袁丽莉
通号城市轨道交通技术有限公司 北京市 100070
摘 要：城市轨道交通列车自动监控系统（ATS）作为信号系统的主要组成部分，在保证安全、迅速、高效完成运输任务方面有重要作用，其RAM指标要求很高。为验证ATS系统RAM指标，辅助系统设计工作，本文提出了一种科学规范的RAM分析方法和计算验证方法，有效地对ATS系统RAM指标进行了计算验证，并提出了提高RAM指标的措施。本文提出的方法可推广至信号系统的其他子系统乃至全系统，对于保证信号系统的可靠性具有重要的现实意义。
关键词：城市轨道交通；ATS系统；RAM
0 引 言
全球各主要城市正在逐步推进城市轨道交通（以下简称城轨交通）的规划、建设、运营。?随着我国城轨交通事业的迅猛发展，中国作为名副其实的“城轨交通大国”，运营里程排名第一，占全球总里程的22%，开始加速迈向“城轨交通强国”[1]。这就要求作为城轨交通列车控制神经中枢的信号系统在保证列车运行安全的前提下，尽可能的调高运行效率。
列车自动监控系统（以下简称ATS），作为信号系统的主要组成，充当着信号系统“大脑”指挥中枢的关键作用，是保证安全、高效完成运输任务的重要手段 [2]。
RAM是可靠性（Reliability）、可用性（Avaliability）、可维护性（Maintainability）的英文缩写。ATS的RAM指标不但是反映ATS系统长期运行表现的特征属性，也是评价其是否满足需求的重要手段[3]。通过RAM分析，可以发现其系统RAM设计的薄弱环节，改善系统设计。
1 ATS概述
ATS系统作为信号系统的主要组成部分，它在线路监控、自动排列进路、列车监控、列车运行调整等方面发挥着重要作用。对于标准配置的典型CBTC系统的ATS系统来说，与运行相关的设备配置及连接图如图1所示：
2 RAM概述
获得RAM需求的方法关系到整个系统生命内影响RAM因素的控制。在系统的实现和维持中，制定有效控制和程序来防止风险因素的引入，这些防御措施需要考虑随机失效和系统失效[4]。
系统采用相关方法（包括预防和/或防护措施的使用），使得系统能够达到RAM需求，并且能够得到验证。为了满足RAM的需求，在整个生命周期中影响RAM的因素必须得到控制。
RAM的定义如下：可靠性：在给定的时间间隔内和给定的条件下，系统执行给定功能的概率；可用性：在所需要的外部资源都具备的前提下，系统即时反应或在给定时间内给定条件下，执行所期望功能的能力；可维护性：在给定条件下，在给定的时间内，利用给定的流程和资源，进行有效的维护工作的概率。[5]
3 ATS系统RAM评价方法
3.1 可靠性分析方法
为了便于计算可靠性，首先要建立可靠性模型。可靠性模型用于预计或估计产品可靠性，典型的可靠性模型可分为系统静态模型和系统动态模型。系统静态模型描述系统在某一时间点系统可靠性与其组成单元的可靠性关系。系统动态模型描述系统可靠性与其组成部分状态变化之间的关系[6]。建立并使用设备级、分系统级亦或是系统级产品可靠性模型，可以用于评估和定量分配产品的可靠性。比较常见的可靠性模型主要包括可靠性数学模型以及可靠性框图（RBD）。
本文可靠性模型将介绍三种系统，即串联、并联以及串并联混合系统。系统的静态可靠性模型如下所示：
1) 串联系统
假设n个子系统组成了一个大系统，各子系统相互独立，为了达到系统正常运行的目的，系统n个子系统都需要满足正常运行的条件。此类系统称为串联系统。其可靠性框图如图2所示：
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由于组成串联系统的子系统越多，系统整体的可靠性就会越低。因此，在满足系统设计要求的前提下，简化设计，减少系统串联子系统的数量，可以极大提高系统可靠性，与此同时，需要提高系统各单元的可靠性。
2) 并联系统
假设n个子系统组成了一个大系统，系统正常工作的前提为只要有一个子系统能够正常工作，此类系统称为并联系统。其可靠性框图如图3所示：
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并联系统的数学模型如下：
a) 设系统各个子系统的可靠性分别用
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表示，则系统的可
个子系统称为冗余子系统。可通过增加冗余子系统的数量提高并联系统可靠性。
3) 串并联混合系统
串并联混合系统综合了串联、并联系统。其可靠性框图、可靠性数学模型用上文方法类推即可得到。
MTBF是铁路产品主要的可靠性参数，为累积工作时间除以累积故障次数
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3.2 可维护性分析方法
可维护性的定义是：产品在规定时间内以及规定条件下，按规定方法和程序进行维护时，保持或恢复其规定状态的能力。其评价指标系统平均修复时间定义为[7]：
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3.3 可用性分析方法
可用性指标为可用度 A，其定义为：系统在规定时间内能履行职能的概率。可用性反映了产品可维护性和可靠性，能够评价产品处于可工作状态和工作状态的能力[8]。由于平均可连续运行时间(MTBSAF)及平均故障修复时间(MTTRs)的值均可估算，因此，设计时可根据这两个指标来估算系统可用性。MTBSAF用于估算系统的实际可运行时间，MTBSAF和MTTRs的总和是表示计划的系统可运行时间。
可用度
4 典型ATS系统RAM评价指标计算
根据《T/CAMET 04010.1-2018?城市轨道交通?基于通信的列车运行控制系统（CBTC）互联互通系统规范?第1部分：系统总体要求》、《T/CAMET 04018.3-2019城市轨道交通CBTC信号系统规范第3部分：ATS子系统》，并结合某工程招投标文件，ATS系统的可靠性、可维护性和可用性指标要求如下：
1) ATS设备的平均无故障时间：小时；
3) 可用性指标：A≥99.999%。
4.1 ATS系统可靠性分析
ATS系统中的主要组成单元包括：多个调度工作站、双机热备的中心应用服务器、双击热备的数据库服务器、双机热备的车站分机。各个组成单元由某成熟应用品牌厂家提供的可靠性指标如表1所示：
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ATS系统设计规定：
1) 中央控制室共设置有四台行车调度员工作站，互为热备。
2) 中心设置应用服务器两台，互为热备。
3) 中心设置数据库服务器两台，互为热备。
4) 设备集中站设置车站分机两台，互为热备。
由此，建立ATS系统可靠性框图模型如图4所示：
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由ATS系统可靠性框图，并经计算得到数据如表2所示：
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ATS系统设备的现场维护任务可分解为三种类型的作业：现场故障诊断、故障部件更换、更换后测试。由某一已开通项目实际数据统计进行分析。
维护对象：ATS系统设备
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ATS系统的各种设备维护时间大致相同，因此
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4.4 分析结论
综上，ATS系统的各项参数指标如下，符合系统设计要求：
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5 结 语
城市轨道交通在城市公共交通中占有重要地位，是城市的生命线工程，承担客流运送大动脉的功能。其对经济、社会和科技发展发挥着重要作用，对满足人民日益增长的物质和文化需要承担着重要作用。保证ATS系统的可靠性、可维护性、可用性至关重要，需要在实际的工作中认真对待，确保ATS系统发挥正常的监督、控制作用。本文描述的RAM计算验证方法可有效地对ATS系统的RAM指标进行评估、验证，并可推广至信号系统其他子系统甚至全系统，对提高系统的可靠性、可用性、可维护性有重要的现实意义。
参 考 文 献
[1]谭文举,杨卫峰,廖云,周开成.城市轨道交通全自动运行系统设计及场景分析[J].机车电传动,2019(04):112-115+135.
[2]丁洪东.基于ATC系统的城市轨道交通车辆系统[J].信息科技,2010(35):61
[3]秦源,秦莹.ATS系统信息安全方案[J].铁路通信信号工程技术,2020,17(02):107-111.
[4]李高科,于鑫,吴卉.城市轨道交通CBTC系统RAM指标评价方法研究[J].铁路计算机应用,2013,22(05):61-65.
[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 21562-2008:轨道交通可靠性、可用性、可维修性和安全性规范及示例[s]. 北京：中国标准出版社，2008.
[6]曾声奎.可靠性设计与分析[M],国防工业出版社,2011.4:66-88
[7]王红征,李国胜.军用电子设备的维修性预计方法[J].兵工自动化, 2017,36 (12):9-10.
[8]江明.轨道交通安全控制关键技术综述[J].铁路通信信号工程技术,2019,16(11):101-109.
作者简介：袁丽莉（1983-07-13），女，汉族，籍贯：山东省高唐，当前职称：工程师，学历：大学本科，研究方向：质量管理