導(dǎo)語：城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：介紹了一種城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)可靠性框圖分析方法，說明了可靠性框圖分析的相關(guān)概念，列出了基礎(chǔ)可靠性公式，詳細(xì)闡述了串行和并行兩個(gè)模式下的可靠性計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合綜合監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)及可靠性計(jì)算的相關(guān)假設(shè)，論述了可靠性框圖分析方法在綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和可用性計(jì)算方面的具體應(yīng)用，給出了可靠性及可用性計(jì)算的詳細(xì)分析流程及計(jì)算過程。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；綜合監(jiān)控系統(tǒng)；可靠性框圖分析；故障率計(jì)算；可用性計(jì)算

城市軌道交通的自動(dòng)化系統(tǒng)通常以分散方式獨(dú)立運(yùn)行，綜合監(jiān)控系統(tǒng)逐步發(fā)展起來之后，將各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)以系統(tǒng)化的方法有機(jī)整合為一個(gè)整體，使得原來封閉運(yùn)行的各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)資源、信息等方面的協(xié)調(diào)運(yùn)作、共享互通，實(shí)現(xiàn)了不同系統(tǒng)間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)及高效運(yùn)轉(zhuǎn)，提高了城市軌道交通對(duì)各類事故及突發(fā)事件的響應(yīng)速度、應(yīng)變及抵御能力。隨著城市軌道交通的高速發(fā)展，綜合監(jiān)控系統(tǒng)正在發(fā)揮著越來越重要的作用，已成為提高軌道交通運(yùn)營(yíng)管理和服務(wù)質(zhì)量水平的重要支撐。正是基于上述重要作用，城市軌道交通對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性及可用性要求越來越高，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，要以可靠性框圖分析作為工具，對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性及可用性進(jìn)行詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì)，為后期系統(tǒng)的可靠性建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)保證。

1可靠性框圖分析方法

可靠性框圖以綜合監(jiān)控系統(tǒng)要素的形式清晰地展示了整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)，以串行或并行的方式為系統(tǒng)的不同層次生成單獨(dú)的框圖?？煽啃钥驁D只顯示硬件部分，包括實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能所必須的所有硬件?？煽啃钥驁D分析將組成整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)部件的系統(tǒng)故障率（failurerate，F(xiàn)R）、平均故障間隔時(shí)間（MeanTimeBetweenFailure，MTBF）、平均修復(fù)時(shí)間（MeanTimetoRe-pair，MTTR）、固有可用性（InherentAvailability，Ai）等基礎(chǔ)可靠性指標(biāo)以串行或并行的方式進(jìn)行計(jì)算，從而獲得整個(gè)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)數(shù)據(jù)。

1．1基礎(chǔ)可靠性公式

（1）系統(tǒng)故障率（λ）系統(tǒng)故障率（λ）的定義是單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)失敗的次數(shù)。（2）平均故障間隔時(shí)間（MTBF）在規(guī)定的工作環(huán)境條件下系統(tǒng)或產(chǎn)品開始工作到出現(xiàn)第一個(gè)故障的時(shí)間的平均值，也即是系統(tǒng)故障率的倒數(shù)。MTBF數(shù)值越大，則反映出系統(tǒng)或產(chǎn)品越可靠穩(wěn)定，反映了系統(tǒng)或產(chǎn)品的時(shí)間質(zhì)量，是系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持功能的一種體現(xiàn)。需要注意的是，一些意外情況導(dǎo)致系統(tǒng)或產(chǎn)品工作被打斷，比如斷電、水災(zāi)、人為失誤等，不能計(jì)入到MTBF。（3）平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）描述系統(tǒng)或產(chǎn)品由故障狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)時(shí)修理時(shí)間的平均值。MTTR的數(shù)值由系統(tǒng)或產(chǎn)品的特性而決定，比如計(jì)算機(jī)自檢或修復(fù)機(jī)制等。MTTR可以對(duì)系統(tǒng)或產(chǎn)品的可維修性加以定量的衡量。需要注意的是，維修正式開始之前必要的一些到場(chǎng)及現(xiàn)場(chǎng)診斷時(shí)間不能包含在MTTR當(dāng)中。系統(tǒng)或產(chǎn)品MTTR計(jì)算主要分為以下幾類典型的維護(hù)時(shí)間，比如系統(tǒng)或產(chǎn)品的故障診斷、故障隔離、拆解、更換、組裝、調(diào)整、校驗(yàn)、啟動(dòng)等。（4）固有可用性（Ai）當(dāng)只考慮正確的系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間時(shí)，也就是平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）時(shí)，固有可用性（Ai）就是穩(wěn)定狀態(tài)可用性。固有可用性Ai為平均故障間隔時(shí)間（MTBF）與平均故障間隔時(shí)間（MTBF）和平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）之和的比值。

1．2可靠性串行計(jì)算

串聯(lián)系統(tǒng)是組成系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)中任一子系統(tǒng)失效就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效的系統(tǒng)，或者說當(dāng)且僅當(dāng)所有的子系統(tǒng)都能正常工作時(shí)，系統(tǒng)才能正常工作。可以用可靠性框圖進(jìn)行說明。（1）串行系統(tǒng)故障率（λseries）對(duì)單個(gè)子系統(tǒng)而言，故障率就是λ1。對(duì)兩個(gè)子系統(tǒng)，系統(tǒng)故障率就是λ1＋λ2，若是n個(gè)子系統(tǒng)則為λ1＋λ2＋…＋λn。（2）串行系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間（MTBF）串行關(guān)系的系統(tǒng)MTBF為串行系統(tǒng)故障率λseries的倒數(shù)。（3）串行系統(tǒng)固有可用性（Aseries）對(duì)于可用系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)在串行計(jì)算中都是可用的。因此系統(tǒng)可用性的串行計(jì)算為Aseries＝A1*A2*…*An。

1．3可靠性并行計(jì)算

并聯(lián)系統(tǒng)是當(dāng)組成系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)都失效時(shí)才失效的系統(tǒng)，或者說只要有一個(gè)子系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)就能正常工作。（1）并行系統(tǒng)故障率（λparalel）系統(tǒng)故障率λ：對(duì)于第一個(gè)子系統(tǒng)，故障率就是λ1。當(dāng)?shù)诙€(gè)子系統(tǒng)加入并行時(shí)，由于第二個(gè)子系統(tǒng)可能處于故障狀態(tài)，那么系統(tǒng)故障的概率就會(huì)按比例縮小，可以將λparalel表示為λ1*λ2（MTTR1＋MTTR2）。MTTR1和MTTR2分別代表子系統(tǒng)1和2。所有對(duì)象的MTTR都設(shè)為1小時(shí)。因此所有計(jì)算中MTTR都是1。如果兩個(gè)子系統(tǒng)相同，λ1＝λ2且MTTR1＝MTTR2，系統(tǒng)故障率λparalel將被簡(jiǎn)化為2λ2。（2）并行系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間（MTBF）系統(tǒng)MTBF定義為并行系統(tǒng)故障率λparallel的倒數(shù)。如果2個(gè)子系統(tǒng)不可修復(fù)，那么并行MTBF就是2個(gè)MTBF的和。（3）并行系統(tǒng)固有可用性（Aparalel）可用系統(tǒng)的每個(gè)子系統(tǒng)均是可用的，Aparalel可以表示為：A1＋A2－A1*A2。如果2個(gè)子系統(tǒng)相同，λ1＝λ2且A1＝A2，系統(tǒng)可用性將被降低為：2A－A2。

2可靠性框圖分析在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

2．1綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)假設(shè)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)通常采用三層結(jié)構(gòu)形式，從上而下三個(gè)層級(jí)分別是控制中心、車、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，形成了三級(jí)控制、兩級(jí)管理的系統(tǒng)運(yùn)行模式。如圖3所示。由圖3可，由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)，需分別考慮控制中心和車站的兩個(gè)層級(jí)的可用性，并就其中的一些前提和條件予以合理的假設(shè)。（1）子系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性假設(shè)綜合監(jiān)控各接口子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，是基于已驗(yàn)證的來源，其故障率為0（也就是可用性為100％）。（2）平均修復(fù)時(shí)間為確保綜合監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行，所有設(shè)備的平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）都假設(shè)為1小時(shí)。（3）通訊骨干網(wǎng)（CBN）的可靠性模式中包含通訊骨干網(wǎng)（CBN）的可靠性和可用性。假設(shè)CBN故障率為0（也就是可用性為100％）。假設(shè)此分析的范圍不包括CBN可靠性分析。（4）硬件可靠性軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制中心及車站對(duì)外部接口系統(tǒng)的監(jiān)控功能，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)為中心和車站的工作站、服務(wù)器、磁盤陣列、交換機(jī)及通信前置機(jī)等關(guān)鍵有源硬件設(shè)備，并假設(shè)打印機(jī)等一些非關(guān)鍵設(shè)備及底座、電纜等無源器件的故障率為0（也就是可用性為100％）。軟件可用性和操作員引發(fā)故障的影響不納入本文的分析。（5）固有可用性將可用性要求設(shè)為穩(wěn)定狀態(tài)固有可用性（Ai），固有狀態(tài)Ai就是時(shí)間趨于無窮大時(shí)的可用性，只考慮修復(fù)時(shí)間（平均修復(fù)時(shí)間）正確的情況。運(yùn)行可用性（Ao）不能確定，因?yàn)樗Q于維修時(shí)間和平均邏輯停機(jī)時(shí)間（包括但是不限于管理延時(shí)，獲得備用時(shí)間、傳輸時(shí)間），由于不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)平均邏輯停機(jī)時(shí)間，因此不能確定Ao。

2．2綜合監(jiān)控可靠性框圖分析方法

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性框圖包括了中心和車站兩個(gè)層級(jí)的設(shè)備，如圖4所示。圖4中列出了各個(gè)設(shè)備的參考MTBF數(shù)值，在使用本文提供的方法計(jì)算系統(tǒng)可靠性時(shí)，可查詢相關(guān)設(shè)備的使用說明書以獲取此數(shù)值。2．2．1故障率計(jì)算從圖4可知，控制中心可靠性框圖包含了并行和串行兩種組織結(jié)構(gòu)。由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵硬件設(shè)備均采用雙機(jī)或多機(jī)冗余的方式，因此首先需對(duì)服務(wù)器、工作站、交換機(jī)、前置機(jī)等設(shè)備計(jì)算并行可靠性，然后再按照?qǐng)D4所示的順序計(jì)算串行可靠性，并最終得到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性計(jì)算結(jié)果。根據(jù)上文的闡述可知：根據(jù)上文，圖4所示的整個(gè)串行系統(tǒng)的故障率計(jì)算λseries為occ實(shí)時(shí)服務(wù)器、occ歷史服務(wù)器－磁盤陣列、occ工作站、oc-cfep、occ交換機(jī)、車站交換機(jī)、車站實(shí)時(shí)服務(wù)器、車站工作站、車站fep故障率之和，即9*10－10。整個(gè)系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間MTBFseries為串行系統(tǒng)的故障率λseries的倒數(shù)，即1．11*109hr。2．2．2可用性計(jì)算根據(jù)上文，圖4中各個(gè)部分的可用性為：根據(jù)上文，圖4所示的整個(gè)串行系統(tǒng)的可用性Aseries為occ服務(wù)器、occ歷史器－磁盤陣列、occ工作站、occfep、occ交換機(jī)、車站交換機(jī)、車站服務(wù)器、車站工作站、車站fep的可用性之積，即99．9999998％。

3結(jié)束語

根據(jù)計(jì)算，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間MTBF為1．11×109小時(shí)，系統(tǒng)可用性為99．9999998％?？梢姡C合監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備采用冗余配置結(jié)構(gòu)可以極大地提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可用性，一些安全要求非常高的場(chǎng)合要求自動(dòng)化系統(tǒng)采用設(shè)備冗余方式的原因就在于此?？煽啃钥驁D分析提供了綜合監(jiān)控系統(tǒng)可靠性和可用性計(jì)算的具體方法及可量化的指標(biāo)，從而可確保綜合監(jiān)控系統(tǒng)在安全性和可靠性方面能夠滿足相關(guān)規(guī)范的要求。本文提供的可靠性框圖分析計(jì)算方法已經(jīng)在國(guó)內(nèi)多條地鐵線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用，可以為后續(xù)線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性計(jì)算提供參考。

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作者：林曉偉 卜凡 許超 單位：國(guó)電南瑞科技股份有限公司