FMEA在不对称高压脉冲轨道电路设计过程中的应用

宋小霞

摘 要 简要概述FMEA基本概念及分析过程，并描述FMEA在不对称高压脉冲轨道电路设计开发中的分析过程、严酷度等级划分、故障模式概率程度划分、分析结果等内容。

关键词 FMEA；不对称高压脉冲轨道电路；设计过程

中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0053-02

1 FMEA简述及分析过程

FMEA（fault mode，effects analysis），其中文全称为“故障模式及影响分析”，是一种自下而上、分析产品所有可能的故障模式及其可能产生的影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法，广泛应用于产品可靠性工程、安全性工程、维修性工程等领域。FMEA分析过程和基本步骤为：

1）定义系统功能和工作最低要求。

2）拟定功能结构层次图以及其他图标或数学模型。

3）确定分析的基本原则和用于完成分析的相应文件。

4）确定故障模式、原因和影响，以及它们之间相对的重要性和顺序。

5）找出故障的检测、隔离措施和方法。

6）找出设计和工作中的预防措施，以防止特别不希望发生的事件。

2 FMEA在不对称高压脉冲轨道电路设计中的应用

2.1 不对称高压脉冲轨道电路定义

图1 非电气化非电码化结构简图

不对称高压脉冲轨道电路属于有绝缘、闭路式脉冲轨道电路，是基于钢轨传输信号的一种铁路站内轨道电路，不对称高压脉冲轨道电路主要由高压脉冲发码器、轨道/扼流变压器、传输通道、高压脉冲译码器、轨道继电器等组成。由工频电源为电路提供能量，通过发码器控制电容充放电为电路提供脉冲峰值电压，经送端轨道变压器变压、钢轨流至接收端轨道变压器变压、译码器整流出两路分别为二元差动继电器提供头部和尾部电压，使得二元差动继电器正常工作。不对称脉冲轨道电路用于检查轨道区段是否有车占用，若有车占用，轨道电路终端的轨道继电器应处于落下状态；若无车占用，轨道继电器应处于吸起状态。图1所示为非电气化非电码化不对称高压脉冲轨道电路系统结构框图。

2.2 建立不对称高压脉冲轨道电路结构层次框图

以非电气化非电码化不对称高压脉冲轨道电路为例，其主要由发码器、送端轨道变压器（扼流变压器）、受端轨道变压器（扼流变压器）、译码器、继电器五个模块串联而成；根据功能划分，发码器又可分为稳压器、发码电子盒、限流电阻；译码器可分为脉冲信号头部整流电路、脉冲信号尾部整流电路；继电器分为脉冲接收线圈、接点部分。图2所示为非电气化非电码化不对称高压脉冲轨道电路产品结构层次框图。为便于分析，给每个部件都赋予编号。

图2 非电气非电码化不对称高压脉冲轨道电路结构层次框图

2.3 故障判断或分析原则

当轨道电路中的终端设备--轨道继电器错误落下或吸起时，可判定为轨道电路系统发生故障。当轨道电路的终端设备——轨道继电器错误吸起，示为危险侧故障。

2.4 故障严酷度的判定方法

表1 严酷等级划分

严酷等级 赋值 严重程度

特大事故 Ⅰ级 继电器错误吸起，轨道电路错误显示空闲，

造成多人死亡或重伤

重大事故 Ⅱ类 继电器可能错误吸起或落下。

造成少数人死亡或重伤。

次要事故 Ⅲ类 继电器错误落下或分路残压过高。

影响轨道电路可用性，列车晚点，影响分路效果。

轻微事故 Ⅳ类 继电器错误落下，

影响行车的其他情形及轨道电路可用性。

参考《铁路交通事故调查处理规则》量化危害伤害程度、范围，以及铁道部对危害严酷等级的划分，铁路信号产品通常遵循如表1示的严酷度准则划分。

2.5 故障影响定义

故障影响是指产品的每一个故障模式对产品自身或其他产品的使用、功能和状态的影响。本文以模块为最底层举例，则定义如表2所示的故障影响。

表2 故障影响的定义

名称 定义

局部影响 某模块的故障模式对其本身及所在层次的影响，

如发码器的故障模式之一对其自身的影响

系统影响 某模块的故障模式对该模块所在约定层析的上一层次产品的影响，如发码器的故障模式对轨道电路的影响。

最终影响 某模块的故障模式对该模块所在约定层析的最终层次的影响，如发码器的故障模式对信号系统的影响。

2.6 分析结果

根据上述描述的严酷度等级、故障模式程度等级划分，结合图2分析的约定层次进行FMEA分析，并根据本文第1节描述的“FMEA分析过程及6个基本步骤”逐一进行分析，分析结果参见表3所示的FMEA工作表单。各种故障的影响及严酷度主要是根据设计人员及其他现场经验分析而成。

3 总结

在对不对称高压脉冲轨道电路进行FMEA分析过程中也存在一些问题，比如现场历史数据的不足、分析人员的实践经验较少等，从而影响了FMEA分析的深度及正确性。然而，在产品开发设计过程中进行FMEA分析，不仅可找出薄弱环节，进一步改进可靠性；对于铁路产品，通过分析FMEA可以进一步对产品的技术危害进行分析，并可在FMEA基础上进一步进行CA（critical analysis）危害性分析，增加其安全性。例如上述所举例分析的不对称高压脉冲轨道电路FMEA分析可看出，当差动继电器发生“继电器错误吸起”则会出现致命性的影响，其次是译码器尾部电路故障。因此，在铁路产品设计开发过程中有必要进行FMEA分析。

参考文献

[1]董锡明.轨道列车可靠性、可用性、维修性和安全性（RAMS）[M].中国铁道出版社，2009.

[2]郦萌，吴芳美.铁路信号可靠性安全性理论及证实[M].中国铁道出版社，2008.

[3]FMECA分析技术在机车空调系统设计中的应用[J].技术与市场，2013，20（4）.endprint

摘 要 简要概述FMEA基本概念及分析过程，并描述FMEA在不对称高压脉冲轨道电路设计开发中的分析过程、严酷度等级划分、故障模式概率程度划分、分析结果等内容。

关键词 FMEA；不对称高压脉冲轨道电路；设计过程

中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0053-02

1 FMEA简述及分析过程

FMEA（fault mode，effects analysis），其中文全称为“故障模式及影响分析”，是一种自下而上、分析产品所有可能的故障模式及其可能产生的影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法，广泛应用于产品可靠性工程、安全性工程、维修性工程等领域。FMEA分析过程和基本步骤为：

1）定义系统功能和工作最低要求。

2）拟定功能结构层次图以及其他图标或数学模型。

3）确定分析的基本原则和用于完成分析的相应文件。

4）确定故障模式、原因和影响，以及它们之间相对的重要性和顺序。

5）找出故障的检测、隔离措施和方法。

6）找出设计和工作中的预防措施，以防止特别不希望发生的事件。

2 FMEA在不对称高压脉冲轨道电路设计中的应用

2.1 不对称高压脉冲轨道电路定义

图1 非电气化非电码化结构简图

不对称高压脉冲轨道电路属于有绝缘、闭路式脉冲轨道电路，是基于钢轨传输信号的一种铁路站内轨道电路，不对称高压脉冲轨道电路主要由高压脉冲发码器、轨道/扼流变压器、传输通道、高压脉冲译码器、轨道继电器等组成。由工频电源为电路提供能量，通过发码器控制电容充放电为电路提供脉冲峰值电压，经送端轨道变压器变压、钢轨流至接收端轨道变压器变压、译码器整流出两路分别为二元差动继电器提供头部和尾部电压，使得二元差动继电器正常工作。不对称脉冲轨道电路用于检查轨道区段是否有车占用，若有车占用，轨道电路终端的轨道继电器应处于落下状态；若无车占用，轨道继电器应处于吸起状态。图1所示为非电气化非电码化不对称高压脉冲轨道电路系统结构框图。

2.2 建立不对称高压脉冲轨道电路结构层次框图

以非电气化非电码化不对称高压脉冲轨道电路为例，其主要由发码器、送端轨道变压器（扼流变压器）、受端轨道变压器（扼流变压器）、译码器、继电器五个模块串联而成；根据功能划分，发码器又可分为稳压器、发码电子盒、限流电阻；译码器可分为脉冲信号头部整流电路、脉冲信号尾部整流电路；继电器分为脉冲接收线圈、接点部分。图2所示为非电气化非电码化不对称高压脉冲轨道电路产品结构层次框图。为便于分析，给每个部件都赋予编号。

图2 非电气非电码化不对称高压脉冲轨道电路结构层次框图

2.3 故障判断或分析原则

当轨道电路中的终端设备--轨道继电器错误落下或吸起时，可判定为轨道电路系统发生故障。当轨道电路的终端设备——轨道继电器错误吸起，示为危险侧故障。

2.4 故障严酷度的判定方法

表1 严酷等级划分

严酷等级 赋值 严重程度

特大事故 Ⅰ级 继电器错误吸起，轨道电路错误显示空闲，

造成多人死亡或重伤

重大事故 Ⅱ类 继电器可能错误吸起或落下。

造成少数人死亡或重伤。

次要事故 Ⅲ类 继电器错误落下或分路残压过高。

影响轨道电路可用性，列车晚点，影响分路效果。

轻微事故 Ⅳ类 继电器错误落下，

影响行车的其他情形及轨道电路可用性。

参考《铁路交通事故调查处理规则》量化危害伤害程度、范围，以及铁道部对危害严酷等级的划分，铁路信号产品通常遵循如表1示的严酷度准则划分。

2.5 故障影响定义

故障影响是指产品的每一个故障模式对产品自身或其他产品的使用、功能和状态的影响。本文以模块为最底层举例，则定义如表2所示的故障影响。

表2 故障影响的定义

名称 定义

局部影响 某模块的故障模式对其本身及所在层次的影响，

如发码器的故障模式之一对其自身的影响

系统影响 某模块的故障模式对该模块所在约定层析的上一层次产品的影响，如发码器的故障模式对轨道电路的影响。

最终影响 某模块的故障模式对该模块所在约定层析的最终层次的影响，如发码器的故障模式对信号系统的影响。

2.6 分析结果

根据上述描述的严酷度等级、故障模式程度等级划分，结合图2分析的约定层次进行FMEA分析，并根据本文第1节描述的“FMEA分析过程及6个基本步骤”逐一进行分析，分析结果参见表3所示的FMEA工作表单。各种故障的影响及严酷度主要是根据设计人员及其他现场经验分析而成。

3 总结

在对不对称高压脉冲轨道电路进行FMEA分析过程中也存在一些问题，比如现场历史数据的不足、分析人员的实践经验较少等，从而影响了FMEA分析的深度及正确性。然而，在产品开发设计过程中进行FMEA分析，不仅可找出薄弱环节，进一步改进可靠性；对于铁路产品，通过分析FMEA可以进一步对产品的技术危害进行分析，并可在FMEA基础上进一步进行CA（critical analysis）危害性分析，增加其安全性。例如上述所举例分析的不对称高压脉冲轨道电路FMEA分析可看出，当差动继电器发生“继电器错误吸起”则会出现致命性的影响，其次是译码器尾部电路故障。因此，在铁路产品设计开发过程中有必要进行FMEA分析。

参考文献

[1]董锡明.轨道列车可靠性、可用性、维修性和安全性（RAMS）[M].中国铁道出版社，2009.

[2]郦萌，吴芳美.铁路信号可靠性安全性理论及证实[M].中国铁道出版社，2008.

[3]FMECA分析技术在机车空调系统设计中的应用[J].技术与市场，2013，20（4）.endprint

摘 要 简要概述FMEA基本概念及分析过程，并描述FMEA在不对称高压脉冲轨道电路设计开发中的分析过程、严酷度等级划分、故障模式概率程度划分、分析结果等内容。

关键词 FMEA；不对称高压脉冲轨道电路；设计过程

中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0053-02

1 FMEA简述及分析过程

FMEA（fault mode，effects analysis），其中文全称为“故障模式及影响分析”，是一种自下而上、分析产品所有可能的故障模式及其可能产生的影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法，广泛应用于产品可靠性工程、安全性工程、维修性工程等领域。FMEA分析过程和基本步骤为：

1）定义系统功能和工作最低要求。

2）拟定功能结构层次图以及其他图标或数学模型。

3）确定分析的基本原则和用于完成分析的相应文件。

4）确定故障模式、原因和影响，以及它们之间相对的重要性和顺序。

5）找出故障的检测、隔离措施和方法。

6）找出设计和工作中的预防措施，以防止特别不希望发生的事件。

2 FMEA在不对称高压脉冲轨道电路设计中的应用

2.1 不对称高压脉冲轨道电路定义

图1 非电气化非电码化结构简图

不对称高压脉冲轨道电路属于有绝缘、闭路式脉冲轨道电路，是基于钢轨传输信号的一种铁路站内轨道电路，不对称高压脉冲轨道电路主要由高压脉冲发码器、轨道/扼流变压器、传输通道、高压脉冲译码器、轨道继电器等组成。由工频电源为电路提供能量，通过发码器控制电容充放电为电路提供脉冲峰值电压，经送端轨道变压器变压、钢轨流至接收端轨道变压器变压、译码器整流出两路分别为二元差动继电器提供头部和尾部电压，使得二元差动继电器正常工作。不对称脉冲轨道电路用于检查轨道区段是否有车占用，若有车占用，轨道电路终端的轨道继电器应处于落下状态；若无车占用，轨道继电器应处于吸起状态。图1所示为非电气化非电码化不对称高压脉冲轨道电路系统结构框图。

2.2 建立不对称高压脉冲轨道电路结构层次框图

以非电气化非电码化不对称高压脉冲轨道电路为例，其主要由发码器、送端轨道变压器（扼流变压器）、受端轨道变压器（扼流变压器）、译码器、继电器五个模块串联而成；根据功能划分，发码器又可分为稳压器、发码电子盒、限流电阻；译码器可分为脉冲信号头部整流电路、脉冲信号尾部整流电路；继电器分为脉冲接收线圈、接点部分。图2所示为非电气化非电码化不对称高压脉冲轨道电路产品结构层次框图。为便于分析，给每个部件都赋予编号。

图2 非电气非电码化不对称高压脉冲轨道电路结构层次框图

2.3 故障判断或分析原则

当轨道电路中的终端设备--轨道继电器错误落下或吸起时，可判定为轨道电路系统发生故障。当轨道电路的终端设备——轨道继电器错误吸起，示为危险侧故障。

2.4 故障严酷度的判定方法

表1 严酷等级划分

严酷等级 赋值 严重程度

特大事故 Ⅰ级 继电器错误吸起，轨道电路错误显示空闲，

造成多人死亡或重伤

重大事故 Ⅱ类 继电器可能错误吸起或落下。

造成少数人死亡或重伤。

次要事故 Ⅲ类 继电器错误落下或分路残压过高。

影响轨道电路可用性，列车晚点，影响分路效果。

轻微事故 Ⅳ类 继电器错误落下，

影响行车的其他情形及轨道电路可用性。

参考《铁路交通事故调查处理规则》量化危害伤害程度、范围，以及铁道部对危害严酷等级的划分，铁路信号产品通常遵循如表1示的严酷度准则划分。

2.5 故障影响定义

故障影响是指产品的每一个故障模式对产品自身或其他产品的使用、功能和状态的影响。本文以模块为最底层举例，则定义如表2所示的故障影响。

表2 故障影响的定义

名称 定义

局部影响 某模块的故障模式对其本身及所在层次的影响，

如发码器的故障模式之一对其自身的影响

系统影响 某模块的故障模式对该模块所在约定层析的上一层次产品的影响，如发码器的故障模式对轨道电路的影响。

最终影响 某模块的故障模式对该模块所在约定层析的最终层次的影响，如发码器的故障模式对信号系统的影响。

2.6 分析结果

根据上述描述的严酷度等级、故障模式程度等级划分，结合图2分析的约定层次进行FMEA分析，并根据本文第1节描述的“FMEA分析过程及6个基本步骤”逐一进行分析，分析结果参见表3所示的FMEA工作表单。各种故障的影响及严酷度主要是根据设计人员及其他现场经验分析而成。

3 总结

在对不对称高压脉冲轨道电路进行FMEA分析过程中也存在一些问题，比如现场历史数据的不足、分析人员的实践经验较少等，从而影响了FMEA分析的深度及正确性。然而，在产品开发设计过程中进行FMEA分析，不仅可找出薄弱环节，进一步改进可靠性；对于铁路产品，通过分析FMEA可以进一步对产品的技术危害进行分析，并可在FMEA基础上进一步进行CA（critical analysis）危害性分析，增加其安全性。例如上述所举例分析的不对称高压脉冲轨道电路FMEA分析可看出，当差动继电器发生“继电器错误吸起”则会出现致命性的影响，其次是译码器尾部电路故障。因此，在铁路产品设计开发过程中有必要进行FMEA分析。

参考文献

[1]董锡明.轨道列车可靠性、可用性、维修性和安全性（RAMS）[M].中国铁道出版社，2009.

[2]郦萌，吴芳美.铁路信号可靠性安全性理论及证实[M].中国铁道出版社，2008.

[3]FMECA分析技术在机车空调系统设计中的应用[J].技术与市场，2013，20（4）.endprint