计算机联锁系统服役状态趋势分析

韩安平 阚佳玉 徐德龙 刘 鹏

我国铁路车站计算机联锁系统从1989 年开始在铁路线上道应用，经过30 多年的技术改进和不断完善，得到了普遍认同，尤其从上世纪末以来，推广数量较之前有了很大提高，现在已进入成熟运用阶段。

我国铁路计算机联锁技术在发展过程中，主要出现了3种制式，分别为双机热备、三取二和二乘二取二，其中上道推广的主要制式为双机热备和二乘二取二计算机联锁系统。本文主要将这2种计算机联锁系统作为研究对象，分析各自的服役状态趋势。

1 计算机联锁服役状态趋势

1.1 双机热备制式联锁设备20 年应用故障趋势

选取2000～2001 年开通的双机热备制式计算机联锁系统百余个样本作为研究对象。该种设备在近20 年服役中的故障数曲线、一段时间内的故障发生趋势分别见图1 中的实线和虚线。

图1 双机热备制式计算机联锁设备20 年内应用故障分布及趋势

图1 中，横坐标为设备使用年限，纵坐标为故障发生数量的权重数。由于设备使用的第19、第20 年的故障统计数据为非最终数据，因此这两年的故障趋势只做参考。曲线显示，后10 年比前10 年故障发生数量低，实际情况是后10 年逐渐有部分设备更新改造，选取的研究对象数量逐年减少，因此每年的故障绝对数量也有所下降，但对设备的服役趋势研究影响不大。

从图1 中可以看出，在设备20 年的使用周期中，故障趋势有3 个峰点，分别在第1 年、第10 年和第15 年。将设备使用周期以这3 个峰值点划分为3 个阶段，每个阶段的故障趋势就分别形成了一条典型的浴盆曲线。

第1 个峰值点出现在设备使用一年内，即设备开通1 年内故障发生的几率较高。在开通运营初期（1～2 年左右），所有设备处于协同工作磨合期，也是典型的电子器件早期失效期，另外，维护人员对新上道设备也有一定的适应期，因此故障发生较多。在随后的2～3 年，故障发生数量大幅下降并趋于平稳，到第5 年，故障又逐步增加，到第8～10 年达到高峰阶段，形成了第2 个峰值点。

设备运营从第10 年开始，故障发生率开始大幅下降，到第11 年趋于平稳，从第13～14 年又开始逐步上升，第15 年再次达到阶段性峰值点，第16 年又逐步趋于平稳。

1.2 二乘二取二计算机联锁设备10 年应用故障趋势

选取2010 年开通的二乘二取二制式计算机联锁系统，且目前也还在使用的百余个样本作为研究对象。图2 为二乘二取二制式计算机联锁设备近10 年的故障分布及趋势图。其中实线为逐年故障数曲线，虚线为一段时间内的故障趋势曲线。

图2 二乘二取二制式计算机联锁设备10 年内应用故障分布及趋势

横坐标为设备使用年限，纵坐标为故障发生数量的权重数。从图2 中可以看出，在设备10 年的使用周期中，故障趋势有2 个峰点，分别在第1 年和第6 年，但第6 年的峰值要远低于第1 年，可以理解为设备平稳使用阶段的一个波动峰值，不会对总体趋势产生影响。因此，10 年的设备故障趋势也形成了一条典型浴盆曲线。

1.3 2 种制式计算机联锁设备10 年总体应用故障趋势

从图1 和图2 对比分析中看出，设备开通10 年内，2 种制式的计算机联锁设备故障发生趋势相似，峰值点出现的年限基本一致，这说明了计算机联锁系统不论采用哪种制式，其服役期内的故障规律具有类似性。2 种制式只是在单系内采取的安全处理措施有差异，而这部分功能在系统工程化后出现问题的概率很低。除核心安全处理方式有差异外，2 种制式系统其他组成部分及结构也具有相似性，尤其在电源、工控机、接口电路等方面几乎一致，而这些部分也是故障频发的地方。

图3 为2 种制式设备各自应用10 年内逐年的故障发生总体分布及趋势图。实线为逐年故障数曲线，虚线为一段时间内的故障趋势曲线。从图3 中看出，在设备10 年的使用周期中，第1 年仍然为峰值点，第6 年的峰值仍然是设备平稳使用阶段的一个波动峰值，可以把它理解为是设备平稳使用阶段的一个波动峰值。

图3 2 种制式计算机联锁设备10 年总体应用故障分布及趋势

2 影响计算机联锁设备服役状态趋势原因

从2 种制式计算机联锁设备的故障趋势图看出，开通使用一年内故障高发，为早起失效阶段。主要原因是设备间的工作磨合、元器件的早期失效、维护人员需要熟悉过程等。当设备使用到第5 年左右，不论哪种型号，故障率都有一个抬头的趋势，大约持续到第6～8 年，且故障发生的位置基本集中在各类电源、工控机、通信通道等方面，这段期间也正是这些部件的老化失效阶段。如果对达到寿命期的部件不及时更换，会使故障率进一步上升，出现类似双机热备制式设备使用到10 年时的故障峰值点。如果及时更换到达寿命周期的部件，设备的故障率会下降，再次趋于平稳，而这个平稳阶段比首次到达平稳阶段的时间要短，约5 年左右，远短于前2 个峰值点的10 年间隔。其原因：一是达到寿命期的部件类型逐年增多，二是从第5年开始逐步到达寿命期的部件在更换后，再一次逐步达到第2 个寿命期，到第15 年再次达到峰值点。

如图4 所示，第5 年到第10 年是首次到达寿命期部件更换的相对集中时期，此时若能及时把相关部件更换，并进行良好的维护，将会使第10 年的故障峰值点推后或下降，拉长设备的平稳工作阶段，即延长设备的偶然失效期。若将第10 年出现的峰值点持续延后，直到和下一个峰值点重合，如图5 所示，通过良好的保养维护，可以促使设备的平稳阶段拉长，损耗失效期出现的拐点后移，即虚线所示的设备故障率曲线转换为实线所示的设备故障率曲线。

图4 首次到寿命期部件更换阶段

图5 设备平稳工作期的延长

3 降低计算机联锁设备故障建议

为了降低计算机联锁设备服役期故障率：一是缩短早期失效时间；二是延长处于平稳工作状态的偶然失效期，使故障率上升拐点尽量后移；三是尽可能降低故障率峰值点。为此，建议从以下几方面加强管理。

1） 加强产品源头质量和出厂前的老化测试。通过加强产品生产过程质量管控，提高设备的硬件和软件质量，并做好出厂前的常温老化试验，降低设备投入初期阶段的故障率，使设备早期失效阶段缩短。

2）对达到或接近寿命期的部件及时更换。对于寿命期低于整套系统寿命期的部件，根据其自身健康状态和使用年限，尽可能在故障出现前及时更换，降低设备偶然失效期的故障率峰值，延长设备平稳工作期。尤其在新设备或新部件投入使用5 年左右，对于类似电源之类的通用部件，要尽早根据其接近寿命期的情况，及时补足备品并更换，避免故障发生。

3）维护人员在设备开通前提早介入。尤其在设备调试阶段，维护人员尽早参与，提前熟悉，当设备投入使用后可及时掌握运行状态，减少故障的发生。

4 总结

不同制式计算机联锁系统设备故障的发生，在时间分布上存在一定的共性。针对故障发生的时间分布规律，应在故障多发的时间段，采取积极的预防措施，对联锁系统设备的维护保养，要把握细节和时间节点，根据经验对故障重点、要点进行隐患排查。

随着更多计算机联锁设备投入使用，还应该在很多方面继续积累比较客观权威的统计数据，为了促使设备运用的平稳阶段延长、损耗失效期出现的拐点后移，还需要多方机构相关人员开展更深入的研究工作。