馬秋艷

摘 要：本文在對我國有關標準進行參考的前提上，對基本可靠性以及任務可靠性看成是我國信號系統(tǒng)可靠性基本要求的指標參數(shù)，并且分析了兩類參數(shù)建模和測定，進而給制定滿足用戶基本需求，同時也在技術方面實現(xiàn)可靠性指標值、可操作驗證方法打下牢固的基礎。

關鍵詞：城市軌道;交通信號;可靠性指標;動態(tài)監(jiān)控

城市軌道交通的特點是行車密度大、正點要求高，信號系統(tǒng)作為城市軌道交通的重要組成部分，對保證運營安全和列車高效率正點運行起著重要的作用，因此要求其具有很高的可靠性[1]。由于我國的現(xiàn)代信號系統(tǒng)技術起步較晚，近十幾年來許多線路大量引入國外先進的信號系統(tǒng)，而國內(nèi)又缺乏對其系統(tǒng)可靠性要求的相關研究，使得面臨大量新線集中建設、運營建設部門必須對信號系統(tǒng)提出可靠性要求時，只能參照其他相關系統(tǒng)的可靠性標準，憑經(jīng)驗提出。由于缺乏成熟、量化的可靠性指標和驗收體系，使得系統(tǒng)可靠性的驗收工作往往處于表面化;實際信號系統(tǒng)的運營也表明，某些系統(tǒng)的可靠性并不盡人意。因此，迫切需要對信號系統(tǒng)的可靠性要求進行研究，建立科學規(guī)范的可靠性指標和管理驗收體系。

1 城市軌道交通信號系統(tǒng)可靠性指標現(xiàn)狀

從各城市地鐵和輕軌信號系統(tǒng)的文件中可以看出，目前可靠性指標提法和等級相差較大，對于可靠性指標的規(guī)定各不相同，加上國內(nèi)外文化差異，造成對標準條件的理解也不同。例如，對于有人提出了平均故障間隔時間（MeanTmieBetweenFailure，MTBF）和平均故障運行間隔時間（MeanTmieBetweenServiceFailure，MTBSF）兩個可靠性指標參數(shù)，但信號系統(tǒng)中具體使用MTBF和MTBSF考核系統(tǒng)的可靠性仍存在一些問題。

首先，MTBF僅表示平均無故障時間，也稱可修復產(chǎn)品的平均壽命，是描述可靠性的一種特征量?？煽啃钥梢苑譃楣逃锌煽啃院褪褂每煽啃?，也可分為基本可靠性和任務可靠性。如果不加以說明，就會對可靠性產(chǎn)生不同的理解，無法進行指標的驗收，使指標缺乏實際的操作意義。

其次，可靠性指標的量值依據(jù)還需要探討。就MTBF的指標量值，有的要求提出與行車安全相關的可靠性指標應不小于106h、總的系統(tǒng)不小于105h，該量值主要是參考國內(nèi)外相關系統(tǒng)的可靠性標準提出的。

這些文件中的可靠性指標大多是針對產(chǎn)品固有可靠性的預計值，而實際系統(tǒng)的驗收指標應考核在現(xiàn)場安裝條件和使用環(huán)境下的系統(tǒng)和設備的使用可靠性，因而只有通過對實際系統(tǒng)的使用可靠性水平進行考察，才能制定出科學的指標值。

第三，現(xiàn)有指標主要針對硬件，而對軟件可靠性的定量要求較少，使得系統(tǒng)可靠性要求不很全面。使用方往往在系統(tǒng)投入運營后才發(fā)現(xiàn)軟件的缺陷，要求供貨方修改時，供貨方會以已經(jīng)滿足合同需求而拒絕修改缺陷，使用方陷于被動。

2 信號系統(tǒng)的可靠性指標

1999年，IEEE針對城市軌道交通信號系統(tǒng)的性能與功能要求制定了相關標準1474.1—1999。其中對于系統(tǒng)可靠性要求，提出將平均功能故障間隔時間（MeanTmieBetweenFunctionalFailure，MTBFF）和平均故障間隔時間（MeantmieBetweenFailure，MTBF）兩個參數(shù)，規(guī)定系統(tǒng)的MTBFF應考慮影響系統(tǒng)完成規(guī)定功能的所有故障，系統(tǒng)的MTBF則既包括影響系統(tǒng)功能的故障，也包括不影響系統(tǒng)功能完成（例如由于設備冗余）的所有故障;并且指出，雖然系統(tǒng)MTBFF和系統(tǒng)MTBF預計在傳統(tǒng)上僅考慮硬件故障，但在實際測定時，故障應包含軟件錯誤和硬件故障。

國際標準中提出對可靠性的要求值得我們借鑒，它明確規(guī)定MTBFF是考察系統(tǒng)任務可靠性、MTBF是考察系統(tǒng)基本可靠性，并且強調(diào)可靠性的預計與測定不同。但是，對標準中提出的測定系統(tǒng)MTBF和MTBFF時都應考慮軟、硬件故障，我們認為還應該具體考慮實際應用系統(tǒng)的特點。

在對現(xiàn)場的城市軌道交通信號系統(tǒng)評估時，MTBF作為基本可靠性的特征量，應反映出系統(tǒng)對維修人力、費用及備品備件的需求。如果一個系統(tǒng)基本可靠度低，即便任務可靠度滿足要求，也會導致該系統(tǒng)維護成本太高，不能說該系統(tǒng)是一個可靠的系統(tǒng)。因為，只要有設備故障，即使由于設備采用冗余并沒有影響系統(tǒng)功能的完成，卻仍馬上需要有維修人員進行診斷、維修或更換備件。而軟件故障是指軟件設計的缺陷在一定的運行條件下，導致系統(tǒng)運行中出現(xiàn)可感知的不正常、不正確和不按規(guī)范執(zhí)行的狀態(tài)。任何軟件內(nèi)部缺陷引起的錯誤，不在用戶維修范疇內(nèi)，并且用戶也無法維修，因而考慮軟件故障，并不能考察出系統(tǒng)對維修人力、費用和備品備件的需求。因此筆者認為，針對城市軌道交通信號系統(tǒng)，MTBF應主要考慮硬件故障。

3 信號系統(tǒng)可靠性指標的動態(tài)監(jiān)控

3.1 可靠性監(jiān)控的方法

基于對基本可靠性和任務可靠性的定義，本文將采用指數(shù)分布的點估計方法，說明系統(tǒng)基本可靠性MTBF和任務可靠性MTBFF的測定方法?？煽啃詼y定是用規(guī)定的統(tǒng)計方法，分析已得到的可靠性數(shù)據(jù)，以便估計出所關心的可靠性特征量，這些特征量可以用一個點估計值或一個置信區(qū)間的范圍來表示。鑒于所考察的設備和系統(tǒng)均工作在故障率近似為常數(shù)的偶然失效期（軟件未經(jīng)修改時也可認為服從指數(shù)分布），依據(jù)《設備可靠性試驗，可靠性測定試驗的點估計和區(qū)間估計的方法（指數(shù)分布）》（GB5080.4）中的點估計方法進行評估。

3.2 MTBF和MTBFF點估計

假設試驗時間t內(nèi)，根據(jù)故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)，主機A、S1和C各出現(xiàn)1次硬件故障，接口電路出現(xiàn)3次硬件故障，主機A出現(xiàn)10次軟件錯誤。

3.3 舉例說明

城市軌道交通信號系統(tǒng)主要由與行車安全相關的列車超速防護（AutomaticTrainProtection，ATP）系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)，與行車效率密切相關的列車自動監(jiān)控（AutomaticTrainSupervision，ATS）系統(tǒng)和列車自動駕駛（AutomaticTrainOperation，ATO）系統(tǒng)組成。下面以某條已通過驗收、實際運營線路的ATS系統(tǒng)為例，按照上述方法建立相應的分析模型，根據(jù)故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)來進行指標的點估計測定。

ATS系統(tǒng)功能主要包括制訂列車時刻表、列車運行追蹤控制、自動排列進路及列車運行自動調(diào)整等功能。通過調(diào)度集中設備與相關設備交互通信，站臺設置的旅客向?qū)到y(tǒng)還向旅客提供乘車有關的信息，發(fā)車指示器向司機提供顯示早晚點發(fā)車的倒計時信息等。

鑒于旅客信息系統(tǒng)與中央和本地的ATS設備相比，在完成信號系統(tǒng)功能方面有不同等級的可靠性要求，因而分別對其進行可靠性指標的評估。綜合考慮軟、硬件故障的任務可靠度與僅考慮硬件故障的任務可靠度計算結(jié)果相差很大，因此在考核系統(tǒng)任務可靠度時，必須要考慮軟件故障。對于旅客信息系統(tǒng)，由于沒有采用冗余結(jié)構(gòu)且不涉及軟件，因而其任務可靠度與基本可靠度相同。

4 結(jié)語

本文作為對城市軌道交通信號系統(tǒng)可靠性指標的初步探討，在參考國際相關標準的基礎上，提出了用MTBF和MTBFF分別指代系統(tǒng)的基本可靠度和任務可靠度，作為我國城市軌道交通信號系統(tǒng)可靠性指標的參數(shù)，同時指出基本可靠性應主要考慮硬件故障，任務可靠性應綜合考慮硬件故障和軟件故障，進而闡述了兩種參數(shù)的建模與監(jiān)控，為下一步既能滿足用戶需求而又能在技術上達到的可靠性指標值奠定了基礎。

參考文獻

[1]牛英明.城市軌道交通信號系統(tǒng)運用可靠性的驗證方法探討[J].世界軌道交通，2005（6）：3940.