RAMS在产业化过程中的应用实践

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　　摘 要：文章从RAMS的角度对轨道交通信号产品的产业化设计、工艺、生产过程进行了详细剖析，将产品的可靠性、可用性、可维护性和安全性目标分解到了每一个螺钉的安装、每一根布线、每一枚端子的压接等细节工作中，为产业化项目如何开展RAMS工作提供了思路。
　　关键词：产业化；可靠性；可用性；可维护性；安全性
　　中图分类号：U264 文獻标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）21-0177-02
　　Abstract： In this paper， the industrialization design， technology and production process of rail transit signal products are analyzed in detail from the point of view of RAMS. The objectives of reliability， availability， maintainability and security of the product are put into the installation of each screw， the wiring of each line， the crimping of each terminal and other details， which provides an idea for the industrialization project as to how to carry out RAMS work.
　　Keywords： industrialization； reliability； availability； maintainability； security
　　1998年，欧洲电工标准化委员会批准了应用于铁路行业的RAMS标准-EN50126《Railway applications -The specification anddemonstration ofReliability， Availability，Maintainability andSafety （RAMS）铁路应用-可靠性、可用性、维修性和安全技术要求和说明》。2008年，我国发布了GB/T21562-2008《轨道交通 可靠性、可用性、可维护性和安全性规范及示例》，该标准成为我国轨道交通信号产品进军国际市场必须遵循的重要标准。随着2025制造业大国目标越来越近：雅万线、莫喀线、匈塞线等海外项目越来越多，为了高铁这张中国名片在国际上越擦越亮，对产品RAMS特性的重视程度越来越高。常说RAMS是设计出来的，IRIS体系文件也更偏重于对自主研发产品设计过程的指导，产业化过程着墨甚少，但再好的设计也需要同样出色地产业化环节来保证产品质量。本文将以树形图的方式对铁路信号电子产品产业化工作进行分解，并讲述在底事件中是如何融入产品可靠性（R）、可用性（A）、可维护性（M）以及安全性（S）的。
　　西信公司的产业化产品，多以一个或几个功能机柜和外接设备组合的形式构成。一般由系统设计单位完成板卡设计、系统、子系统、设备、装置等设计，西信承担机械结构设计、生产工艺设计、生产、测试、老化、CRCC审核、认证等工作。
　　1 柜体
　　首先是布局，出线的方式（上出线还是下出线）决定了柜内设备排布的顺序。考虑到可靠性（R），应将滤波器布置在总电源入口，尽量缩短滤波器前极电线长度，降低前极杂波对后极电路的干扰，节省柜内布线空间；从可用性（A）的角度考虑，需要现场操作的机笼或组合不应布置的太高，近年来车站机械室内所使用的机柜因为整齐度的考虑，高度逐渐向无绝缘轨道电路机柜看，齐达到2350mm，大大超过了正常人伸展手臂高度。如果布置的太高不便于日常观察、操作，甚至在电务人员脚踏不稳的情况下会造成安全隐患（S）；同样，过于沉重的设备（如：UPS）也不适于布置的太高，它会造成整个设备重心不稳，而且UPS、电源类设备现场更换频率较高，位置太高会提高维护（M）工作的难度。
　　其次是浮地与接地，2006年铁道部颁布了铁运【2006】26号文件，即《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》，将信号设备防雷及电磁兼容要求提高到了一个新的高度。浮地与接地是提高设备这一性能的主要方法。多种计算机联锁设备机笼都有浮地要求，为达到这一要求需要解决好：机笼法兰与立柱之间的绝缘、托盘与机笼间的绝缘、机笼与上下补板间的绝缘三大问题。可靠（R）的机笼法兰与立柱之间的绝缘需要三层绝缘材料防护，第一层绝缘板位于机笼法兰与立柱之间，隔绝两者金属面接触；第二、三层绝缘板位与立柱的背面，中间镶嵌固定机笼的螺母；螺钉整体套装在绝缘材管中保证了螺纹与立柱孔沿绝缘、螺钉帽底面与机笼法兰绝缘；三层绝缘板另用沉头螺钉、螺母夹紧，保证拆卸机笼时不会散开。托盘与机笼间的绝缘可靠性通过两者间绝缘垫具备足够的厚度、绝缘垫与托盘的连接使用沉头螺钉且避开机笼金属梁、侧板下沿等位置防止尖端放电来实现。有的机柜电源模块与机笼间使用汇流排供电，为防止意外搭接，一般都会用热缩管对汇流排进行保护，可是现场增加接线时就出现了难题：热缩管遮盖了预留螺孔，这就需要提前做好预留孔位标识，增加可维护性（M）。另外，机柜内部设备堆叠、电缆密布，如果结构零件边缘存在金属毛刺，很可能会划伤维护人员或对电线外皮造成危险（S）。
　　2 机笼与组合
　　机笼或组合是机柜中一个个单独的模块，可维护性（M）十分重要，PCB板是否容易更换是问题的关键。以某型计算机联锁防雷分线组合为例：
　　每块防雷分线板组由6颗长螺钉穿过管状尼龙支架固定在金属组合框背梁上，上面两颗、中间两颗、下面两颗。安装时需要先将带好平垫的长螺钉穿过PCB板，再穿过PCB板后的管状支架，最后穿过组合框背梁安装孔带上平、弹垫紧固螺母。可是现场更换防雷分线板组时，不允许将整个防雷分线组合拆下，分线板组排布紧密，每两个组合间仅有1U空间用于电缆走线。不要说看不到背梁孔，就是隔着电路板将长螺钉穿过管状尼龙支架也是极为棘手，特别是先装上的螺钉会限制电路板反转角度，中间的两个螺钉安装难度最大，更换十分困难。 　　电源端子组合的可靠性（R）直接影响整台设备是否可用，选择质量过硬的接线端子是其质量保证，但如何选对、用好，就是对产业化工作者的考验了，例如：端子排中误把端板当隔板使用的情况，端板高度与端子片相同，隔板相对要高出一些，却能有效防止多股软导线散逸的金属丝搭接入相邻端子造成短路。另外，铁路信号设备一般距离轨道较近，过车时的震动不可避免。虽然振幅不大，但对于一些过车频繁的车站经年累月的震动还是会导致螺钉紧固式接线端子导线松脱、电路接触不良，针对这一问题笼式弹簧端子会是更好的选择。如果能够参考国家导线外皮颜色标准选择相应颜色的接线端子片，更能有效提高设备现场的可维护性（M），因为现场维修时光线不足、视觉角度不好、时间紧迫等因素极易导致接线错误造成短路。
　　3 板卡
　　PCB板是板载元件发挥功能的平台，其自身可靠（R）的重要性毋庸置疑。产业化过程中使用的软件应保持与PCB设计软件（包括版本）一致，防止因软件、版本不同（不完全兼容）导致的中间层遗漏、元件丢失或偏离原来位置等问题。运输包装应要求干燥、密封，避免受潮、变形。
　　元器件是板卡质量的关键，除了元件自身质量，是否密封包装、出厂时间是否小于三年、湿敏元件存储条件等也是可靠性（R）的决定因素。良好设计的附件能有效提高元件可用性（A），例如：板卡上的插装发光二极管管脚需要根据面板开孔位置变形，光源指向、二极管高低都会因手工作业有所不同。如果选用对应型号灯座既整齐美观又可以减少管脚绝缘、变形两道工序降低成本。另外，为了保证产品长期可维护（M）应选择产品供货周期有保障的品牌或能互相替换的型号。
　　贴片、焊接是电路板生产的重要环节：钢网厚度是否合适；是否会造成虚焊、假焊；是否会产生锡珠将直接影响电路板可靠性（R）。而锡锅的温度、元件耐受温度范围常常是电路板可用性（A）的重要因素。
　　4 集成
　　组装是设备集成中一道重要工序，而选择可用性（A）高的紧固件是优化组装工序的先决条件。复合、防脱落螺钉组减少了安装平垫、弹垫工序提高了工作效率、节省了人工、工时，现场维护拆卸时螺钉、平垫、弹垫、不易散落，避免了由此导致的电路短路风险，具有极高的可维护（M）性。安装多个螺钉固定的机笼、组合或面板时，不能一次将一个螺钉紧固到位，应按对角顺序依次调整、逐渐紧固，这样才能避免受力不均匀，保证可靠（R）安装。设备的组装为保证可拆卸更换，紧固螺钉时螺钉应与螺孔径向一致，遇阻时应退出、查明原因，切勿硬拧导致螺纹损坏。
　　布线需要预先设计，滤波器前、后极导线分开；交、直流导线分开；电源线与信号线分开；三相线颜色分开；光纤折弯半径适度；电缆安装禁锢夹，避免焊、压接头受力和适当的长度预留是保证电路可靠性（R）、可维护性（M）的重点。压接时，端子拉拔力是否达标；焊接端子、插针是否可靠；导线、连接器通流量是否满足要求；冷压头、导线、接线端子是否匹配将决定设备运行的可靠性（R）。
　　5 测试
　　测试是产品生产的最后环节，电子产品测试分为单板测试、整机测试和老化三个步骤。对于单板可靠性（R）而言，不仅要注重产品的测试记录、测试结果、追溯条码，测试工装的可靠性更为重要，编制检测方法、制订定期效验计划是其可靠性的有效保障。整机测试前需要编制测试大纲，明确测试方法、步骤、测试设备、测试环境等要素，特别是测试环境，温度、适度、震动、周围有无金属物、电磁干扰、测试人员资质等因素直接决定测试结论是否有效。老化是保障设备运行可靠性的有效手段，老化时间与老化温度应符合该产品标准或技术条件，如需使用提升温度的方法缩短老化时间也应有科学依据。老化前后都应进行测試，记录测试结果。
　　6 结束语
　　总之，RAMS工作是一项实践性很强的工作，需要在实际工作中不断摸索、总结，把RAMS思想融入产品产业化工作的一点一滴中。
　　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.
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