交通控制系统安全与可靠性 Reliability and Safety in Transportation System,教师：施莉娟 Tel：15901992688,2016年3月,第一讲 概述,1、 本课程的性质、任务,专业选修课 ； 掌握安全可靠性的基本理论，在交通控制系统领域中的应用实践。,2、课程主要内容,绪论安全及可靠性在交通控制系统中的地位和作用，可靠性工程及安全性工程概述，可靠性理论的发展历史。,2. 可靠性、维修性、可用性和安全性理论介绍可靠性及安全性理论：基本定义、故障与概率统计失效分布函数与平均寿命、可靠度函数与可靠寿命、失效率函数、常用失效分布。,4. 可靠性、安全性分析法 介绍故障模式影响及危害性分析(FMECA） 、故障树分析FTA 、事件树分析方法。,2、课程主要内容 (Basic Content),3. 可靠性及安全性理论模型介绍不修系统的可靠性分析模型、不修网络系统的可靠性分析模型、可修系统的可靠性和安全性分析模型。,5. 可靠性数据采集、建模、分析及设计方法 介绍可靠性数据采集及分析的基本方法； 可靠性常用概率分布及统计推断。包括样本的经验分布函数、分布参数的点估计、分布参数的区间估计。 可靠性设计、分配和预计、及设计优化。,2、课程主要内容 (Basic Content),6. 安全管理及评估介绍安全功能及安全完整性、风险分析、安全生命周期、功能安全管理及评估。,7. 铁路信号系统中的“故障-安全”铁路信号系统信息系统安全与可靠性的解决案例。,3、主要参考书 (References),1 程荫杭，铁路信号可靠性与安全性，中国铁道出版社, 2011; 2 赵宇等，可靠性数据分析教程，北京航空航天大学出版社，2009； 3 赵涛, 可靠性工程基础，天津大学出版社, 1999； 4 卢明银等，系统可靠性，机械工业出版社，2008； 5（挪）劳沙德著，郭强等译，系统可靠性理论：模型、统计方法及应用（第2版），国防工业出版社，2010；6 Ajit Kumar Verma,Reliability and Safety Engineering, Springer Series in Reliability Engineering, December 2009. 7 8 Hoang Pham, Handbook of Reliability Engineering, 2003, http:/www.springer.de/phys/.8 Jie Wang，Computer Network Security Theory and Practice，2008，www.springer.com.,4、可靠性及安全性研究的必要性,产品和系统日益复杂化、高科技,阿波罗卫星 由七百多万个零部件组成,载人航天、绕月 探测工程,产品故障会造成的巨大的损失,经济损失,人员伤亡,国家安全,维修费用,高可靠性是企业提高核心竞争力的重要保证,日本的汽车、家用电器等产品占领国际市场，主要原因是产品可靠性高。,美国的康明斯柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000小时就出现故障。,产品或系统对人类的可靠性变得非常重要。因为人是最容易犯错误的，排除人易犯错误这一点来说可靠性设计变得很有必要。,人们对可靠性的要求日益提高,4、可靠性研究的必要性,铁路信号作用：保证安全的前提下提高效率；,仅2005年1-11月，铁路信号故障8088件，造成列车延误7911小时，平均每次故障造成延误59分钟。,可靠性、安全性在铁路信号中的地位,随着铁路运输技术水平提高，列车速度提高、密度加大、载重增加，对铁路信号的依赖性增加。,故障不仅造成列车延误，失去了设备对列车的运行安全保障，列车安全需要依靠操作人员按规章制度执行来保障，一旦操作人员疏忽、违章作业，可能酿成安全事故。,2011年9月27日，上海地铁发生追尾事故，造成295人不同程度的损伤。这起事故和7.23事故有点相似。事故发生引起国务院高度重视，温家宝总理做出重要批示，并对我们国家在用运营轨道交通的信号，及有关设备设施进行检查。直接原因是电气设备短路已经转入到电话闭塞命令的指挥情况下，管理人员管理指挥不到位，导致车辆误入最后发生车辆追尾。这场事故显现出来在管理、调度指挥等方面的欠缺之处，包括现场施工、指令发布、文件的发布传递，都存在严重的问题，导致了事故。 2013年的1月8日，昆明地铁南线段地铁发生一起一人死亡事故。这个事故和设计施工、后期运营管理都有很大关系。在城市轨道交通方面造成非常恶劣的影响。,可靠性、安全性在铁路信号中的地位(案例),“723”甬温线特别重大铁路交通事故,2011年7月23日20时30分05秒，甬温线浙江省温州市境内，由北京南站开往福州站的D301次列车与杭州站开往福州南站的D3115次列车发生动车组列车追尾事故，造成40人死亡、172人受伤，中断行车32小时35分，直接经济损失19371.65万元。事故原因 ：因雷击致使温州南站轨道电路4个发送盒损坏，造成轨道电路与列控中心信号传输的CAN总线阻抗下降，导致5829AG轨道电路发送器与列控中心通信故障。,LKD2-T1型列控中心设备采集驱动单元采集电路电源回路中的保险管F2熔断。熔断前温州南站列控中心管辖区间的轨道无车占用，因温州南站列控中心设备的严重缺陷，导致后续时段实际有车占用时，列控中心设备仍按照熔断前无车占用状态进行控制输出，致使温州南站列控中心设备控制的区间信号机错误升级保持绿灯状态。,轨道电路与列控中心信号传输的CAN总线阻抗下降，使5829AG轨道电路与列控中心的通信出现故障，造成5829AG轨道电路发码异常，在无码、检测码、绿黄码间无规律变化，在温州南站计算机联锁终端显示永嘉站至温州南站下行线三接近 “红光带”,通号设计院,铁道部,在LKD2-T1型列控中心设备研发中管理混乱,温州南站列控中心,采集驱动单元采集电路电源回路中保 险管F2遭雷击熔断后，采集数据不再 更新，错误地控制轨道电路发码及信 号显示，使行车处于不安全状态,通号集团,作为甬温线通信信号集成总承包商履行职责不力，致使为甬温线温州南站提供的LKD2-T1型列控中心设备存在严重设计缺陷和重大安全隐患,事故原因,在LKD2-T1型列控中心设备招投标、技术审查、上道使用等方面违规操作、把关不严，致使其在温州南站上道使用,雷 击,上海铁路局,造成5829AG轨道电路发送器与列控中心通信故障。使从永嘉站出发驶向温州南站的D3115次列车超速防护系统自动制动，在5829AG区段内停车。,温州南站列控中心,管辖的5829闭塞分区及后续两个闭塞分区防护信号错误地显示绿灯，向D301次列车发送无车占用码，导致D301次列车驶向D3115次列车并发生追尾,轨道电路发码,发码异常，导致其三次转目视行车模式起车受阻，7分40秒后才转为目视行车模式以低于20公里/小时的速度向温州南站缓慢行驶，未能及时驶出5829闭塞分区,事故原因,有关作业人员安全意识不强，在设备故障发生后，未认真正确地履行职责，故障处置工作不得力，未能起到可能避免事故发生或减轻事故损失的作用,5. 可靠性学科发展历史回顾,形成这门学科的起源就是用传统的质量分析方法无法解释实际中出现的失效问题。第二次世界大战期间，美国空军由于飞行故障而损失的飞机为21000架，比被击落的多1.5倍；运往远东的作战飞机上的电子设备60在运输中失效，在储存期间有50发生失效；海军舰艇上的电子设备70因“意外” 事故而失效。这些事实引起美国军方的高度重视，开始研究这些“意外”事故发生的规律，提出了可靠性的概念。,可靠性概念的提出,1952年，美国军事部门、工业部门和有关学术部门联合成立了电子设备可靠性咨询组（简称AGREE）。1957年，AGREE发表了著名的“军用电子设备的可靠性”报告。提出在研制及生产过程中对产品的可靠性指标进行试验、验证和鉴定的方法；在生产、包装、储存和运输等方面要注意的问题及要求等。这个报告被公认为是电子产品可靠性理论和方法的奠基性文件。从此，可靠性学科才逐渐发展成为一门独立的学科 。,5. 可靠性学科发展历史回顾,电子设备可靠性,机械可靠性是可靠性学科的一个重要组成部分。对结构可靠性设计理论和方法的研究：A.M.Freudenthal教授在1947年提出了用于构件静强度可靠性设计的应力-强度干涉模型。由于影响机械设备和系统可靠性的因素众多，难以控制，而且产品批的数量较少，试验费用较大，所以机械可靠性设计在五十六十年代没能全面展开 。E.B.Haugen创造了统计代数运算，为可靠性设计的应用奠定了理论基础。,5. 可靠性学科发展历史回顾,机械可靠性,在七十年代，除了计算机和环境科学之外，可靠性、安全性和风险估计是发展较快的应用科学之一。,美国：1962年美国召开可靠性、维修性和故障物理学学术讨论会；经过努力，阿波罗号710万个零件的故障率为零； 七十年代将可靠性技术引入汽车、发电设备、拖拉机和发电机等机械产品中；1974年，美国原子能委员会利用故障树分析方法评价故障引起世界各国注意。 八十年代，美国罗姆航空研究中心专门作了一次非电子设备可靠性应用情况的调查分析，指出了非电子设备的可靠性设计非常困难；美国国防部可靠性分析中心（RAC）收集和出版了非电子零部件的可靠性数据手册 。,5. 可靠性学科发展历史回顾,日本：以民用产品为主，大力推进可靠性的应用研究；在日本科技联盟中设有一个机械工业的可靠性分科会，由企业的可靠性推进人员和院校教授组成；日本可靠性的研究主要强调实用，这就大大地促进了日本的机电产品可靠性水平的提高 。1971年，全面推广可靠性工程；日本的工伤事故大幅度下降；日本万吨钢死亡重伤率在1965年为0.12,1977年降低到0.008。,5. 可靠性学科发展历史回顾,八十年代，我国开始重视机械可靠性的研究。从1986年起，原机电部已经发布了六批限期考核的机电产品可靠性指标的清单，前后共有879种产品已经进行了可靠性指标的考核。,5. 可靠性学科发展历史回顾,我国：,在进行机械零件的可靠性设计时，强度分布的确定是非常重要的。强度数据的获得需要投入大量的人力、物力和财力，特别是疲劳强度的分布数据更是如此。对这项基础性工作，我国投入了大量的人力和经费，花费了几年的时间，获得了一批非常珍贵的疲劳试验数据，并经统计处理后给出了分布的统计参数供设计时使用。,6. 可靠性学科研究的范畴,可靠性学科就是定量的研究产品动态质量问题的一个学科。它对推动产品的设计、分析的现代化提供了必要的理论基础和分析方法。 可靠性学科所包含的内容相当广泛，大致可包含三个方面：可靠性数学基础可靠性物理（失效分析）可靠性工程,（1）可靠性数学可靠性数学主要研究解决各种可靠性问题的数学模型和数学方法，它属于应用数学的研究范畴。主要内容是概率论和数理统计、随机过程、运筹学、模糊数学等。,6. 可靠性学科研究的范畴,（2）可靠性物理（失效分析）可靠性物理（失效分析）是研究失效现象及其机理和检测方法的学科。美国Rome航空发展中心（RADC）于六十年代初首先进行失效物理的研究，发展失效分析方法和技术，研究各种元器件的失效机理及失效模式，建立各种器件及材料失效的数学及物理模型。,6. 可靠性学科研究的范畴,（3）可靠性工程可靠性工程是对产品（零件、部件、设备或系统）的失效现象及发生概率进行分析、预测、试验、评定和控制的边缘性工程学科。它的发展与概率论和数理统计、运筹学、系统工程、环境工程、价值工程、人机工程、计算机技术、失效物理学、机械学、电子学等学科有着密切的联系。,6. 可靠性学科研究的范畴,7. 可靠性工程的基本内容,涵盖四个方面的内容：,可靠性工程不仅重视技术，也非常重视管理。可靠性管理包括设计、生产和使用过程的管理，即全过程、全寿命期的管理。具体的可靠性管理包括制定可靠性计划，组织可靠性设计评审，进行可靠性认证，制定可靠性标准，确定可靠性指标等。,