計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)服役狀態(tài)趨勢分析

韓安平 闞佳玉 徐德龍 劉 鵬

我國鐵路車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)從1989 年開始在鐵路線上道應(yīng)用，經(jīng)過30 多年的技術(shù)改進(jìn)和不斷完善，得到了普遍認(rèn)同，尤其從上世紀(jì)末以來，推廣數(shù)量較之前有了很大提高，現(xiàn)在已進(jìn)入成熟運(yùn)用階段。

我國鐵路計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)在發(fā)展過程中，主要出現(xiàn)了3種制式，分別為雙機(jī)熱備、三取二和二乘二取二，其中上道推廣的主要制式為雙機(jī)熱備和二乘二取二計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。本文主要將這2種計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)作為研究對象，分析各自的服役狀態(tài)趨勢。

1 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖服役狀態(tài)趨勢

1.1 雙機(jī)熱備制式聯(lián)鎖設(shè)備20 年應(yīng)用故障趨勢

選取2000～2001 年開通的雙機(jī)熱備制式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)百余個(gè)樣本作為研究對象。該種設(shè)備在近20 年服役中的故障數(shù)曲線、一段時(shí)間內(nèi)的故障發(fā)生趨勢分別見圖1 中的實(shí)線和虛線。

圖1 雙機(jī)熱備制式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備20 年內(nèi)應(yīng)用故障分布及趨勢

圖1 中，橫坐標(biāo)為設(shè)備使用年限，縱坐標(biāo)為故障發(fā)生數(shù)量的權(quán)重?cái)?shù)。由于設(shè)備使用的第19、第20 年的故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為非最終數(shù)據(jù)，因此這兩年的故障趨勢只做參考。曲線顯示，后10 年比前10 年故障發(fā)生數(shù)量低，實(shí)際情況是后10 年逐漸有部分設(shè)備更新改造，選取的研究對象數(shù)量逐年減少，因此每年的故障絕對數(shù)量也有所下降，但對設(shè)備的服役趨勢研究影響不大。

從圖1 中可以看出，在設(shè)備20 年的使用周期中，故障趨勢有3 個(gè)峰點(diǎn)，分別在第1 年、第10 年和第15 年。將設(shè)備使用周期以這3 個(gè)峰值點(diǎn)劃分為3 個(gè)階段，每個(gè)階段的故障趨勢就分別形成了一條典型的浴盆曲線。

第1 個(gè)峰值點(diǎn)出現(xiàn)在設(shè)備使用一年內(nèi)，即設(shè)備開通1 年內(nèi)故障發(fā)生的幾率較高。在開通運(yùn)營初期（1～2 年左右），所有設(shè)備處于協(xié)同工作磨合期，也是典型的電子器件早期失效期，另外，維護(hù)人員對新上道設(shè)備也有一定的適應(yīng)期，因此故障發(fā)生較多。在隨后的2～3 年，故障發(fā)生數(shù)量大幅下降并趨于平穩(wěn)，到第5 年，故障又逐步增加，到第8～10 年達(dá)到高峰階段，形成了第2 個(gè)峰值點(diǎn)。

設(shè)備運(yùn)營從第10 年開始，故障發(fā)生率開始大幅下降，到第11 年趨于平穩(wěn)，從第13～14 年又開始逐步上升，第15 年再次達(dá)到階段性峰值點(diǎn)，第16 年又逐步趨于平穩(wěn)。

1.2 二乘二取二計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備10 年應(yīng)用故障趨勢

選取2010 年開通的二乘二取二制式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，且目前也還在使用的百余個(gè)樣本作為研究對象。圖2 為二乘二取二制式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備近10 年的故障分布及趨勢圖。其中實(shí)線為逐年故障數(shù)曲線，虛線為一段時(shí)間內(nèi)的故障趨勢曲線。

圖2 二乘二取二制式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備10 年內(nèi)應(yīng)用故障分布及趨勢

橫坐標(biāo)為設(shè)備使用年限，縱坐標(biāo)為故障發(fā)生數(shù)量的權(quán)重?cái)?shù)。從圖2 中可以看出，在設(shè)備10 年的使用周期中，故障趨勢有2 個(gè)峰點(diǎn)，分別在第1 年和第6 年，但第6 年的峰值要遠(yuǎn)低于第1 年，可以理解為設(shè)備平穩(wěn)使用階段的一個(gè)波動峰值，不會對總體趨勢產(chǎn)生影響。因此，10 年的設(shè)備故障趨勢也形成了一條典型浴盆曲線。

1.3 2 種制式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備10 年總體應(yīng)用故障趨勢

從圖1 和圖2 對比分析中看出，設(shè)備開通10 年內(nèi)，2 種制式的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備故障發(fā)生趨勢相似，峰值點(diǎn)出現(xiàn)的年限基本一致，這說明了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)不論采用哪種制式，其服役期內(nèi)的故障規(guī)律具有類似性。2 種制式只是在單系內(nèi)采取的安全處理措施有差異，而這部分功能在系統(tǒng)工程化后出現(xiàn)問題的概率很低。除核心安全處理方式有差異外，2 種制式系統(tǒng)其他組成部分及結(jié)構(gòu)也具有相似性，尤其在電源、工控機(jī)、接口電路等方面幾乎一致，而這些部分也是故障頻發(fā)的地方。

圖3 為2 種制式設(shè)備各自應(yīng)用10 年內(nèi)逐年的故障發(fā)生總體分布及趨勢圖。實(shí)線為逐年故障數(shù)曲線，虛線為一段時(shí)間內(nèi)的故障趨勢曲線。從圖3 中看出，在設(shè)備10 年的使用周期中，第1 年仍然為峰值點(diǎn)，第6 年的峰值仍然是設(shè)備平穩(wěn)使用階段的一個(gè)波動峰值，可以把它理解為是設(shè)備平穩(wěn)使用階段的一個(gè)波動峰值。

圖3 2 種制式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備10 年總體應(yīng)用故障分布及趨勢

2 影響計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備服役狀態(tài)趨勢原因

從2 種制式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備的故障趨勢圖看出，開通使用一年內(nèi)故障高發(fā)，為早起失效階段。主要原因是設(shè)備間的工作磨合、元器件的早期失效、維護(hù)人員需要熟悉過程等。當(dāng)設(shè)備使用到第5 年左右，不論哪種型號，故障率都有一個(gè)抬頭的趨勢，大約持續(xù)到第6～8 年，且故障發(fā)生的位置基本集中在各類電源、工控機(jī)、通信通道等方面，這段期間也正是這些部件的老化失效階段。如果對達(dá)到壽命期的部件不及時(shí)更換，會使故障率進(jìn)一步上升，出現(xiàn)類似雙機(jī)熱備制式設(shè)備使用到10 年時(shí)的故障峰值點(diǎn)。如果及時(shí)更換到達(dá)壽命周期的部件，設(shè)備的故障率會下降，再次趨于平穩(wěn)，而這個(gè)平穩(wěn)階段比首次到達(dá)平穩(wěn)階段的時(shí)間要短，約5 年左右，遠(yuǎn)短于前2 個(gè)峰值點(diǎn)的10 年間隔。其原因：一是達(dá)到壽命期的部件類型逐年增多，二是從第5年開始逐步到達(dá)壽命期的部件在更換后，再一次逐步達(dá)到第2 個(gè)壽命期，到第15 年再次達(dá)到峰值點(diǎn)。

如圖4 所示，第5 年到第10 年是首次到達(dá)壽命期部件更換的相對集中時(shí)期，此時(shí)若能及時(shí)把相關(guān)部件更換，并進(jìn)行良好的維護(hù)，將會使第10 年的故障峰值點(diǎn)推后或下降，拉長設(shè)備的平穩(wěn)工作階段，即延長設(shè)備的偶然失效期。若將第10 年出現(xiàn)的峰值點(diǎn)持續(xù)延后，直到和下一個(gè)峰值點(diǎn)重合，如圖5 所示，通過良好的保養(yǎng)維護(hù)，可以促使設(shè)備的平穩(wěn)階段拉長，損耗失效期出現(xiàn)的拐點(diǎn)后移，即虛線所示的設(shè)備故障率曲線轉(zhuǎn)換為實(shí)線所示的設(shè)備故障率曲線。

圖4 首次到壽命期部件更換階段

圖5 設(shè)備平穩(wěn)工作期的延長

3 降低計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備故障建議

為了降低計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備服役期故障率：一是縮短早期失效時(shí)間；二是延長處于平穩(wěn)工作狀態(tài)的偶然失效期，使故障率上升拐點(diǎn)盡量后移；三是盡可能降低故障率峰值點(diǎn)。為此，建議從以下幾方面加強(qiáng)管理。

1） 加強(qiáng)產(chǎn)品源頭質(zhì)量和出廠前的老化測試。通過加強(qiáng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量管控，提高設(shè)備的硬件和軟件質(zhì)量，并做好出廠前的常溫老化試驗(yàn)，降低設(shè)備投入初期階段的故障率，使設(shè)備早期失效階段縮短。

2）對達(dá)到或接近壽命期的部件及時(shí)更換。對于壽命期低于整套系統(tǒng)壽命期的部件，根據(jù)其自身健康狀態(tài)和使用年限，盡可能在故障出現(xiàn)前及時(shí)更換，降低設(shè)備偶然失效期的故障率峰值，延長設(shè)備平穩(wěn)工作期。尤其在新設(shè)備或新部件投入使用5 年左右，對于類似電源之類的通用部件，要盡早根據(jù)其接近壽命期的情況，及時(shí)補(bǔ)足備品并更換，避免故障發(fā)生。

3）維護(hù)人員在設(shè)備開通前提早介入。尤其在設(shè)備調(diào)試階段，維護(hù)人員盡早參與，提前熟悉，當(dāng)設(shè)備投入使用后可及時(shí)掌握運(yùn)行狀態(tài)，減少故障的發(fā)生。

4 總結(jié)

不同制式計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備故障的發(fā)生，在時(shí)間分布上存在一定的共性。針對故障發(fā)生的時(shí)間分布規(guī)律，應(yīng)在故障多發(fā)的時(shí)間段，采取積極的預(yù)防措施，對聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，要把握細(xì)節(jié)和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對故障重點(diǎn)、要點(diǎn)進(jìn)行隱患排查。

隨著更多計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備投入使用，還應(yīng)該在很多方面繼續(xù)積累比較客觀權(quán)威的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為了促使設(shè)備運(yùn)用的平穩(wěn)階段延長、損耗失效期出現(xiàn)的拐點(diǎn)后移，還需要多方機(jī)構(gòu)相關(guān)人員開展更深入的研究工作。