FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計過程中的應用

宋小霞

摘 要 簡要概述FMEA基本概念及分析過程，并描述FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計開發(fā)中的分析過程、嚴酷度等級劃分、故障模式概率程度劃分、分析結果等內(nèi)容。

關鍵詞 FMEA；不對稱高壓脈沖軌道電路；設計過程

中圖分類號：U284 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0053-02

1 FMEA簡述及分析過程

FMEA（fault mode，effects analysis），其中文全稱為“故障模式及影響分析”，是一種自下而上、分析產(chǎn)品所有可能的故障模式及其可能產(chǎn)生的影響，并按每一個故障模式的嚴重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法，廣泛應用于產(chǎn)品可靠性工程、安全性工程、維修性工程等領域。FMEA分析過程和基本步驟為：

1）定義系統(tǒng)功能和工作最低要求。

2）擬定功能結構層次圖以及其他圖標或數(shù)學模型。

3）確定分析的基本原則和用于完成分析的相應文件。

4）確定故障模式、原因和影響，以及它們之間相對的重要性和順序。

5）找出故障的檢測、隔離措施和方法。

6）找出設計和工作中的預防措施，以防止特別不希望發(fā)生的事件。

2 FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計中的應用

2.1 不對稱高壓脈沖軌道電路定義

圖1 非電氣化非電碼化結構簡圖

不對稱高壓脈沖軌道電路屬于有絕緣、閉路式脈沖軌道電路，是基于鋼軌傳輸信號的一種鐵路站內(nèi)軌道電路，不對稱高壓脈沖軌道電路主要由高壓脈沖發(fā)碼器、軌道/扼流變壓器、傳輸通道、高壓脈沖譯碼器、軌道繼電器等組成。由工頻電源為電路提供能量，通過發(fā)碼器控制電容充放電為電路提供脈沖峰值電壓，經(jīng)送端軌道變壓器變壓、鋼軌流至接收端軌道變壓器變壓、譯碼器整流出兩路分別為二元差動繼電器提供頭部和尾部電壓，使得二元差動繼電器正常工作。不對稱脈沖軌道電路用于檢查軌道區(qū)段是否有車占用，若有車占用，軌道電路終端的軌道繼電器應處于落下狀態(tài)；若無車占用，軌道繼電器應處于吸起狀態(tài)。圖1所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路系統(tǒng)結構框圖。

2.2 建立不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

以非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路為例，其主要由發(fā)碼器、送端軌道變壓器（扼流變壓器）、受端軌道變壓器（扼流變壓器）、譯碼器、繼電器五個模塊串聯(lián)而成；根據(jù)功能劃分，發(fā)碼器又可分為穩(wěn)壓器、發(fā)碼電子盒、限流電阻；譯碼器可分為脈沖信號頭部整流電路、脈沖信號尾部整流電路；繼電器分為脈沖接收線圈、接點部分。圖2所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路產(chǎn)品結構層次框圖。為便于分析，給每個部件都賦予編號。

圖2 非電氣非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

2.3 故障判斷或分析原則

當軌道電路中的終端設備--軌道繼電器錯誤落下或吸起時，可判定為軌道電路系統(tǒng)發(fā)生故障。當軌道電路的終端設備——軌道繼電器錯誤吸起，示為危險側故障。

2.4 故障嚴酷度的判定方法

表1 嚴酷等級劃分

嚴酷等級 賦值 嚴重程度

特大事故 Ⅰ級 繼電器錯誤吸起，軌道電路錯誤顯示空閑，

造成多人死亡或重傷

重大事故 Ⅱ類 繼電器可能錯誤吸起或落下。

造成少數(shù)人死亡或重傷。

次要事故 Ⅲ類 繼電器錯誤落下或分路殘壓過高。

影響軌道電路可用性，列車晚點，影響分路效果。

輕微事故 Ⅳ類 繼電器錯誤落下，

影響行車的其他情形及軌道電路可用性。

參考《鐵路交通事故調(diào)查處理規(guī)則》量化危害傷害程度、范圍，以及鐵道部對危害嚴酷等級的劃分，鐵路信號產(chǎn)品通常遵循如表1示的嚴酷度準則劃分。

2.5 故障影響定義

故障影響是指產(chǎn)品的每一個故障模式對產(chǎn)品自身或其他產(chǎn)品的使用、功能和狀態(tài)的影響。本文以模塊為最底層舉例，則定義如表2所示的故障影響。

表2 故障影響的定義

名稱 定義

局部影響 某模塊的故障模式對其本身及所在層次的影響，

如發(fā)碼器的故障模式之一對其自身的影響

系統(tǒng)影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的上一層次產(chǎn)品的影響，如發(fā)碼器的故障模式對軌道電路的影響。

最終影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的最終層次的影響，如發(fā)碼器的故障模式對信號系統(tǒng)的影響。

2.6 分析結果

根據(jù)上述描述的嚴酷度等級、故障模式程度等級劃分，結合圖2分析的約定層次進行FMEA分析，并根據(jù)本文第1節(jié)描述的“FMEA分析過程及6個基本步驟”逐一進行分析，分析結果參見表3所示的FMEA工作表單。各種故障的影響及嚴酷度主要是根據(jù)設計人員及其他現(xiàn)場經(jīng)驗分析而成。

3 總結

在對不對稱高壓脈沖軌道電路進行FMEA分析過程中也存在一些問題，比如現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)的不足、分析人員的實踐經(jīng)驗較少等，從而影響了FMEA分析的深度及正確性。然而，在產(chǎn)品開發(fā)設計過程中進行FMEA分析，不僅可找出薄弱環(huán)節(jié)，進一步改進可靠性；對于鐵路產(chǎn)品，通過分析FMEA可以進一步對產(chǎn)品的技術危害進行分析，并可在FMEA基礎上進一步進行CA（critical analysis）危害性分析，增加其安全性。例如上述所舉例分析的不對稱高壓脈沖軌道電路FMEA分析可看出，當差動繼電器發(fā)生“繼電器錯誤吸起”則會出現(xiàn)致命性的影響，其次是譯碼器尾部電路故障。因此，在鐵路產(chǎn)品設計開發(fā)過程中有必要進行FMEA分析。

參考文獻

[1]董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）[M].中國鐵道出版社，2009.

[2]酈萌，吳芳美.鐵路信號可靠性安全性理論及證實[M].中國鐵道出版社，2008.

[3]FMECA分析技術在機車空調(diào)系統(tǒng)設計中的應用[J].技術與市場，2013，20（4）.endprint

摘 要 簡要概述FMEA基本概念及分析過程，并描述FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計開發(fā)中的分析過程、嚴酷度等級劃分、故障模式概率程度劃分、分析結果等內(nèi)容。

關鍵詞 FMEA；不對稱高壓脈沖軌道電路；設計過程

中圖分類號：U284 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0053-02

1 FMEA簡述及分析過程

FMEA（fault mode，effects analysis），其中文全稱為“故障模式及影響分析”，是一種自下而上、分析產(chǎn)品所有可能的故障模式及其可能產(chǎn)生的影響，并按每一個故障模式的嚴重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法，廣泛應用于產(chǎn)品可靠性工程、安全性工程、維修性工程等領域。FMEA分析過程和基本步驟為：

1）定義系統(tǒng)功能和工作最低要求。

2）擬定功能結構層次圖以及其他圖標或數(shù)學模型。

3）確定分析的基本原則和用于完成分析的相應文件。

4）確定故障模式、原因和影響，以及它們之間相對的重要性和順序。

5）找出故障的檢測、隔離措施和方法。

6）找出設計和工作中的預防措施，以防止特別不希望發(fā)生的事件。

2 FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計中的應用

2.1 不對稱高壓脈沖軌道電路定義

圖1 非電氣化非電碼化結構簡圖

不對稱高壓脈沖軌道電路屬于有絕緣、閉路式脈沖軌道電路，是基于鋼軌傳輸信號的一種鐵路站內(nèi)軌道電路，不對稱高壓脈沖軌道電路主要由高壓脈沖發(fā)碼器、軌道/扼流變壓器、傳輸通道、高壓脈沖譯碼器、軌道繼電器等組成。由工頻電源為電路提供能量，通過發(fā)碼器控制電容充放電為電路提供脈沖峰值電壓，經(jīng)送端軌道變壓器變壓、鋼軌流至接收端軌道變壓器變壓、譯碼器整流出兩路分別為二元差動繼電器提供頭部和尾部電壓，使得二元差動繼電器正常工作。不對稱脈沖軌道電路用于檢查軌道區(qū)段是否有車占用，若有車占用，軌道電路終端的軌道繼電器應處于落下狀態(tài)；若無車占用，軌道繼電器應處于吸起狀態(tài)。圖1所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路系統(tǒng)結構框圖。

2.2 建立不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

以非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路為例，其主要由發(fā)碼器、送端軌道變壓器（扼流變壓器）、受端軌道變壓器（扼流變壓器）、譯碼器、繼電器五個模塊串聯(lián)而成；根據(jù)功能劃分，發(fā)碼器又可分為穩(wěn)壓器、發(fā)碼電子盒、限流電阻；譯碼器可分為脈沖信號頭部整流電路、脈沖信號尾部整流電路；繼電器分為脈沖接收線圈、接點部分。圖2所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路產(chǎn)品結構層次框圖。為便于分析，給每個部件都賦予編號。

圖2 非電氣非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

2.3 故障判斷或分析原則

當軌道電路中的終端設備--軌道繼電器錯誤落下或吸起時，可判定為軌道電路系統(tǒng)發(fā)生故障。當軌道電路的終端設備——軌道繼電器錯誤吸起，示為危險側故障。

2.4 故障嚴酷度的判定方法

表1 嚴酷等級劃分

嚴酷等級 賦值 嚴重程度

特大事故 Ⅰ級 繼電器錯誤吸起，軌道電路錯誤顯示空閑，

造成多人死亡或重傷

重大事故 Ⅱ類 繼電器可能錯誤吸起或落下。

造成少數(shù)人死亡或重傷。

次要事故 Ⅲ類 繼電器錯誤落下或分路殘壓過高。

影響軌道電路可用性，列車晚點，影響分路效果。

輕微事故 Ⅳ類 繼電器錯誤落下，

影響行車的其他情形及軌道電路可用性。

參考《鐵路交通事故調(diào)查處理規(guī)則》量化危害傷害程度、范圍，以及鐵道部對危害嚴酷等級的劃分，鐵路信號產(chǎn)品通常遵循如表1示的嚴酷度準則劃分。

2.5 故障影響定義

故障影響是指產(chǎn)品的每一個故障模式對產(chǎn)品自身或其他產(chǎn)品的使用、功能和狀態(tài)的影響。本文以模塊為最底層舉例，則定義如表2所示的故障影響。

表2 故障影響的定義

名稱 定義

局部影響 某模塊的故障模式對其本身及所在層次的影響，

如發(fā)碼器的故障模式之一對其自身的影響

系統(tǒng)影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的上一層次產(chǎn)品的影響，如發(fā)碼器的故障模式對軌道電路的影響。

最終影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的最終層次的影響，如發(fā)碼器的故障模式對信號系統(tǒng)的影響。

2.6 分析結果

根據(jù)上述描述的嚴酷度等級、故障模式程度等級劃分，結合圖2分析的約定層次進行FMEA分析，并根據(jù)本文第1節(jié)描述的“FMEA分析過程及6個基本步驟”逐一進行分析，分析結果參見表3所示的FMEA工作表單。各種故障的影響及嚴酷度主要是根據(jù)設計人員及其他現(xiàn)場經(jīng)驗分析而成。

3 總結

在對不對稱高壓脈沖軌道電路進行FMEA分析過程中也存在一些問題，比如現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)的不足、分析人員的實踐經(jīng)驗較少等，從而影響了FMEA分析的深度及正確性。然而，在產(chǎn)品開發(fā)設計過程中進行FMEA分析，不僅可找出薄弱環(huán)節(jié)，進一步改進可靠性；對于鐵路產(chǎn)品，通過分析FMEA可以進一步對產(chǎn)品的技術危害進行分析，并可在FMEA基礎上進一步進行CA（critical analysis）危害性分析，增加其安全性。例如上述所舉例分析的不對稱高壓脈沖軌道電路FMEA分析可看出，當差動繼電器發(fā)生“繼電器錯誤吸起”則會出現(xiàn)致命性的影響，其次是譯碼器尾部電路故障。因此，在鐵路產(chǎn)品設計開發(fā)過程中有必要進行FMEA分析。

參考文獻

[1]董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）[M].中國鐵道出版社，2009.

[2]酈萌，吳芳美.鐵路信號可靠性安全性理論及證實[M].中國鐵道出版社，2008.

[3]FMECA分析技術在機車空調(diào)系統(tǒng)設計中的應用[J].技術與市場，2013，20（4）.endprint

摘 要 簡要概述FMEA基本概念及分析過程，并描述FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計開發(fā)中的分析過程、嚴酷度等級劃分、故障模式概率程度劃分、分析結果等內(nèi)容。

關鍵詞 FMEA；不對稱高壓脈沖軌道電路；設計過程

中圖分類號：U284 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0053-02

1 FMEA簡述及分析過程

FMEA（fault mode，effects analysis），其中文全稱為“故障模式及影響分析”，是一種自下而上、分析產(chǎn)品所有可能的故障模式及其可能產(chǎn)生的影響，并按每一個故障模式的嚴重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法，廣泛應用于產(chǎn)品可靠性工程、安全性工程、維修性工程等領域。FMEA分析過程和基本步驟為：

1）定義系統(tǒng)功能和工作最低要求。

2）擬定功能結構層次圖以及其他圖標或數(shù)學模型。

3）確定分析的基本原則和用于完成分析的相應文件。

4）確定故障模式、原因和影響，以及它們之間相對的重要性和順序。

5）找出故障的檢測、隔離措施和方法。

6）找出設計和工作中的預防措施，以防止特別不希望發(fā)生的事件。

2 FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計中的應用

2.1 不對稱高壓脈沖軌道電路定義

圖1 非電氣化非電碼化結構簡圖

不對稱高壓脈沖軌道電路屬于有絕緣、閉路式脈沖軌道電路，是基于鋼軌傳輸信號的一種鐵路站內(nèi)軌道電路，不對稱高壓脈沖軌道電路主要由高壓脈沖發(fā)碼器、軌道/扼流變壓器、傳輸通道、高壓脈沖譯碼器、軌道繼電器等組成。由工頻電源為電路提供能量，通過發(fā)碼器控制電容充放電為電路提供脈沖峰值電壓，經(jīng)送端軌道變壓器變壓、鋼軌流至接收端軌道變壓器變壓、譯碼器整流出兩路分別為二元差動繼電器提供頭部和尾部電壓，使得二元差動繼電器正常工作。不對稱脈沖軌道電路用于檢查軌道區(qū)段是否有車占用，若有車占用，軌道電路終端的軌道繼電器應處于落下狀態(tài)；若無車占用，軌道繼電器應處于吸起狀態(tài)。圖1所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路系統(tǒng)結構框圖。

2.2 建立不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

以非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路為例，其主要由發(fā)碼器、送端軌道變壓器（扼流變壓器）、受端軌道變壓器（扼流變壓器）、譯碼器、繼電器五個模塊串聯(lián)而成；根據(jù)功能劃分，發(fā)碼器又可分為穩(wěn)壓器、發(fā)碼電子盒、限流電阻；譯碼器可分為脈沖信號頭部整流電路、脈沖信號尾部整流電路；繼電器分為脈沖接收線圈、接點部分。圖2所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路產(chǎn)品結構層次框圖。為便于分析，給每個部件都賦予編號。

圖2 非電氣非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

2.3 故障判斷或分析原則

當軌道電路中的終端設備--軌道繼電器錯誤落下或吸起時，可判定為軌道電路系統(tǒng)發(fā)生故障。當軌道電路的終端設備——軌道繼電器錯誤吸起，示為危險側故障。

2.4 故障嚴酷度的判定方法

表1 嚴酷等級劃分

嚴酷等級 賦值 嚴重程度

特大事故 Ⅰ級 繼電器錯誤吸起，軌道電路錯誤顯示空閑，

造成多人死亡或重傷

重大事故 Ⅱ類 繼電器可能錯誤吸起或落下。

造成少數(shù)人死亡或重傷。

次要事故 Ⅲ類 繼電器錯誤落下或分路殘壓過高。

影響軌道電路可用性，列車晚點，影響分路效果。

輕微事故 Ⅳ類 繼電器錯誤落下，

影響行車的其他情形及軌道電路可用性。

參考《鐵路交通事故調(diào)查處理規(guī)則》量化危害傷害程度、范圍，以及鐵道部對危害嚴酷等級的劃分，鐵路信號產(chǎn)品通常遵循如表1示的嚴酷度準則劃分。

2.5 故障影響定義

故障影響是指產(chǎn)品的每一個故障模式對產(chǎn)品自身或其他產(chǎn)品的使用、功能和狀態(tài)的影響。本文以模塊為最底層舉例，則定義如表2所示的故障影響。

表2 故障影響的定義

名稱 定義

局部影響 某模塊的故障模式對其本身及所在層次的影響，

如發(fā)碼器的故障模式之一對其自身的影響

系統(tǒng)影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的上一層次產(chǎn)品的影響，如發(fā)碼器的故障模式對軌道電路的影響。

最終影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的最終層次的影響，如發(fā)碼器的故障模式對信號系統(tǒng)的影響。

2.6 分析結果

根據(jù)上述描述的嚴酷度等級、故障模式程度等級劃分，結合圖2分析的約定層次進行FMEA分析，并根據(jù)本文第1節(jié)描述的“FMEA分析過程及6個基本步驟”逐一進行分析，分析結果參見表3所示的FMEA工作表單。各種故障的影響及嚴酷度主要是根據(jù)設計人員及其他現(xiàn)場經(jīng)驗分析而成。

3 總結

在對不對稱高壓脈沖軌道電路進行FMEA分析過程中也存在一些問題，比如現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)的不足、分析人員的實踐經(jīng)驗較少等，從而影響了FMEA分析的深度及正確性。然而，在產(chǎn)品開發(fā)設計過程中進行FMEA分析，不僅可找出薄弱環(huán)節(jié)，進一步改進可靠性；對于鐵路產(chǎn)品，通過分析FMEA可以進一步對產(chǎn)品的技術危害進行分析，并可在FMEA基礎上進一步進行CA（critical analysis）危害性分析，增加其安全性。例如上述所舉例分析的不對稱高壓脈沖軌道電路FMEA分析可看出，當差動繼電器發(fā)生“繼電器錯誤吸起”則會出現(xiàn)致命性的影響，其次是譯碼器尾部電路故障。因此，在鐵路產(chǎn)品設計開發(fā)過程中有必要進行FMEA分析。

參考文獻

[1]董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）[M].中國鐵道出版社，2009.

[2]酈萌，吳芳美.鐵路信號可靠性安全性理論及證實[M].中國鐵道出版社，2008.

[3]FMECA分析技術在機車空調(diào)系統(tǒng)設計中的應用[J].技術與市場，2013，20（4）.endprint