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淺談基于故障樹的地鐵車輛客室自動門系統(tǒng)可靠性分析論文
我國的城市交通壓力日益嚴重，為了緩解這種壓力，有相當一部分城市開始引入城市地鐵系統(tǒng)。對城市地鐵來說，保障運作安全是第一位的，而現(xiàn)在的城市地鐵基本都在車輛客室上使用了自動門系統(tǒng)，這種系統(tǒng)雖然具有較高的智能性，但故障率并不低，城市地鐵的常見故障中，有超過三成來源于門系統(tǒng)的故障。在這種情況下，自動門系統(tǒng)的可靠性受到了質(zhì)疑，基于此種原因，本文將通過故障樹對該系統(tǒng)的可靠性進行分析，希望能為地鐵系統(tǒng)的優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)。
故障樹概述
故障樹即事故樹，是因果系統(tǒng)樹的一種實際應用形式，對外體現(xiàn)為倒立的因果關系樹狀邏輯圖，表征符號包括轉(zhuǎn)移符號、邏輯門符號與事件符號，用于描述單一系統(tǒng)中不同事件的因果關系。因此經(jīng)常被用于各種復雜系統(tǒng)的事件分析與多兆因事件的概率計算。
從本質(zhì)上來看，故障樹可以看作一種圖像化的分析方法，具有很強的直觀性和簡便性，雖然在精確性上不如動態(tài)函數(shù)手段，但是由于易于理解、而且也確保了最基本的分析準確性，所以在非大系統(tǒng)分析中依然非常受青睞。本文所述的地鐵車輛自動門系統(tǒng)可靠性分析即為與該分析方法適性較高的一種。
建立故障樹
通過故障樹分析地鐵自動門系統(tǒng)的可靠性，最基礎的環(huán)節(jié)是建立足夠完善的故障樹。建立故障樹的第一步是綜合分析需要建立故障樹的系統(tǒng)，以將建樹范圍確定下來。對本文分析的地鐵自動門系統(tǒng)來說，建樹范圍應囊括自動門系統(tǒng)直接發(fā)生的與其引發(fā)的所有故障。
其次要確定故障樹的頂上事件，頂上事件的確定方法有兩種，兩種方法都需要先分析所有的故障，不同的是，一種方法是選擇后果最嚴重的故障為頂上事件，另一種方法是選擇發(fā)生率最高的故障為頂上事件，具體選擇哪種方法應根據(jù)分析對象與分析方向確定�；诘罔F重大故障的危害性與負面的社會影響，本文選擇前一種方法來確定故障樹的頂上事件，頂上事件選為“自動門系統(tǒng)在車輛運行狀態(tài)下錯誤打開”。
頂上事件確立后，需要以此為基礎進行推導分析，先找出頂上事件發(fā)生的直接原因，對相應的中間事件進行層層遞進的因果關系推導，一直推導到無法分析事件原因或不需要分析事件原因的事件，這類事件被稱為底事件。然后利用邏輯門連接起所有上述獲得的事件并繪制成圖，這就完成了針對該頂上事件的故障樹。
定性和定量分析
定性分析
以故障樹為基礎的定性分析主要是為了保障可靠性分析的全面性，并從中發(fā)現(xiàn)故障控制的關鍵點。具體來說，針對地鐵自動門系統(tǒng)的定性分析要將頂上事件發(fā)生的全部原因、形式、影響因素都囊括進分析范圍，并計算分析全部失效模式的發(fā)生概率，通過概率的大小可以確認自動門系統(tǒng)運作的主要控制點，概率越大，可靠性也就越低，在控制上更應優(yōu)先注意。對本文所建立的故障樹來說，失效模式和故障樹的對應關系非常明確，失效模式、失效因素和故障樹的最小割集都呈單一對應關系，因此只要找出所有的最小割集就可以說是完成了定性分析。
定量分析
與定性分析不同，定量分析主要分析的是底事件和頂事件的關系，具體來說，定量分析就是利用確定的底事件發(fā)生概率計算頂上事件的概率與定量指標。在本文所用的故障樹中，利用故障樹的定量分析需要先將故障樹當作計算模型，確認已知的各項底事件的發(fā)生概率，然后將自動門系統(tǒng)失效這一頂上事件的發(fā)生概率推導計算出來，這樣一來就可以評估自動門系統(tǒng)，確認其風險性、安全性、可靠性。為此，我們對頂上事件與獨立化的底事件進行特化，將其“正�！迸c“故障”這兩種狀態(tài)的概率視為絕對的0 和1，這樣一來就可以得到全部底事件的發(fā)生概率。之后依據(jù)故障樹的總體邏輯結(jié)構(gòu)，自下而上展開逐級運算，直到推導出頂事件概率。由于本故障樹應用了“與”門和“或”門兩者邏輯結(jié)構(gòu)，在可靠性理論下，前者輸出事件的概率為P(X)=1，后者輸出事件的概率為P(X)=2，由此可進一步推得全部11 個底事件的發(fā)生概率分別為0.001，3.50×10 - 6，1.01×10 - 6，2.20×10 - 6，7.0×10 - 5，1.40×10 - 7，3.01×10 - 7，1.40×10 - 7，2.12×10 - 7，4.52×10 - 7，1.06×10 -7。根據(jù)這些概率和故障樹結(jié)構(gòu)，可以依次計算出P(6)到P(0)的數(shù)值，其中P(0)即為頂上事件的發(fā)生概率。最終定量分析結(jié)果為，頂上事件發(fā)生概率7.67×10 - 8。
結(jié)語
綜上可知，通過故障樹分析地鐵車輛的客室自動門系統(tǒng)首先要進行完善化、合理化、全面的故障樹建立，然后以此為基礎，運用數(shù)學手段采取定性分析與定量分析。前者分析了故障的各個組合模式與概率，指明了系統(tǒng)故障控制的重點;后者分析了在底事件概率確定的情況下，求算頂上事件概率的方法并得出了實際的頂上事件概率。將獲得結(jié)果與相關標準和同類系統(tǒng)對比可知，地鐵自動門系統(tǒng)具有較高的可靠性。
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