CTCS-3级列控系统主控制单元可靠性

CTCS-3级列控系统主控制单元

可靠性分析兰州交通大学自动化与电气工程学院自动控制目录22023/2/1一、概述二、主要研究内容三、结论32023/2/1

主控制单元是保列车安全、高效运行的关键技术和核心装备。一旦失效，将会造成人员伤亡和财产损失。

分析CTCS-3级列控系统主控制单元的可靠性，找出系统的薄弱环节，为进一步完善系统设计、确保列车安全运行以及降低维护成本具有重要意义。研究背景及意义一、概述图1车载系统结构示意图42023/2/1研究现状

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故障树法和马科夫状态转移图法是可靠性分析中常用的方法目前已经广泛应用于铁路信号领域。二者也普遍应用到列控系统中可靠性分析中。◆故障树分析法无法处理失效相关问题，另外利用故障树分析系统可靠性时不能将可维修性考虑在内；而马尔科夫模型存在状态空间爆炸的先天劣势。本文所采用的贝叶斯网络，能够在综合共因失效和可维修因素的基础上构建主控制单元可靠性模型。一、概述52023/2/1二、主要研究内容1构建C3级列控系统主控制单元的贝叶斯网络模型2

分析C3级列控系统主控制单元的可靠性3

分析C3级列控系统主控制单元的薄弱环节

本文研究的三个方面62023/2/1二、主要研究内容

建立FT模型

建立BN模型分析列控系统结构和功能；找出导致系统失效的原因。

求解BN模型因果推理诊断推理各单元故障时系统节点的故障率。系统故障时各单元的故障率。利用MSBNX软件进行求解。系统失效率及薄弱环节

构建贝叶斯网络与对主控制单元可靠性分析思路72023/2/1二、主要研究内容1构建C3级列控系统主控制单元的贝叶斯网络模型综合考虑列控系统主控制单元结构、设备冗余，分析失效原因图2主控制单元故障树模型基本部件(x=1,2)故障率λI/hMTTR/hATP-CUx1.49×10-50.5RSSx1.20×10-50.5GSM-Rx1.45×10-80.5RTMx1.80×10-50.5TIUx2.10×10-50.5C2-CUx1.20×10-50.5TCRx2.30×10-50.5表1

基本单元可靠性参数

建立FT模型82023/2/1二、主要研究内容2

分析C3级列控系统主控制单元的可靠性根据主控制单元的FT模型及其与BN的转化方法，构建主控制单元的BN模型。E1aATPCU1E1bATPCU2E2aRSS1E2BRSS2E3aGSM-R1E3bGSM-R2E4aRTM1E4bRTM2E5aTIU1E5bTIU2E6aC2-CU1E6bC2-CU2E7aTCR1E7bTCR2D1ATP-CU1D2RSSD3GSM-RD4RTMD5TIUD6C2-CUD7TCRC1ATP-VC1C2ATP-VC2C3C2-VC1C4C2-VC2B1C3-VCB2C2-VCACTCS-3级MCU图3

主控制单元贝叶斯网络模型

将FT模型映射为BN模型ORANDOROR92023/2/1二、主要研究内容2

分析C3级列控系统主控制单元的可靠性图4

考虑共因失效前后ATP-CU可靠度对比曲线共因失效前后ATP-CU可靠度对比曲线表明共因失效对冗余可维修系统有显著的影响，为使计算分析结果更加贴近实际情况，因此在系统可靠性分析中要考虑共因失效对系统的影响。

共因失效对系统可靠性的影响102023/2/1二、主要研究内容2

分析C3级列控系统主控制单元的可靠性表2

共因失效时基本单元可靠性指标(t=2×104h)编号基本单元λC/h-1RCUCD1ATP-CU1.45×10-60.9069092.44×10-6D2RSS1.20×10-60.9318431.76×10-6D3GSM-R1.61×10-90.9999978.08×10-10D4RTM1.71×10-60.8780553.25×10-6D5TIU1.94×10-60.8487694.10×10-6D6C2-CU1.20×10-60.9318431.76×10-6D7TCR2.50×10-70.9458481.76×10-7

共因失效条件下基本单元的可靠性指标共因失效条件下，主控制单元可用度为99.9996%，满足C3级列控系统需求。图5

基于BN主控制单元的可靠性评估本文采用β因子模型进行共因失效分析，其中β取值为10%。112023/2/1表3

主控制单元故障时各基本单元故障率基本单元故障率结果排序ATP-CU3.59×10-64RSS2.59×10-65GSM-R1.18×10-97RTM4.78×10-63TIU0.9999961C2-CU4.96×10-62TCR4.96×10-76根据图4与MSBNX软件，对主控制单元贝叶斯网模型进行反向推理，求得基本单元的故障率如表3所示，发现列车接口单元TIU故障率最高，它即是主控制单元的薄弱环节。3

分析C3级列控系统主控制单元的薄弱环节二、主要研究内容122023/2/1三、结论根据主控制单元的结构组成以及FT与BN之间的对应关系，建立了主控制单元的BN模型。利用主控制单元BN模型与MSBNX软件，得到共因失效条件下其