微机控制直通电空制动系统的FMEA和FTA分析

３００×ｌＯ×：ｌｎ＿尚×１ 点＝５ｈ ｌＯ×６０ ｌＯ
（一３‘）
根摄麓靠性理论，任～系统藏部件ｘ的露器囊戤《，｝ 与故障概率根据可靠性理论，任一系统或部件ｘ的可
靠度定ｘ“，之闽都有以下关系
酸ｆ，）踹ｌ嘎ｆｆ，
（４）
万方数据
第ｌ期
燹萌岭，王孝延，严凯军：微机控制袁通电空制动系统的ＦＭＥＡ和ＦＴＡ分析
ＦＭＥＡ是一种用列表的形式分析系统中每一产品 所可能产生的故障模式及其对系统所造成的可能影响
收稿日期：２００６一１１一１３；收稿改稿日期：２００７一ｌｌ—０６
万方数据
的一种可靠性分析方法。ＦＴＡ是一种用事件和逻辑门 的形式来表明产品的哪些组成部分的故障或外界事 件，或者它们的组合将导致产品发生一种给定故障的 逻辑因果关系。运用ＦＴＡ方法，可以针对产品的某一 给定故障建立故障树，并对所建立的故障树进行定性 分析和定量计算。根据ＦＭＥＡ的特点，通过ＦＭＥＡ的分 析表格不仅可以列出构成系统的零部件及其故障模 式，并对它们逐项进行编号，而且可以针对某种零部 件的某种故障模式，将其故障率数据逐项列表记录。 而根据ＦＴＡ的特点，在绘制故障树时需要各个零部件 的编号以标识它们，在对故障树进行定量计算时更是 需要零部件的编号和该编号对应的故障率数据。因此 ＦＭＥＡ和ＦＴＡ具有优势互补的特点，综合运用这２种方 法，对一个复杂系统首先运用ＦＭＥＡ法找出各零部件
ｍｅ ＩＩｌｉｎｉｍｕｍ
ｃｕｔｅｓｔ ｓｏ ａｓ ｔｏ ｒｅａｃｈ ｔ１１ｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉ哆ｉｎｄｅｘ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｒａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｆａｕｌｔ ｔｒｅｅ ｍｏｄｅｌ；ＦＭＥＡ；ＦｒＡ；ＥＭＵｓ
Ｏ 引言
在文献【ｌ】中，曾尝试了以某电动车组的制动系统 为原型，用可靠性框图法建立微机控制直通电空制动 系统的可靠性模型，但该方法适用于对系统可靠性水 平的粗略描述，在解决复杂系统的可靠性问题，尤其 是子系统间耦合度大或各故障之间逻辑关系复杂的问 题时常显得力不从心，需要借助ＦＭＥＡ（Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍｏｄｅ ａｎｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ故障模式影响分析汗口ＦｒＡ（Ｆａｕｌｔ Ｔｒｅｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ故障树分析）方法对系统的可靠性进行深入和 细致的研究。
鸵∞
维修周期，年
网４ 某非常制动系统ＭＴＢＦ随维修周期的变化
万方数据
一３５—
机
车
电
传
动
２００８年
３结语 ，
①由于非常制动系统的作用是保诞列车在无法预 知的非常情况下熊够安全停车，对乘客安全具有霞要 的作用，从某种意义上可以说是整个制动系统的“最 后保命线”，因此非常制动系统要确保其安全可靠。根 据计算，从表３可以看出，莱动车组的鼍＃常制动系统在 运行２０年后仍畿保持９７。５露％的可靠度和４ ２２３ ｈ的 ＭＴＢＦ值，能够满足使用要求。根据跟踪调查。某电动 车组在迄今为止的运行过稷中，非常制动系统发生故 障的概率穰小，ｊ｝鞋计算结果基本一致。
砥０２（矿曩嫩（ｆ）＋岛埘ｏ，‰㈣蜉ｌ嬲。秽ｌ柏黝
（２＞
假设篥电动车组每年运行３００灭，每天的运行时间 隽ｌＯ ｈ。程运行过程中缀定每１０ ｍｉｎ调逮（酃涮动）一
次，每次渊动的时阌为ｌ◇ｓ。壹乎嚣常制动仅在菲常翡 况下使用，使用频率较低，在这里假定非常制动次数
告铽动总次数豹ｌ，ｌＯ，则根据瑕土缎设，每年箨常裁穗 系统豹工作时阊约炎
｛２１０ｌ｝，｛０９０３｝，｛１５０２ｌ，｛１６０２）。另外，从图３的衙化故障
树可以看出，非常制动系统除了非常制动开关和车长
阀为并联关系外，其缝部分趋蠹串联关系。因此除了
车长阀和控制台开关的故障对系统变施非常制动的可
靠性影响相对较小外，其他各个部件的影响都较大，
应在系统设计黧元部终选型时多熊注意，确保可靠，
一一””二；作者简介：吴萌岭（１９５９一），
摘要：分析了系统可靠性分析法中ＦＭＥＡ和ＦＴＡ各自的优点，探讨２种方法相结合分析复杂主＇市畿髫髫釜着主
系统可靠性的可行性．进而以某微机控制直通电空制动中的非常制动系统为研究对象，分别运用技术研究所所长，从事轨 ＦＭＥＡ和ＦｒＡ对其进行分析，给出了ＦＭＥＡ分析表并建立了系统的故障树模型；根据布尔代数的运道车辆制动与安全技术的
｛１４０ｌ｝，｛１１０１），（０９０１），｛０９０２），｛１７０１），｛１８０１），｛１９０１ｌ，
｛１５０ｌｌ，｛１１０２｝，｛１６０１），｛Ｏ１０２｝；ｆ０２０２ｌ，｛０３０２｝，｛０４０２｝，
｛§５９２｝，｛嘲２｝，｛∞髭；，｛２∞ｌ；，｛１２睨｝，｛０８泛｝，｛１３救｝，
圈ｌ 綮菲常制动系统原理
最（≠）＝ｌ—ｅ一３ｘ’
（１）
根据可靠性理论中最小割集的故障概率与故障树
颚事件故障概率的关系，菜非常翩动系统发生敬障黪
概率为
Ｐ删２巳煳，ｋｉ《孝气。ｌ《净‰地‰ｌ∥‰｛口Ｐ‰ｌ《矿Ｐｌ舯３《ｆ）＋
Ｐｌｔｏ薹。，壬．尹ｌ瓣ｔ《矗谗ｌ∞ｌ‘，，泸Ｉｌ瓤酊｝‰ｌ秽卜Ｐ嘲。＋尹ｌ∞ｌｍ＋
锄气０２（ｎ＋‰０２（，‰矿％蝴ｏ＋ｐ如ｌ矿ＪＰｌ粼ｆ）＋ Ｐｌ蛳，，÷只圳，）＋只硎《∥Ｐｌｌ０２（ｆ）＋尹删矿心ｌ。２（ｆ）十魏粼，
算规则对故障树进行了逻辑简化，得出了系统部件故障的最小割集；利用最小割集对所建立的故障研究与开发。
树进行定量计算，得出了系统的可靠性指标。
关键词：制动系统；可靠性分析；故障树模璎；ＦＭＥＡ；ＦＴＡ；电动车组
中图分类号：Ｕ２６０．３５
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００一１２８ｘｒ２００８）０卜００３２—０５
②从图４ ＭＴＢＦ曲线的变化趋势可以看出，某电动 车组非常制动系统的平均戈故障工作对闻ＭＴＢＦ随维 修周期的增搬赢减小，表鞠缩短维修躅期是提离系统
无数障工作时闻的一个有效途径。 ③从本文的运用实践来看，对于一个工程系统运
黼２ 菜菲常翩动系统羧潦瓣模型
爨３ 菜非常裁动系统篱亿敬障瓣
将前面ＦＭＥＡ分析中查阅相关标准得到的和在运
程计算（过程略）后可得非常制动系统的可靠度随运
营实践中积累的故障率数据分别代人式（４），进行编
行时间变化的关系，如表３所示。
表３ 莱嚣豢裁动系统霹奏度隧遴行对闻的变化
和其健酶视车车辆设备一样，菜电动车组镧动系槲时
ａｂｎｏ肌ａｌ ｓｔｕｄｉｅｄ ｆｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｌｌｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ
ｂｒａｋｉｎｇ ｏｆ ｍｉｃｒｏ—
ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎ劬ｌｌｅｄ ｄｉｒｅｃ诅ｃｔｉｎｇ ｅｌｅｃ怕－ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｂｒ凼ｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｗｉ山ＦＭＥＡ ａｎｄ ＦｒＡｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ刚ＥＡ柚ａｌｙｓｉｓ协ｂｌｅ ｉｓ
１ 研究对象
菜菲常制动系统原理如蚕ｌ所示，司机或乘务人员 人为实施或列车故障后自动实施非常制动后，制动风 缸的压缩空气经截断塞门ｌ后一路作为中继阀的风源 输入，另外一路分舅｜ｊ经过２个调压阀将压力降低至 ５００ ｋＰａ左右。减压后的压缩空气分别经过非常制动电 磁阀、强迫缓解电磁阀、双向阀和空电切换电磁阀到 达容积室，容积室稳定气流后的艇力到达巾继阀成隽 其控制压力。中继阀将控制压力经过流量放大成为输 如压力，经截断塞门２后到达制动缸。制动敬将中继阕 麴输出匿力转亿鸯鞲鞯推抒翡推力，＿并传递至基磁剃 动装置，基础制动装鼍最终将闸瓦压力转化为制动縻
以上ＦＭＥＡ分析表中严酷等级为１和２的项目将可 能导致人员伤亡，因此要弓ｌ起特别黧视，应加强这些 类顼舀的敌障麓控措施，并缩短定翘维护周期，确保 其安全可靠。 ２．２ ＦＴＡ分析
根据以上≯Ｍ嚣Ａ分析，综合考虑菜菲常麓动系统 各个部件故障之间的逻辑关系，建立该非常制动系统 的故障树模型如图２，其中的故障模式编号与前述 ＦＭ嚣Ａ分析的故障编号一致。一
２．ＭＴＲ Ｃｏｌｌ印）ｒａｔｉｏｎ（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ）Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８０３ｌ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｄｖ锄ｔａｇｅｓ ａｒｃ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｏｒ ＦＭＥＡ ａＪｌｄ ＦｒＡ，ｔｗｏ ｏｆ ｔｌｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｃｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｉｓ
２００８年第ｌ期 ２００８年１月１０日
机车
电
传动
ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲＩＶＥ ＦＯＲ ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥＳ
№１．２００８ Ｊａｎ．１０．２００８
微机控制直通电空制动系统
的ＦＭＥＡ和Ｆ ＴＡ分析
吴萌岭１，王孝延１，严凯军２
ｉ
研究开发
同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海 ２００３３ｌ；
’口
２．港铁轨道交通（深圳）有限公司，广东深圳 ５１８０３１）
ｇｉｖｅｎ ａｎｄ ｔｌｌｅ ｆａｕｌｔ ｔｒｅｅ ｍｏｄｅｌ ０ｆ ｍｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｂｕｉｌｔ．ｍｌｅ ｌｏｇｉｃ ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｏｎｅ ｔｏ ｍｅ ｆａｕｌｔ ｔｒｅｅ ｗｉｍ Ｂｏｏｌｅａｌｌ ａｌｇｅｂｒａ ｆｏｍｍｌａ ａｎｄ ｔｈｅ
ｆａｕｌｔ咄ｗｉｍ ＩＩｌｉｎｉｍｕｍ ｃｕｔｓｅｔ ｏｆⅡｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆａｕｌｔｓ ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔ｜ｌｅｎ ｑｕａＩｌｔｉｔａｔｉＶｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｔ０ ｔｈｅ ｂｕｉｌｔ
ＡｎａＩｙｓｉｓ ｂｙ ＦＭＥＡ ａｎｄ ＦＴＡ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ－ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
Ｄｉｒｅｃｔａｃｔｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｂｒａｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
、ⅣＵ ＭｅＩｌｇ－Ｕｎ９１，ＷＡＮＧ ｘｉａｏ—ｙ嬲１，ＹＡＮ ｌ【ａｉ－ｊ吼２ （１．１ｎｓｔｉｔｌｌｔｅ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ ａｎｄ Ｕｒｂａｎ Ｍａｓｓ Ｔｒａｌｌｓｉｔ，Ｔｏｎ萄ｉ ＵｎｉＶｅｒｓｉ够，ｓｈａｎｇｈａｉ ２００３３ ｌ，ｃｌｌｉｎａ；
并加强日常维护。
பைடு நூலகம்
、
有了以上最小割集，就可以根据可靠性理论对非常
裁动故障树进行定量谴算，求得系统的故障褫率、霹靠
度和ＭＴＢＦ。根据可靠性理论，假定系统零部件的故障 表１ 故障严酷等级定义
万方数据
机
车
电传动
２００８年
率符合指数分布，设其中某零部件ｘ的故障率为常数
量；，员ｌｊ塞可靠性理论该零部件王作时阍ｆ詹故障概率为
统的部件也需要定期维护。根据周期性维修系统
ＭＴＢＦ的近似计算公式（见参考文献【２】）：
∈４２∞
．姗ｎ赢甲 １１１碍∽
差鸵诣 （～）５’）量４２４２２２００
＼． …＼
、。 ＼＿
—～、＿
式中：ｚ为系统的维修周期。， 将求褥豹随车辆运营时窝变化的菲常麟动系统可
靠度数据代入式（５）可以得到非常制动系统的ＭＴＢＦ 隧维修周期的变化关系，如图４所示。
第ｌ期
吴萌岭，熏孝延，严凯攀：微机控制直通电空制动系统的ＦＭＥＡ和ＦＴＡ分析
的故障模式，逐项标识并记录其故障率，然后运用 ＦＴＡ法建立系统的故障树模型，深入探究各个故障模 式之闻的逻辑关系并定量计算系统的故障概率、可靠 度和ＭＴ８Ｆ（平均无故障工作时阀），是进行可靠性分 析的一种科学、有效的方法。本文将按照这种思路对 莱微机控制蹇通电空别动系统巾的菲常裁动系统进行 可靠性分析。
根据布尔代数的运算规则对故障树进行逻辑简 化，得到某非常制动系统的简化故障树如图３。
由于菜毒≥常裁动系统的结搀穗对篱单，敞其筒化 故障树也相应的比较简单，不必用下行法进行列表分 析即可得出非常制动系统的最小割集先：｛ＯｌＯｌ，０２０ｌ，
Ｇ３Ｑｌ，溯ｌ，０５◇ｌ，溯ｉ，钟０ｌ；，｛ｌ∞３｝，ｌｌｌ０３｝，ｌｌ菊ｌ｝，
’
擦力。
２可靠性分析
２．１ Ｆ瓣酸分析 首先对故障严酷等级进行定义，见表ｌ。然后对某
非常制动系统进行ＦＭＥＡ分析。由予篇幅所限，本文的
ＦＭ嚣Ａ分析表略去了与疆Ａ分析无关的２列，郄省去了
“故障原因”和“故障的弱部影响”；弱时为了和后面 ＦＴＡ分析相衔接，以及计算的方便而增加了“故障率 预计”秘“数据震源”２歹ｌｊ。具体的ＦＭＥＡ分析见表２，其 中的“故障率预计”列部分是查阕中华人民共和国军 用标准ＧＪＢ／ｚ２９９Ｂ一９８并根据运用情况进行修正的，机械 部分恚要通过借鉴地铁领域国外的霹靠性数搌，并结 合我国实际情况修正后得到的。