導語：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，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概念，列出了基礎可靠性公式，詳細闡述了串行和并行兩個模式下的可靠性計算方法。在此基礎上，結合綜合監(jiān)控系統(tǒng)的架構及可靠性計算的相關假設，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算方面的具體應用，給出了可靠性及可用性計算的詳細分析流程及計算過程。

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

城市軌道交通的自動化系統(tǒng)通常以分散方式獨立運行，綜合監(jiān)控系統(tǒng)逐步發(fā)展起來之后，將各個自動化系統(tǒng)以系統(tǒng)化的方法有機整合為一個整體，使得原來封閉運行的各個自動化系統(tǒng)能夠實現(xiàn)資源、信息等方面的協(xié)調運作、共享互通，實現(xiàn)了不同系統(tǒng)間的協(xié)同聯(lián)動及高效運轉，提高了城市軌道交通對各類事故及突發(fā)事件的響應速度、應變及抵御能力。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營管理和服務質量水平的重要支撐。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)設計階段，要以可靠性框圖分析作為工具，對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性及可用性進行詳細的分析與設計，為后期系統(tǒng)的可靠性建設提供堅實保證。

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系統(tǒng)架構，以串行或并行的方式為系統(tǒng)的不同層次生成單獨的框圖。可靠性框圖只顯示硬件部分，包括實現(xiàn)系統(tǒng)整體功能所必須的所有硬件。可靠性框圖分析將組成整個系統(tǒng)的各個部件的系統(tǒng)故障率（failurerate，F(xiàn)R）、平均故障間隔時間（MeanTimeBetweenFailure，MTBF）、平均修復時間（MeanTimetoRe-pair，MTTR）、固有可用性（InherentAvailability，Ai）等基礎可靠性指標以串行或并行的方式進行計算，從而獲得整個系統(tǒng)的可靠性指標數(shù)據(jù)。

1．1基礎可靠性公式

（1）系統(tǒng)故障率（λ）系統(tǒng)故障率（λ）的定義是單位時間內系統(tǒng)失敗的次數(shù)。（2）平均故障間隔時間（MTBF）在規(guī)定的工作環(huán)境條件下系統(tǒng)或產品開始工作到出現(xiàn)第一個故障的時間的平均值，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)或產品越可靠穩(wěn)定，反映了系統(tǒng)或產品的時間質量，是系統(tǒng)或產品在規(guī)定時間內保持功能的一種體現(xiàn)。需要注意的是，一些意外情況導致系統(tǒng)或產品工作被打斷，比如斷電、水災、人為失誤等，不能計入到MTBF。（3）平均修復時間（MTTR）描述系統(tǒng)或產品由故障狀態(tài)轉為工作狀態(tài)時修理時間的平均值。MTTR的數(shù)值由系統(tǒng)或產品的特性而決定，比如計算機自檢或修復機制等。MTTR可以對系統(tǒng)或產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及現(xiàn)場診斷時間不能包含在MTTR當中。系統(tǒng)或產品MTTR計算主要分為以下幾類典型的維護時間，比如系統(tǒng)或產品的故障診斷、故障隔離、拆解、更換、組裝、調整、校驗、啟動等。（4）固有可用性（Ai）當只考慮正確的系統(tǒng)停機時間時，也就是平均修復時間（MTTR）時，固有可用性（Ai）就是穩(wěn)定狀態(tài)可用性。固有可用性Ai為平均故障間隔時間（MTBF）與平均故障間隔時間（MTBF）和平均修復時間（MTTR）之和的比值。

1．2可靠性串行計算

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)失效就會導致整個系統(tǒng)失效的系統(tǒng)，或者說當且僅當所有的子系統(tǒng)都能正常工作時，系統(tǒng)才能正常工作?？梢杂每煽啃钥驁D進行說明。（1）串行系統(tǒng)故障率（λseries）對單個子系統(tǒng)而言，故障率就是λ1。對兩個子系統(tǒng)，系統(tǒng)故障率就是λ1＋λ2，若是n個子系統(tǒng)則為λ1＋λ2＋…＋λn。（2）串行系統(tǒng)平均故障間隔時間（MTBF）串行關系的系統(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）對于可用系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)在串行計算中都是可用的。因此系統(tǒng)可用性的串行計算為Aseries＝A1*A2*…*An。

1．3可靠性并行計算

并聯(lián)系統(tǒng)是當組成系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)都失效時才失效的系統(tǒng)，或者說只要有一個子系統(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：對于第一個子系統(tǒng)，故障率就是λ1。當?shù)诙€子系統(tǒng)加入并行時，由于第二個子系統(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。所有對象的MTTR都設為1小時。因此所有計算中MTTR都是1。如果兩個子系統(tǒng)相同，λ1＝λ2且MTTR1＝MTTR2，系統(tǒng)故障率λparalel將被簡化為2λ2。（2）并行系統(tǒng)平均故障間隔時間（MTBF）系統(tǒng)MTBF定義為并行系統(tǒng)故障率λparallel的倒數(shù)。如果2個子系統(tǒng)不可修復，那么并行MTBF就是2個MTBF的和。（3）并行系統(tǒng)固有可用性（Aparalel）可用系統(tǒng)的每個子系統(tǒng)均是可用的，Aparalel可以表示為：A1＋A2－A1*A2。如果2個子系統(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)中的應用

2．1綜合監(jiān)控系統(tǒng)結構及相關假設

綜合監(jiān)控系統(tǒng)通常采用三層結構形式，從上而下三個層級分別是控制中心、車、現(xiàn)場設備，形成了三級控制、兩級管理的系統(tǒng)運行模式。如圖3所示。由圖3可，由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用三層結構，需分別考慮控制中心和車站的兩個層級的可用性，并就其中的一些前提和條件予以合理的假設。（1）子系統(tǒng)數(shù)據(jù)準確性假設綜合監(jiān)控各接口子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是準確的，是基于已驗證的來源，其故障率為0（也就是可用性為100％）。（2）平均修復時間為確保綜合監(jiān)控系統(tǒng)正常運行，所有設備的平均修復時間（MTTR）都假設為1小時。（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CBN故障率為0（也就是可用性為100％）。假設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)實現(xiàn)控制中心及車站對外部接口系統(tǒng)的監(jiān)控功能，其關鍵環(huán)節(jié)為中心和車站的工作站、服務器、磁盤陣列、交換機及通信前置機等關鍵有源硬件設備，并假設打印機等一些非關鍵設備及底座、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為穩(wěn)定狀態(tài)固有可用性（Ai），固有狀態(tài)Ai就是時間趨于無窮大時的可用性，只考慮修復時間（平均修復時間）正確的情況。運行可用性（Ao）不能確定，因為它取決于維修時間和平均邏輯停機時間（包括但是不限于管理延時，獲得備用時間、傳輸時間），由于不能準確預測平均邏輯停機時間，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層級的設備，如圖4所示。圖4中列出了各個設備的參考MTBF數(shù)值，在使用本文提供的方法計算系統(tǒng)可靠性時，可查詢相關設備的使用說明書以獲取此數(shù)值。2．2．1故障率計算從圖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構。由于綜合監(jiān)控系統(tǒng)關鍵硬件設備均采用雙機或多機冗余的方式，因此首先需對服務器、工作站、交換機、前置機等設備計算并行可靠性，然后再按照圖4所示的順序計算串行可靠性，并最終得到整個系統(tǒng)的可靠性計算結果。根據(jù)上文的闡述可知：根據(jù)上文，圖4所示的整個串行系統(tǒng)的故障率計算λseries為occ實時服務器、occ歷史服務器－磁盤陣列、occ工作站、oc-cfep、occ交換機、車站交換機、車站實時服務器、車站工作站、車站fep故障率之和，即9*10－10。整個系統(tǒng)的平均無故障時間MTBFseries為串行系統(tǒng)的故障率λseries的倒數(shù)，即1．11*109hr。2．2．2可用性計算根據(jù)上文，圖4中各個部分的可用性為：根據(jù)上文，圖4所示的整個串行系統(tǒng)的可用性Aseries為occ服務器、occ歷史器－磁盤陣列、occ工作站、occfep、occ交換機、車站交換機、車站服務器、車站工作站、車站fep的可用性之積，即99．9999998％。

3結束語

根據(jù)計算，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的平均無故障時間MTBF為1．11×109小時，系統(tǒng)可用性為99．9999998％?？梢姡C合監(jiān)控系統(tǒng)關鍵設備采用冗余配置結構可以極大地提高整個系統(tǒng)的可靠性和可用性，一些安全要求非常高的場合要求自動化系統(tǒng)采用設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)可靠性和可用性計算的具體方法及可量化的指標，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規(guī)范的要求。本文提供的可靠性框圖分析計算方法已經(jīng)在國內多條地鐵線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)中應用，可以為后續(xù)線路綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性計算提供參考。

參考文獻

［1］汪文功．城市軌道交通自動化系統(tǒng)中的一種可靠性算法［J］．城市軌道交通研究，2010（10）：83－85

［2］汪文功．現(xiàn)代城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設計分析［J］．工控通訊，2008，6（2）：16

［3］王?。鞘熊壍澜煌ㄖ悄芫C合監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術要點［J］．科學時代，2014（7）：1－2

［4］曾東亮．成都地鐵1號線車輛RAMS管理模式［J］．電力機車與城軌車輛，2009，32（4）：52－54

［5］南京南瑞集團．上海軌道交通10號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)可靠性分析［R］．南京：南京南瑞集團，2008

［6］張英，張益，王冀魯．基于框圖法的網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)可靠性分析［J］．計算機科學，2010（6）：102－105

［7］徐榮峰．汽車電子防盜報警器電路的可靠性設計分析［D］．南寧：廣西大學，2007

作者：林曉偉 卜凡 許超 單位：國電南瑞科技股份有限公司