FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計過程中的應用

宋小霞

摘 要 簡要概述FMEA基本概念及分析過程，并描述FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計開發中的分析過程、嚴酷度等級劃分、故障模式概率程度劃分、分析結果等內容。

關鍵詞 FMEA；不對稱高壓脈沖軌道電路；設計過程

中圖分類號：U284 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0053-02

1 FMEA簡述及分析過程

FMEA（fault mode，effects analysis），其中文全稱為“故障模式及影響分析”，是一種自下而上、分析產品所有可能的故障模式及其可能產生的影響，并按每一個故障模式的嚴重程度及其發生概率予以分類的一種歸納分析方法，廣泛應用于產品可靠性工程、安全性工程、維修性工程等領域。FMEA分析過程和基本步驟為：

1）定義系統功能和工作最低要求。

2）擬定功能結構層次圖以及其他圖標或數學模型。

3）確定分析的基本原則和用于完成分析的相應文件。

4）確定故障模式、原因和影響，以及它們之間相對的重要性和順序。

5）找出故障的檢測、隔離措施和方法。

6）找出設計和工作中的預防措施，以防止特別不希望發生的事件。

2 FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計中的應用

2.1 不對稱高壓脈沖軌道電路定義

圖1 非電氣化非電碼化結構簡圖

不對稱高壓脈沖軌道電路屬于有絕緣、閉路式脈沖軌道電路，是基于鋼軌傳輸信號的一種鐵路站內軌道電路，不對稱高壓脈沖軌道電路主要由高壓脈沖發碼器、軌道/扼流變壓器、傳輸通道、高壓脈沖譯碼器、軌道繼電器等組成。由工頻電源為電路提供能量，通過發碼器控制電容充放電為電路提供脈沖峰值電壓，經送端軌道變壓器變壓、鋼軌流至接收端軌道變壓器變壓、譯碼器整流出兩路分別為二元差動繼電器提供頭部和尾部電壓，使得二元差動繼電器正常工作。不對稱脈沖軌道電路用于檢查軌道區段是否有車占用，若有車占用，軌道電路終端的軌道繼電器應處于落下狀態；若無車占用，軌道繼電器應處于吸起狀態。圖1所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路系統結構框圖。

2.2 建立不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

以非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路為例，其主要由發碼器、送端軌道變壓器（扼流變壓器）、受端軌道變壓器（扼流變壓器）、譯碼器、繼電器五個模塊串聯而成；根據功能劃分，發碼器又可分為穩壓器、發碼電子盒、限流電阻；譯碼器可分為脈沖信號頭部整流電路、脈沖信號尾部整流電路；繼電器分為脈沖接收線圈、接點部分。圖2所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路產品結構層次框圖。為便于分析，給每個部件都賦予編號。

圖2 非電氣非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

2.3 故障判斷或分析原則

當軌道電路中的終端設備--軌道繼電器錯誤落下或吸起時，可判定為軌道電路系統發生故障。當軌道電路的終端設備——軌道繼電器錯誤吸起，示為危險側故障。

2.4 故障嚴酷度的判定方法

表1 嚴酷等級劃分

嚴酷等級 賦值 嚴重程度

特大事故 Ⅰ級 繼電器錯誤吸起，軌道電路錯誤顯示空閑，

造成多人死亡或重傷

重大事故 Ⅱ類 繼電器可能錯誤吸起或落下。

造成少數人死亡或重傷。

次要事故 Ⅲ類 繼電器錯誤落下或分路殘壓過高。

影響軌道電路可用性，列車晚點，影響分路效果。

輕微事故 Ⅳ類 繼電器錯誤落下，

影響行車的其他情形及軌道電路可用性。

參考《鐵路交通事故調查處理規則》量化危害傷害程度、范圍，以及鐵道部對危害嚴酷等級的劃分，鐵路信號產品通常遵循如表1示的嚴酷度準則劃分。

2.5 故障影響定義

故障影響是指產品的每一個故障模式對產品自身或其他產品的使用、功能和狀態的影響。本文以模塊為最底層舉例，則定義如表2所示的故障影響。

表2 故障影響的定義

名稱 定義

局部影響 某模塊的故障模式對其本身及所在層次的影響，

如發碼器的故障模式之一對其自身的影響

系統影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的上一層次產品的影響，如發碼器的故障模式對軌道電路的影響。

最終影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的最終層次的影響，如發碼器的故障模式對信號系統的影響。

2.6 分析結果

根據上述描述的嚴酷度等級、故障模式程度等級劃分，結合圖2分析的約定層次進行FMEA分析，并根據本文第1節描述的“FMEA分析過程及6個基本步驟”逐一進行分析，分析結果參見表3所示的FMEA工作表單。各種故障的影響及嚴酷度主要是根據設計人員及其他現場經驗分析而成。

3 總結

在對不對稱高壓脈沖軌道電路進行FMEA分析過程中也存在一些問題，比如現場歷史數據的不足、分析人員的實踐經驗較少等，從而影響了FMEA分析的深度及正確性。然而，在產品開發設計過程中進行FMEA分析，不僅可找出薄弱環節，進一步改進可靠性；對于鐵路產品，通過分析FMEA可以進一步對產品的技術危害進行分析，并可在FMEA基礎上進一步進行CA（critical analysis）危害性分析，增加其安全性。例如上述所舉例分析的不對稱高壓脈沖軌道電路FMEA分析可看出，當差動繼電器發生“繼電器錯誤吸起”則會出現致命性的影響，其次是譯碼器尾部電路故障。因此，在鐵路產品設計開發過程中有必要進行FMEA分析。

參考文獻

[1]董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）[M].中國鐵道出版社，2009.

[2]酈萌，吳芳美.鐵路信號可靠性安全性理論及證實[M].中國鐵道出版社，2008.

[3]FMECA分析技術在機車空調系統設計中的應用[J].技術與市場，2013，20（4）.endprint

摘 要 簡要概述FMEA基本概念及分析過程，并描述FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計開發中的分析過程、嚴酷度等級劃分、故障模式概率程度劃分、分析結果等內容。

關鍵詞 FMEA；不對稱高壓脈沖軌道電路；設計過程

中圖分類號：U284 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0053-02

1 FMEA簡述及分析過程

FMEA（fault mode，effects analysis），其中文全稱為“故障模式及影響分析”，是一種自下而上、分析產品所有可能的故障模式及其可能產生的影響，并按每一個故障模式的嚴重程度及其發生概率予以分類的一種歸納分析方法，廣泛應用于產品可靠性工程、安全性工程、維修性工程等領域。FMEA分析過程和基本步驟為：

1）定義系統功能和工作最低要求。

2）擬定功能結構層次圖以及其他圖標或數學模型。

3）確定分析的基本原則和用于完成分析的相應文件。

4）確定故障模式、原因和影響，以及它們之間相對的重要性和順序。

5）找出故障的檢測、隔離措施和方法。

6）找出設計和工作中的預防措施，以防止特別不希望發生的事件。

2 FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計中的應用

2.1 不對稱高壓脈沖軌道電路定義

圖1 非電氣化非電碼化結構簡圖

不對稱高壓脈沖軌道電路屬于有絕緣、閉路式脈沖軌道電路，是基于鋼軌傳輸信號的一種鐵路站內軌道電路，不對稱高壓脈沖軌道電路主要由高壓脈沖發碼器、軌道/扼流變壓器、傳輸通道、高壓脈沖譯碼器、軌道繼電器等組成。由工頻電源為電路提供能量，通過發碼器控制電容充放電為電路提供脈沖峰值電壓，經送端軌道變壓器變壓、鋼軌流至接收端軌道變壓器變壓、譯碼器整流出兩路分別為二元差動繼電器提供頭部和尾部電壓，使得二元差動繼電器正常工作。不對稱脈沖軌道電路用于檢查軌道區段是否有車占用，若有車占用，軌道電路終端的軌道繼電器應處于落下狀態；若無車占用，軌道繼電器應處于吸起狀態。圖1所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路系統結構框圖。

2.2 建立不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

以非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路為例，其主要由發碼器、送端軌道變壓器（扼流變壓器）、受端軌道變壓器（扼流變壓器）、譯碼器、繼電器五個模塊串聯而成；根據功能劃分，發碼器又可分為穩壓器、發碼電子盒、限流電阻；譯碼器可分為脈沖信號頭部整流電路、脈沖信號尾部整流電路；繼電器分為脈沖接收線圈、接點部分。圖2所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路產品結構層次框圖。為便于分析，給每個部件都賦予編號。

圖2 非電氣非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

2.3 故障判斷或分析原則

當軌道電路中的終端設備--軌道繼電器錯誤落下或吸起時，可判定為軌道電路系統發生故障。當軌道電路的終端設備——軌道繼電器錯誤吸起，示為危險側故障。

2.4 故障嚴酷度的判定方法

表1 嚴酷等級劃分

嚴酷等級 賦值 嚴重程度

特大事故 Ⅰ級 繼電器錯誤吸起，軌道電路錯誤顯示空閑，

造成多人死亡或重傷

重大事故 Ⅱ類 繼電器可能錯誤吸起或落下。

造成少數人死亡或重傷。

次要事故 Ⅲ類 繼電器錯誤落下或分路殘壓過高。

影響軌道電路可用性，列車晚點，影響分路效果。

輕微事故 Ⅳ類 繼電器錯誤落下，

影響行車的其他情形及軌道電路可用性。

參考《鐵路交通事故調查處理規則》量化危害傷害程度、范圍，以及鐵道部對危害嚴酷等級的劃分，鐵路信號產品通常遵循如表1示的嚴酷度準則劃分。

2.5 故障影響定義

故障影響是指產品的每一個故障模式對產品自身或其他產品的使用、功能和狀態的影響。本文以模塊為最底層舉例，則定義如表2所示的故障影響。

表2 故障影響的定義

名稱 定義

局部影響 某模塊的故障模式對其本身及所在層次的影響，

如發碼器的故障模式之一對其自身的影響

系統影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的上一層次產品的影響，如發碼器的故障模式對軌道電路的影響。

最終影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的最終層次的影響，如發碼器的故障模式對信號系統的影響。

2.6 分析結果

根據上述描述的嚴酷度等級、故障模式程度等級劃分，結合圖2分析的約定層次進行FMEA分析，并根據本文第1節描述的“FMEA分析過程及6個基本步驟”逐一進行分析，分析結果參見表3所示的FMEA工作表單。各種故障的影響及嚴酷度主要是根據設計人員及其他現場經驗分析而成。

3 總結

在對不對稱高壓脈沖軌道電路進行FMEA分析過程中也存在一些問題，比如現場歷史數據的不足、分析人員的實踐經驗較少等，從而影響了FMEA分析的深度及正確性。然而，在產品開發設計過程中進行FMEA分析，不僅可找出薄弱環節，進一步改進可靠性；對于鐵路產品，通過分析FMEA可以進一步對產品的技術危害進行分析，并可在FMEA基礎上進一步進行CA（critical analysis）危害性分析，增加其安全性。例如上述所舉例分析的不對稱高壓脈沖軌道電路FMEA分析可看出，當差動繼電器發生“繼電器錯誤吸起”則會出現致命性的影響，其次是譯碼器尾部電路故障。因此，在鐵路產品設計開發過程中有必要進行FMEA分析。

參考文獻

[1]董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）[M].中國鐵道出版社，2009.

[2]酈萌，吳芳美.鐵路信號可靠性安全性理論及證實[M].中國鐵道出版社，2008.

[3]FMECA分析技術在機車空調系統設計中的應用[J].技術與市場，2013，20（4）.endprint

摘 要 簡要概述FMEA基本概念及分析過程，并描述FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計開發中的分析過程、嚴酷度等級劃分、故障模式概率程度劃分、分析結果等內容。

關鍵詞 FMEA；不對稱高壓脈沖軌道電路；設計過程

中圖分類號：U284 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0053-02

1 FMEA簡述及分析過程

FMEA（fault mode，effects analysis），其中文全稱為“故障模式及影響分析”，是一種自下而上、分析產品所有可能的故障模式及其可能產生的影響，并按每一個故障模式的嚴重程度及其發生概率予以分類的一種歸納分析方法，廣泛應用于產品可靠性工程、安全性工程、維修性工程等領域。FMEA分析過程和基本步驟為：

1）定義系統功能和工作最低要求。

2）擬定功能結構層次圖以及其他圖標或數學模型。

3）確定分析的基本原則和用于完成分析的相應文件。

4）確定故障模式、原因和影響，以及它們之間相對的重要性和順序。

5）找出故障的檢測、隔離措施和方法。

6）找出設計和工作中的預防措施，以防止特別不希望發生的事件。

2 FMEA在不對稱高壓脈沖軌道電路設計中的應用

2.1 不對稱高壓脈沖軌道電路定義

圖1 非電氣化非電碼化結構簡圖

不對稱高壓脈沖軌道電路屬于有絕緣、閉路式脈沖軌道電路，是基于鋼軌傳輸信號的一種鐵路站內軌道電路，不對稱高壓脈沖軌道電路主要由高壓脈沖發碼器、軌道/扼流變壓器、傳輸通道、高壓脈沖譯碼器、軌道繼電器等組成。由工頻電源為電路提供能量，通過發碼器控制電容充放電為電路提供脈沖峰值電壓，經送端軌道變壓器變壓、鋼軌流至接收端軌道變壓器變壓、譯碼器整流出兩路分別為二元差動繼電器提供頭部和尾部電壓，使得二元差動繼電器正常工作。不對稱脈沖軌道電路用于檢查軌道區段是否有車占用，若有車占用，軌道電路終端的軌道繼電器應處于落下狀態；若無車占用，軌道繼電器應處于吸起狀態。圖1所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路系統結構框圖。

2.2 建立不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

以非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路為例，其主要由發碼器、送端軌道變壓器（扼流變壓器）、受端軌道變壓器（扼流變壓器）、譯碼器、繼電器五個模塊串聯而成；根據功能劃分，發碼器又可分為穩壓器、發碼電子盒、限流電阻；譯碼器可分為脈沖信號頭部整流電路、脈沖信號尾部整流電路；繼電器分為脈沖接收線圈、接點部分。圖2所示為非電氣化非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路產品結構層次框圖。為便于分析，給每個部件都賦予編號。

圖2 非電氣非電碼化不對稱高壓脈沖軌道電路結構層次框圖

2.3 故障判斷或分析原則

當軌道電路中的終端設備--軌道繼電器錯誤落下或吸起時，可判定為軌道電路系統發生故障。當軌道電路的終端設備——軌道繼電器錯誤吸起，示為危險側故障。

2.4 故障嚴酷度的判定方法

表1 嚴酷等級劃分

嚴酷等級 賦值 嚴重程度

特大事故 Ⅰ級 繼電器錯誤吸起，軌道電路錯誤顯示空閑，

造成多人死亡或重傷

重大事故 Ⅱ類 繼電器可能錯誤吸起或落下。

造成少數人死亡或重傷。

次要事故 Ⅲ類 繼電器錯誤落下或分路殘壓過高。

影響軌道電路可用性，列車晚點，影響分路效果。

輕微事故 Ⅳ類 繼電器錯誤落下，

影響行車的其他情形及軌道電路可用性。

參考《鐵路交通事故調查處理規則》量化危害傷害程度、范圍，以及鐵道部對危害嚴酷等級的劃分，鐵路信號產品通常遵循如表1示的嚴酷度準則劃分。

2.5 故障影響定義

故障影響是指產品的每一個故障模式對產品自身或其他產品的使用、功能和狀態的影響。本文以模塊為最底層舉例，則定義如表2所示的故障影響。

表2 故障影響的定義

名稱 定義

局部影響 某模塊的故障模式對其本身及所在層次的影響，

如發碼器的故障模式之一對其自身的影響

系統影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的上一層次產品的影響，如發碼器的故障模式對軌道電路的影響。

最終影響 某模塊的故障模式對該模塊所在約定層析的最終層次的影響，如發碼器的故障模式對信號系統的影響。

2.6 分析結果

根據上述描述的嚴酷度等級、故障模式程度等級劃分，結合圖2分析的約定層次進行FMEA分析，并根據本文第1節描述的“FMEA分析過程及6個基本步驟”逐一進行分析，分析結果參見表3所示的FMEA工作表單。各種故障的影響及嚴酷度主要是根據設計人員及其他現場經驗分析而成。

3 總結

在對不對稱高壓脈沖軌道電路進行FMEA分析過程中也存在一些問題，比如現場歷史數據的不足、分析人員的實踐經驗較少等，從而影響了FMEA分析的深度及正確性。然而，在產品開發設計過程中進行FMEA分析，不僅可找出薄弱環節，進一步改進可靠性；對于鐵路產品，通過分析FMEA可以進一步對產品的技術危害進行分析，并可在FMEA基礎上進一步進行CA（critical analysis）危害性分析，增加其安全性。例如上述所舉例分析的不對稱高壓脈沖軌道電路FMEA分析可看出，當差動繼電器發生“繼電器錯誤吸起”則會出現致命性的影響，其次是譯碼器尾部電路故障。因此，在鐵路產品設計開發過程中有必要進行FMEA分析。

參考文獻

[1]董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）[M].中國鐵道出版社，2009.

[2]酈萌，吳芳美.鐵路信號可靠性安全性理論及證實[M].中國鐵道出版社，2008.

[3]FMECA分析技術在機車空調系統設計中的應用[J].技術與市場，2013，20（4）.endprint