赵青选

摘 要：产品的可靠性是设计出来的。开展可靠性分析的方法很多，针对性的应用分析方法，紧密结合产品特点，评估参数变化对系统的影响。把可靠性分析落实到设计方案中去，对不同的设计方案进行比较，为设计决策提供依据。

关键词：可靠性；方案；故障；概率

产品可靠性是影响市场竞争的关键因素。设计过程中，实现客户需求的产品性能和功能很重要，但还有一个问题，并行设计产品可靠性的问题。比如，独立设计开发一个新产品，采用何种方案，是否需要冗余去避免单点故障，为减少故障频发对维修间隔有何要求，才能满足产品在制定条件下的使用，经历多长时间不坏，采取纠正预防措施使产品易于维修，这其中就会有多个不同的解决方案。

可靠性是研究产品故障规律的一种技术，可通过定性或定量方法进行可靠性水平的评定。可靠性分析并不强调数学计算过程，而是通过各类参数的分析，研究参数变化对系统的影响，把可靠性设计落实到研发方案中去，本文重点阐述并行工程的可靠性分析方法。

1 系统初步方案的确定

车门采用固有式故障导向安全的设计方法，设计出符合安全完整性要求的安全电路，以满足“防止意外开门”的安全完整性等级要求。为实现非安全条件下操作紧急解锁堵转关门的功能，需采集紧急解锁开关信号，激活安全电路。前期方案中，使用一个紧急解锁开关，若紧急解锁意外触发，则安全电路意外激活，存在单点故障，不符合安全完整性的设计要求；增加一个紧急解锁开关，两个开关分别给出信号，两个开关同时触发时，认为紧急解锁被操作，激活安全电路，以满足安全完整性等级的要求。

为证明冗余设计方案的合理性，需采用安全完整性分析方法。

2 安全完整性分析通用概念

在工程应用领域里，存在许多潜在的危险和风险，对特定的故障模式的严重度和发生的概率所产生的中华影响进行分类，评价产品可能出现的故障的影响。

安全完整性定量方法既可用于简单系统，也可用于复杂系统。在用于复杂系统时，可构造故障树来表述危险模型。顶端事件通常为一人或多人死亡，以及为表示需求原因和电气安全相关系统故障而构建的逻辑，故障导致了顶端事件的发生。在某些复杂系统中，可能会在故障树的多个位置发生单个故障事件，需用用简化方法如风险图法来完成该项工作。简而言之，可通过确定所需的风险降低，来实现允许风险的标准，从而确定安全完整性等级。

3 风险图方法

风险图法可以测定系统的安全完整性水平，一旦采取这种方法，需要引入一些参数。这些参数可以有意义的对这些风险划分等级，并且可以控制关键的风险评估因素。

车门开关功能的操作频率每年大于一次，因此车门开关功能属于高需求模式。高需求模式下故障发生概率的计算公式：故障发生概率 = THR / （ExPxC）。

3.1 容许故障概率THR

考虑车门开关冗余设计前的容许故障概率的确定：

1）10-9每小时：灾难性事件，造成死亡和/或多人重伤和/或严重危害环境。

2）10-7每小时：严重事件，造成一人死亡和/或重伤和/或严重危害环境。

3）10-5每小时：轻微事件，造成轻伤和/或严重威胁环境。

3.2 风险暴露概率E

1）E=1：经常直至永久暴露在危险区域。

2）E=0.1： 除非在特殊情况下（例如乘客在隧道里行走），否则很少至较少暴露在危险区域。

3）E=0.01： 几乎不暴露在危险区域（例如乘客在车辆段）。

3.3 避开/降低事件发生的概率P

1）P=1： 没有额外的手段避免事故的发生。

2）P=0.1： 有一定的方式降低特定事故的发生（例如乘客目测车辆发动时车门是否意外打开）。

3）P=0.01： 有两种独立的方式降低特定事故的发生（例如独立车门互锁回路判断车门发动前车门是否打开，同时乘客可目测到车辆发动时车门是否意外打开，）。

3.4 后果C

1）C=1： 没有方法避免事故的后果。

2）C=0.1： 有一定方式可避免是事故发生的后果（例如，乘客被门夹住时，会尝试从被夹住的车门中挣脱。）

3）C=0.01： 有兩种独立的方式可避免是事故发生的后果（例如，停车时车轮防止打滑功能和合适的制动距离）

4 结论

乘客从运行的列车上跌落轨道，被其他列车撞击，最严重时可能多名乘客同时跌落，造成多人死亡或重伤，因此开关方案事件的THR=10-9。当采用一个开关时，故障发生概率 = THR / （ExPxC）=10-8，此时，E=1，乘客经常暴露在这种风险下；P=1，当一个开关故障时没有额外的手段避免事故的发生；C=0.1，乘客会意识到车门意外打开，并会向车厢内部移动。当采用两个开关时，故障发生概率 = THR / （ExPxC）=10-9，此时，E=1，乘客经常暴露在这种风险下；P=0.1，不存在单点故障，冗余设计，车门两个紧急解锁开关任一个触发时，即判定为操作了紧急解锁，激活安全电路；C=0.1，乘客会意识到车门意外打开，并会向车厢内部移动。由此可见，增加一个紧急解锁开关是设计需要，不是过设计。

本文只是依据简单的例子阐述可靠性定量分析时，参数选择的变化可以影响设计方案。实际工程应用中的可靠性分析，应该是一系列系统化的活动，是对设计过程的完善，辅助以明确什么样的设计和过程才能满足顾客的需要。

参考文献：

[1]IEC 61508-5：2010 第5部分：确定安全完整性等级的方法示例.

[2]李良巧.可靠性工程师手册.北京：中国人民大学出版社，2012.