[发明专利]高速铁路列车运行控制车载系统故障逻辑建模方法

说明书

技术领域

本发明属于列车运行控制系统故障诊断技术领域，特别涉及一种高速铁路列车运行控制车载系统故障逻辑建模方法。

背景技术

列车运行控制系统是中国铁路技术体系和装备现代化的重要组成部分，是保证高速列车安全、可靠、高效运行的核心技术之一。一旦系统失效，其结果往往是灾难性的。随着国民经济的快速发展、城市化进程的加速、铁路建设规模的扩大和列车速度的进一步提高，高速铁路运行控制系统发挥了越来越大的作用，这也意味着对列控系统安全、高效的运行提出了更高的要求。

车载系统是CTCS-3级列车运行控制系统的重要组成部分，负责接收地面数据命令信息，生成速度模式曲线，监控列车运行，保证列车运行安全。车载系统的体系结构是否合理，直接关系到列车的安全运行，需要对其进行安全分析。通过安全分析可发现系统可靠性的薄弱环节，并由此可进一步改善系统的设计，提高系统的性能。

至今，安全分析方法已经发展出了多项技术，但其用于列控系统时仍存在一些不足。FMEA（Failure Mode and Effects Analysis）工作量非常巨大，要求使用者对系统足够了解，无法分析组合故障模式对系统的影响。故障树分析法对使用者要求较高并且重用性比较差。HAZOP（Hazard and Operability Analysis）分析过程冗长，对专家和经验依赖性高，分析结果准确性有限。

上述方法大多数是高度主观的并且依赖于参加者的技能，这些分析通常基于非正式的系统模型，很难做到完整、连续并且没有错误，在一定程度上影响了列控系统的可靠性分析，对人民群众的生命财产安全构成潜在威胁，急需一种能够针对列控系统本身固有特点加以描述并对其进行安全分析的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速铁路列车运行控制车载系统故障逻辑建模方法，其特征在于，所述列车运行控制车载系统故障逻辑建模方法是根据一个UML模型的系统研发过程将车载系统的各个组件及功能模块分别进行充分的描述，具体包括输入故障模式、内部故障以及输出故障模式描述，具体建模步骤如下：

步骤1.确定列控车载系统结构及各组件功能

高速铁路列车运行控制车载系统非常复杂，子系统众多，每个子系统又由众多模块组成，总计多达百余个；每个子系统间通过多维度、多层次的接口有机连接，形成了一个完整的控制系统；

根据高速铁路列控系统总体技术方案、列控车载系统结构图及系统UML模型，确定列控车载系统结构并理清各模块、组件间的功能关系，为后期故障模式分析做好原始资料的准备工作；由于整个系统模块及器件数量非常庞大，故采用全英文、首字母大写的统一格式对其分别进行命名，避免了后期由于命名不规范带来的建模软件报错，提高了工作效率；

步骤2.基于历年列控车载系统故障统计总表，结合头脑风暴分析各组件的故障模式

所谓故障模式是指元器件或产品能被观察到的故障现象，由于车载系统具有多个子系统并多个模块，其故障模式具有复杂性和模糊不确定性，需要通过查阅大量的文献资料搜索出各组件的全部可能的故障模式；结合真实现场数据，补全由于人工分析经验不足造成的故障模式缺失，使得分析结果更加合理、科学、准确；

步骤3.构建FMEA表格归纳各组件的故障模式及双重故障

采用FMEA分析方法，根据系统可以划分为子系统、设备和元件的特点，按实际需要将系统进行分割，然后分析各自可能发生的故障类型及其产生的影响，以便采取相应的对策；利用步骤2.中的历年列控车载系统故障统计总表，列出列控车载系统各模块、组件的故障模式，表格中包含的信息有：故障部件、输入部件、输入故障模式、自身故障模式、输出故障模式和输出部件；故障部件自下而上逐级排列进行分析总结；对每一个部件进行输入故障、自身故障、输出故障分析，依次首尾相传，直至故障到达顶端ATPCU，由此通过故障模式来辨识系统危险，并在此基础上评估故障模式对系统的影响；

步骤4.采用Stateflow建模工具，实现对上述故障传播模型的编辑和仿真功能，根据步骤3，将总结的各模块、部件故障模式和结构关系抽象为互为映射的故障逻辑模型，结合仿真技术并遵循系统设计生成系统级和组件级故障逻辑模型；