基于可靠性维修思想在地铁车门控制器

基于可靠性维修思想在地铁车门控制器

自主维修中的应用

齐颖利

西安市轨道交通集团有限公司运营分公司  陕西省西安市  710016

地铁车门门控器的可靠性通常指门控器在规定的条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。在门控器自主维修过程中，如何提升维修的精准性和实效性，“有成效”地暴露出门控器的缺陷，维持其固有可靠性。本文尝试对车门控制器开展可靠性分析研究，旨在提高维修技术能力，确保门控器故障能够得到妥善处理，用可靠的设备确保地铁运行及乘客的安全。日后可以在此可靠性维修思维的基础上，建立更为全面的可靠性研究体制。

一、车门控制器可靠性研究需求

地铁车门控制器在运营中属于高频使用部件。车门控制器由微处理器、存储单元、电机驱动单元、光电隔离单元及相关控制逻辑等组成，如下图1所示。车门控制器除了能够实现控制车门的开启与关闭及门状态的检测与监控，还能通过对列车速度、车门开启方向及驱动电机的耗用电流的监控实现防夹人保护、速度大于5Km/H车门自动关闭、开关车门的二次缓冲、未关闭好车门的再开闭等功能，通过通讯接口与列车控制系统进行通讯，上传门的不同状态和诊断信号给列车控制系统。

图1 车门控制器组成模块

尽管现场维保积累了一定的维修经验，但缺乏可靠性维修思维的指导，难以全面深入的掌握系统及单个部件性能状态。

二、车门控制器可靠性现状

列车在正线运营和在日常检修过程中所暴露出的故障大部分的原因与车门控制器本身发生故障有关，这和车门控制器的可靠性水平息息相关。由于城市轨道列车运营线路站与站之间距离短，列车车门频繁的开启和关闭，进而造成车门门控系统故障频发，这些问题主要体现在以下几个方面：

（一）车门控制器可靠性没有达到相应的要求，现有门控器的平均无故障时间较短，车门电机驱动模块对地短路故障时常发生，对于误报、错报的故障状态不稳定，时好时不好。

（二）通信抗干扰能力较差，受环境中的共模干扰大，经常出现列车控制系统和车门控制器通信不上的情况。

（三）门控器的电路为一个整体，维护难度大，系统中各个部件之间相互耦合，一个部件出现问题会造成整个系统不能正常工作。故障检测和修复难度大，经常会出现解决一个问题而制造出另一个问题，模块之间移植性不高。

（四）没有自身故障的处理机制，即出现故障后不能根据故障的级别采用相应的处理措施，导致只要门控器出现故障便只能来人工隔离，影响列车在正线上的正常运营。

（五）每一家的车门控制器的控制逻辑及车门构造不一致，现有的轨道列车门控器产品只是适用于某个生产厂家的某一种或某一条线的列车，不具备很好的可重构性和普遍性。

三、车门控制器可靠性分析

现场可以统计出车门控制器故障平均数，但是没法预计下月会有几个故障。车门控制器故障的这种特点可以用泊松分布来表达。泊松分布就是描述某段时间内，事件具体的发生概率的工具。

线路平均每月发生车门控制器故障8件。公式如下：

公式等号的左边，P 表示概率，N表示某种函数关系，t表示时间，n表示数量，1个月内发生8次故障，就表示为P(N(1)= 8。等号的右边，λ表示事件的频率。接下来一个月一个故障都不发生的概率0.3%，基本不可能发生。

接下来一个月，至少发生7次故障的概率是99.7%。

从下图2可以看到，在频率附近，事件的发生概率最高，然后向两边对称下降，即变得越大和越小都不太可能。平均每月发生8个门控器故障，这是最可能的结果，越多或越少，可能性很小。

图2 泊松分布图

门控器故障的时间间隔怎么来描述呢？我们知道，指数分布是事件的时间间隔的概率。如果下一次门控器故障要间隔时间t，就等同于t之内没有故障发生，某一时间段内事件发生的概率按照泊松分布计算：

。

反过来，门控器故障在时间t之内发生的概率，就是1减去上面的值：

。

接下来一周，门控器故障的概率是86.47%，

。

接下来第二周，门控器故障的概率是11.70%，

。

门控器故障指数分布的图形如下图3所示。可以看到，随着间隔时间变长，事件的发生概率急剧下降，呈指数式衰减。

图3 指数分布图

进一步分析，假设门控器总数为N个，在t=0时出厂，到时间t时失效数为n（t），而到时间t+△t失效数为n（t+△t），这就是说在时间t+△t时间区间内有△N（t）=n（t+△t）-n(t)个门控器失效。当N足够大，△t足够小时，在时间区间[t,t+△t]的失效率λ(t)为：

从上面分析可以看出，车门控制器作为一种电子产品，其故障规律有其自身的特点。可以理解为在任何时间，处于工作状态的车门控制器，在单位时间内大体上有固定百分比的故障数量，依据这个规律，可以一定程度上预测后续的故障情况，指导车门控制器可靠性维修。

四、车门控制器可靠性维修

门控器的多功能化和精密化程度决定了其所用电子元件数量必然很多，只要其中一个元件失效就有可能导致整个系统故障，所以元件的可靠性显得非常重要。由于门控器属于可修复产品，结合上述可靠性现状及可靠性分析，在考虑其可靠性的同时还应考虑其发生故障后维修的难易度，也就是它的维修性。通常将可靠性和维修性综合考虑的可靠性概念称为广义可靠性，可以用有效性（可用性）对其修后可靠性进行评定如图4所示，门控器元器件是否满足其可靠性指标，适应在预订的环境中使用，都必须严格的通过可靠性测试进行鉴定，然后对测试发现的问题进行失效分析，确定主要的失效模式和原因，进而采取相应的维修措施。

图4 可靠性维修决策

对于运用过程中替换下来的故障门控器，故障修复后再次投入使用前，如果能模拟实际使用条件对其进行测试，筛选出发生故障的门控器再次进行分析维修，使其可靠性维持在合理水平，基本上就能够达到正常运用的目的。一般认为，设备电源工作时的壳温每降低10°C，其可靠性增加一倍。所以，在不影响系统总体布局的前提下，结合长期以来对门控器常见故障的分析与研究，对潜在的隐患有一定深刻把握，筛选试验时应重点测试以下内容如表1所示，可有效测试其可靠性，致力于提高门控器的稳定性和持续无故障率。

表1 门控器可靠性测试技术要求

五、总结与展望

产品的可靠性水平高低在设计阶段就奠定了，后期的其他工作只能维持和保证这种可靠性水平。归根到底，产品的可靠性是由人的水平决定的，维修行为不会诱发失效。在分析多个模块或单元组成的系统时，特别是在有维修的情况下，可靠性模型是定量可靠性分析必不可少的工作。实践证明，地铁车门控制器在走向更加可靠的过程，需要在实践中不断总结经验，不断完善，才能更好的为西安地铁运营服务。