积累，才能开展系统的风险评估，并做好进一步审核以确保系统风险降低到ALARP水平。同时，交通运输部已决定建立全生命周期的安全评价体系，于2011年要求严格遵守试运营关卡、按期进行运营安全评估，并建议将与安全相关的机电设备归入独立的第三方安全评价范围，同时以第三方的运营许可证书作为验收条件8。1.4 论文研究内容与组织结构论文研究的对象是目前我国广泛应用的ZPW-2000A轨道电路的RAMS性能分析，同时研究针对于该轨道电路的RAMS性能。论文采用RAMS管理作为研究ZPW-2000A轨道电路的理论基础，利用FMEA和FTA共同对轨道电路系统进行可靠性分析。作者通过对大量文献的阅读和整理，对RAMS相关标准及各种评估方法进行了细致研究，分析了轨道电路对于RAMS管理的需求，在此基础上对轨道电路进行了RAMS评估分析，计算出系统的可靠度R、MTBF、可用度A和MTTR，所求系统可靠性、可用性及可维护性指标符合相关技术规定。对于系统的安全性本文采用ETA来对轨道电路进行分析，并提出减少故障的措施和途径，使系统安全性得到提高。在上述对轨道电路RAMS性能研究分析的条件下，使用敏感性分析来找出轨道电路系统的薄弱环节（即对轨道电路系统故障的影响最大的子系统），并对降低其故障率的方法措施进行了研究。通过对轨道电路的RAMS性能的分析研究，可以找到对轨道电路系统影响最大的子系统，通过改善和提高该子系统的性能，最终使得轨道电路的设计制造得到提高，铁路运输的服务质量得到提升。论文的组织结构如下：第1章 首先综述了论文的选题背景及研究意义，介绍了RAMS的含义和相关标准，RAMS管理在国内外的应用现状。以RAMS管理在国内外应用现状的对比引出了论文研究的意义。第2章 介绍了多种定性与定量的RAMS评估分析方法以及论文所使用的RAMS评估分析方法，即FMEA及建立在FMEA基础之上的FTA，以及ETA分析，为后面轨道电路系统的RAMS性能提供理论和工具支持。第3章 首先简单叙述了轨道电路的由来、作用及重要性，画出了ZPW-2000A轨道电路的系统结构示意图，以此示意图为基础，对该轨道电路进行了FMEA分析并在FMEA分析的基础上进行FTA分析、RAM评估，对该轨道电路系统的RAM指标进行了验证，并对验证结果进行了分析。同时画出了轨道电路故障的事件树，对系统的安全性进行了分析研究。在上文完成了轨道电路的RAMS性能分析之后用敏感性分析法来找出轨道电路系统的薄弱环节（即对轨道电路系统故障的影响最大的子系统），并对降低其故障率的方法措施进行了研究。 第四章总结本文所得出的结论，并对轨道电路系统的改进提出了建议，展望了轨道电路系统光明的未来。第2章 RAMS分析方法2.1 RAMS评估分析方法RAMS的安全评价体系是以系统全生命周期来构建的，运营与建设等相关单位在设备的全生命周期内，需要持续不断地进行风险评估，以便及时的找出应对措施并付诸行动，增加设备风险处于可控制状态的概率10。对于系统整个生命周期的每个过程都需要进行风险分析。风险分析通常采用概率来进行定量分析，即对不同故障的发生概率进行定量分析，方法主要有FMEA、FTA、ETA、敏感度分析、DM、AHP、影响图法等。RAMS风险评估的影响因素有很多，有些能够进行定量分析，而有些则只能进行定性分析。下面从定性和定量两个角度分别进行分析。1. 定性分析方法：1) 故障模式影响分析及危害性分析（Fault Mode Effects Analysis，FMECA）FMECA是在系统的整个设计阶段，对各子系统潜在的不同故障模式及其造成的不良后果进行分析，提出相应的应对措施，以提高系统性能的方法11。2) 影像图法影像图是一种决策性分析方法和工具，既能够表现出较为复杂的系统结构，也能够判别概率相关12。3) 德尔菲法(DelphiMethod)DM又称专家规定程序调查法13。DM的程序如下图所示：图2-1 DM方法通过几次反复的征询和反馈，直到最终得到具备高正确率的成效。2. 定量分析的方法:1) 敏感度分析敏感性分析是探究某个或某些因素发生不同的变化对某个整体系统的性能产生的后果严重程度的一种不确定分析方法14。该方法的本质是研究每个相关的参数数值的变化对于整个系统的影响程度的规律。2) 事件树分析法（Event Tree Analysis，ETA）ETA是一种基于时序逻辑的对事故进行细致分析的方法15。它从最初发生的事故开始进行分析，根据事情的发展过程来分析，而每个后续事件都只可以是完全相反的情况（Yes 或No）之一，到系统故障时分析结束。3. 既能定量也能定性分析的方法：1) 层次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）AHP是把和最终决策相关的因素分成目标、准则、方案等许多不同的层次，再对其进行定性、定量分析的一种决策方法16。适用于对比较复杂的系统的综合评价，特别是需要对系统同时进行定性与定量分析的时候此方法十分有效。2) 故障树分析法（Fault Tree Analysis，FTA）FTA方法首先分析那些有可能对系统产生不良影响的多种不同因素，以上述各种因素为底事件画出系统故障树，由此来确定系统发生故障的不同原因组合方式及其发生故障的概率，根据画出的系统故障树计算出系统故障概率，并提出适合的改进措施，来提高系统的相关性能。该方法直观、简单、条理清楚，既能进行定性分析，也能进行定量分析17。3) 危险与可操作性分析（Hazard and Operability Study，HAZOP）HAZOP是有一种可用于定性分析以及定量评价的危险分析方法18，该方法全面、系统的研究系统中每一个元件，并检查每个参数对于设计数据的偏离。使可以查出所有故障原因并得到相应的措施。综合上述所述的方法，本文从定性和定量的角度同时分析轨道电路的RAMS性能，FMEA分析方法全面、系统，FTA分析法直观、简单、条理清楚，故采用FMEA分析方法和FTA分析法能对轨道电路进行可靠性的定性和定量的分析；用RAM评估验证轨道电路的可用性及可维护性；同时用具有明显次序性的ETA分析法来定性分析轨道电路的安全性。在以上的分析基础上采用敏感性分析，得出轨道电路的薄弱子系统并采取好的建议，使轨道电路的RAMS性能得到充分的研究。2.2 FMEA分析法简介FMEA 是一种提高系统或设备可靠性设计的重要方法19。FMEA分析方法的作用是为了找到系统潜在的故障及其会产生的不良后果，再采取相应的方法、措施并不断对其进行改进。同时，它也是故障树分析（FTA）的基础。FMEA 是FMA和FEA的结合。通过风险评估和风险分析，FMEA利用科学技术把发现的风险进行消除或降至容许范围之内。FMEA 最重要的就是它是在故障发生前即进行分析并在这基础之上采取措施使降低故障率，而不是在故障发生之后才去寻找原因。通过FMEA可以将故障后果降到最低，更加保证行车安全。FMEA分析过程分为原因后果分析阶段、评级阶段，措施制定阶段19。1. 原因分析；2. 造成的后果分析；3. FMEA分析表；4. 研究结果分析；5. 采取措施。2.3 FTA分析法简介1962年美国贝尔实验室的华生（H.A.Watson）和汉塞尔(D.F.Hansl)两位共同提出了FTA分析法20。FTA分析方法对于较为复杂系统的安全性和可靠性的分析极其具有针对性。该方法直观、简单、条理清楚，既能进行定性分析，也能进行定量分析。2.2.1 故障树的符号及术语FTA里的各事件是用来描述系统或设备的故障状态的。故障树里常用事件符号及其概念如下21：1. 底事件：可能出现的任一情况都称为底事件。2. 中间事件:在FTA中各子系统故障导致系统故障的事件。3. 顶事件：系统故障后对系统的安全性与可靠性有很大影响的事件。故障树中各事件之间的相互关系由各种逻辑符号来进行表示。下面简述本文所用到的常用逻辑符号：1. 与门：当且仅当所有的底事件同时发生时，其对应的上层事件才会发生。它们之间的关系用与门表示。2. 或门：当几个底事件中一个或一个以上的底事件同时发生时，其对应的上层事件必然发生。它们之间的关系用或门表示。以上几种符号的形状如下图所示：图2-1 故障树基本符号2.2.2 故障树建造的步骤在故障树建造之前需要对系统及设备有明确的了解，并由设计员和其他相关人员共同合作完成故障树的建造。故障树的建造需要多次重复，并且不断进行修改完善。故障树建造的具体步骤为：1. 大量的收集、分析系统及故障的相关材料。包含系统的设计图、原理图、结构图、故障报告、维修报告和重大事故的原因分析等。2. 选择顶事件。顶事件的选择是根据不同的目的，例如与系统的安全性和可靠性密切相关的故障事件。3. 建造故障树。故障树的建造采用逻辑演绎法。将已经确定的重大故障事件放在顶部，接着将引起顶事件的直接因素放在第二层，再依照它们之间的关系将它们连接起来。按照上述内容逐次分析，直到最后一层全部都是底事件结束。2.2.3 故障树的数学模型故障树的结构函数22首先我们假设故障树的顶事件为Y，底事件为，为N个相互独立的底事件构成。设底事件时，底事件发生； =0时，底事件不发生；当顶事件时，顶事件发生； =0时，顶事件不发生；底事件的发生与否决定了顶事件的发生与否，所以顶事件的取值由底事件的取值决定。即为的函数：逻辑与门的结构函数为：逻辑或门的结构函数为： 2.4 ETA分析法简介来自于DTA（即决策树分析）的ETA分析方法是依照事故发展的过程从初因事件推论后续时间可能发生的后果，由此来对危险源进行辨识的方法23。它从最初发生的事故开始进行分析，根据事情的发展过程来分析，而每个后续事件都只可以是完全相反的情况（Yes 或No）之一，到系统故障时分析结束。2.4.1 ETA分析法的作用1) ETA可以在故障前进行风险评估，并预测可能产生的故障后果，同时寻找有效的方法。2) 在故障发生之后用ETA来分析故障发生的原因非常方便。3) ETA的分析结果可用于以后发生相似故障时的处理方法。2.4.2 ETA分析法的程序1. 确定初因事件找出对系统安全性有影响的初因事件并对其进行分析、归类，把有可能造成相同的事件树的初因事件归为一类。2. 建造事件树当对发生的初因事件确定后，对其进行分析之后找出之后可能发生的事件，再次确定这些后续事件发生的前后顺序，并且按照这些事件发生与否来对各种可能产生的后果事件进行详尽分析。3. 简化事件树在事件树的建造过程中，可能会有与系统故障没有任何关系的相关子系统，或者它们之间的关系发生相互矛盾的情况，此时就需要用工程、系统的知识来进行分辨，然后把它们从事件树中删掉，这样就对事件树进行了简化。4. 事件树的定量分析建造的事件树经过简化之后，再收集各个事件发生的概率，并分析各事件之间的相互关系，在此基础之上计算各个可能发生的后果的概率，在这个结果上进行故障的分析。2.5 敏感性分析法简介敏感性分析的根本性质就是通过依次改变相关变量的数值大小的方式来表示与这些参数相关的指标受这些变量的变动的影响大小的规律。敏感性分析又分为单因素和多因素这两种敏感性分析。在我们的实际情况中轨道电路系统是不会有单因素变化的，但我们为了便于计算和分析研究，假设轨道电路系统是单因素变化的，旨在找出轨道电路系统的薄弱环节并采取相应的方法措施来使其发生故障的概率最低化。在对系统进行敏感性分析时，按照下列步骤进行：1. 确定所分析系统需要进行分析研究的的性能指标。2. 选出所要分析的系统中不确定的因素并设定它们各自的变化程度。3. 计算所选系统中不确定性因素的数值变化对该系统的各项性能指标的影响大小，并通过计算出的结果找出其中的敏感性因素。4. 根据上一步骤的结果绘制出各不确定因素对于研究系统的敏感性分析图，并找出相应地提高系统性能的方法措施。第3章 轨道电路的RAMS性能分析3.1 轨道电路轨道电路由钢轨线路和钢轨绝缘共同组成。它用来监测钢轨线路是否占用，并利用轨道电路向列车传送各种行车讯息24。随着我国铁路运输的跨越式进展，对于铁路运输的要求也愈来愈高。轨道电路保证铁路列车安全可靠的作用也更加明显。ZPW-2000A轨道电路是我国目前使用的最为广泛的轨道电路。因此，为保障铁路列车安全运行，我们需要对ZPW-2000A轨道电路的系统RAMS性能进行研究分析。3.1.1 ZPW_2000A轨道电路的由来鲁滨逊在1870年首次研制出开路式轨道电路目的是为了检查列车是否占用了钢轨线路，并于之后的第三年成功研制出闭路式轨道电路。之后在宾西法尼亚铁路进行试用后，铁路自动信号就此产生了。新中国成立之前，我们国家采用的轨道电路技术十分落后；新中国成立之后，我们国家的轨道电路技术有了较大的进步，列车信息已经实现大量传输也使得其在我国铁路的广泛使用，为我国的信号发展奠定了基础。我国最开始是在1924年采用交流50Hz二元三位式相敏轨道电路，并在大连-金州，沈阳-苏家屯之间进行初次实验、使用。对于我国来说这是一个伟大的开端。而后，我国研制成功并采用了各式交流连续式轨道电路，之后从法国引进的UM71无绝缘轨道电路及在其基础上根据我国的实际情况进行研制的ZPW_2000A无绝缘轨道电路。ZPW-2000A轨道电