引言

隨著自主化機車制動技術的快速發(fā)展,自主化制動系統(tǒng)產品裝車上線運行的數(shù)量也逐步增加,產品的安全性需要有科學的方法和手段來進行評估管控。為評估機車緊急制動功能風險,對緊急制動功能采用事件樹分析與故障樹分析相結合的綜合分析法(ETF）,逐層找出故障事件必要而充分的直接原因,給出產品的改進建議。

本文利用ETF方法評估某型機車緊急制動的風險水平,根據(jù)機車緊急制動功能原理建造事件樹和故障樹進行分析,計算各后果事件的概率,并進行風險評估。

1事件樹分析

機車在運行過程中,由于某些緊急情況常用制動不足以保證行車安全,司機此時會采取緊急制動措施確保機車能安全停下來,一般是操作人員通過制動控制器觸發(fā)緊急制動,若緊急制動不發(fā)生,操作人員觸發(fā)緊急制動按鈕緊急制動,若上述兩種措施都不產生緊急制動,則操作人員拉緊急制動閥進行緊急制動。根據(jù)上述原理分析,建造機車緊急制動功能事件樹如下:

1.1確定初因事件

根據(jù)可能引發(fā)機車制動故障安全性后果的內部故障或外部事件,確定機車初因事件為"常用制動不上閘"。

1.2確定后續(xù)事件

初因事件確定后,再對各安全環(huán)節(jié)進行分析,以確定后續(xù)事件:（1）制動控制器觸發(fā)緊急制動故障:（2）緊急制動按鈕觸發(fā)緊急制動故障:（3）緊急制動閥觸發(fā)緊急制動故障。

1.3確定后果事件

假設"某型機車緊急制動故障"引起的后果事件如表1所示。

1.4建造某型機車緊急制動故障的事件樹

某型機車緊急制動故障的事件樹如圖1所示。

2故障樹分析

機車緊急制動功能故障樹頂事件計算需要底事件的數(shù)據(jù),統(tǒng)計在線1000套機車制動機累計運行23360000h的數(shù)據(jù),結果表明機車緊急制動功能出現(xiàn)的故障很少且為偶發(fā)故障,可假設其為指數(shù)分布。各部件的故障率通過以下兩種計算方式獲得:

（1）若機車緊急制動故障樹底事件的概率中有部分部件出現(xiàn)了故障,統(tǒng)計其故障率為A=故障數(shù)/部件運用時間。

（2）若機車緊急制動故障樹底事件的概率中有部分部件無故障出現(xiàn),通過指數(shù)分布下的無故障數(shù)據(jù)分析故障率。參考《可靠性數(shù)據(jù)分析》[2]關于指數(shù)分布下的無故障數(shù)據(jù)分析,指數(shù)分布時無故障數(shù)據(jù)的平均壽命④的最優(yōu)置信下限為:

通過這兩種方法獲得的機車緊急制動底事件數(shù)據(jù)如表2所示。

對圖1所示的事件樹,進一步分析初因事件T0和后續(xù)事件T1、T2、T3的原因,如表3所示,進而建造相應的故障樹,如圖2、圖3、圖4和圖5所示。

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對于常用制動不上閘的故障樹T0,由上行法求T0最小割集:

由于最小割集發(fā)生概率較低,兩個割集之間是相互獨立的,即兩個以上割集同時發(fā)生的情況忽略不計。參考《RMs型號可靠性維修性保障性技術規(guī)范》,頂事件T0發(fā)生的概率用下列公式計算:

式中,P(T）為頂事件發(fā)生概率:P(Ki）為第i個最小割集的發(fā)生概率:N(Ki）為最小割集數(shù)。

根據(jù)表2的底事件數(shù)據(jù),可得:

對于制動控制器觸發(fā)緊急制動故障的故障樹71,求71最小割集,具體如下:

(1）故障樹的最下一級為:

(2）往上一級為:

由于最小割集發(fā)生概率很小,零部件的可靠度比較高,精確概率計算公式中起主要作用的是首項及第二項,參考《RMS型號可靠性維修性保障性技術規(guī)范》,頂事件T1發(fā)生的概率用下列公式計算:

式中,P(T）為頂事件發(fā)生概率:P(Ki）為第i個最小割集的發(fā)生概率:N為最小割集數(shù)。

根據(jù)表2的底事件數(shù)據(jù)計算,可得:

對于緊急制動按鈕觸發(fā)緊急制動故障的故障樹T2,由上行法求T2最小割集,具體如下:

(1）故障樹的最下一級為:

(2）往上一級為:

頂事件72發(fā)生的概率用公式(3）計算,根據(jù)表2的底事件數(shù)據(jù)計算,可得:

對于緊急制動閥觸發(fā)緊急制動故障的故障樹73,由上行法求73最小割集,具體如下:

(1）故障樹的最下一級為:

(2）往上一級為:

頂事件T3發(fā)生的概率用公式(3）計算,根據(jù)表2的底事件數(shù)據(jù)計算,可得:

在建造ETFT后,繪制"機車緊急制動故障"的ETF分析圖,如圖6所示。T0T1T2和T3分別表示初因事件和后續(xù)事件的故障樹:P1P2P3和P4分別表示初因事件和后續(xù)事件發(fā)生的概率。

3后果事件的概率

根據(jù)圖6的ETF分析圖,結合和諧型電力機車C5修修程周期(以先到為準）100×(1±10%）萬km,不超過6年,假設部件運行了6年時間,計算C1、C2C3和C4發(fā)生的概率:

4風險評估

評價后果事件的風險,應對每一個后果事件進行風險評估。后果事件的風險R定義為該事件的發(fā)生概率和其損失值的乘積:

式中,R為后果事件的風險值:P為單位事件內后果事件的發(fā)生概率:C為后果事件的損失值,如費用。

一般情況下,后果事件所造成的損失以費用來表示其損失值,以便計算出每個后果事件的風險值。經計算與整理,將所求的各種事件的損失(Ci）、概率(Pi）及風險(Ri）結果列為表4。

若所有后果事件的風險均不超過9800元(6年）,則系統(tǒng)及安全措施是可靠的,否則必須加強改進與補償措施,并對有關安全設施重新進行可靠性分析或設計,直至滿足要求為止。至于超出等風險多少范圍就算不滿足要求,這可在分析總結該系統(tǒng)過去的經驗基礎上,視具體情況而定。

5結語

本文介紹了機車緊急制動ETF方法分析,包括建造事件樹分析、建造故障樹分析和計算各后果事件概率。最后對機車緊急制動進行了風險評估,根據(jù)某型機車緊急制動故障引起的后果事件的假設,分析表明:若所有后果事件的風險均不超過9800元(6年）,系統(tǒng)及安全措施是可靠的,風險是可接受的。若在后續(xù)的機車緊急制動功能設計中發(fā)現(xiàn)其風險較高,則需要對其安全措施重新進行可靠性分析和設計。