崔揚(yáng)

摘 要：文章從RAMS的角度對(duì)軌道交通信號(hào)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)剖析，將產(chǎn)品的可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性目標(biāo)分解到了每一個(gè)螺釘?shù)陌惭b、每一根布線、每一枚端子的壓接等細(xì)節(jié)工作中，為產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目如何開(kāi)展RAMS工作提供了思路。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)業(yè)化；可靠性；可用性；可維護(hù)性；安全性

中圖分類號(hào)：U264 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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，歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)批準(zhǔn)了應(yīng)用于鐵路行業(yè)的RAMS標(biāo)準(zhǔn)-EN50126《Railway applications -The specification anddemonstration ofReliability， Availability，Maintainability andSafety （RAMS）鐵路應(yīng)用-可靠性、可用性、維修性和安全技術(shù)要求和說(shuō)明》。2008年，我國(guó)發(fā)布了GB/T21562-2008《軌道交通 可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性規(guī)范及示例》，該標(biāo)準(zhǔn)成為我國(guó)軌道交通信號(hào)產(chǎn)品進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)必須遵循的重要標(biāo)準(zhǔn)。隨著2025制造業(yè)大國(guó)目標(biāo)越來(lái)越近：雅萬(wàn)線、莫喀線、匈塞線等海外項(xiàng)目越來(lái)越多，為了高鐵這張中國(guó)名片在國(guó)際上越擦越亮，對(duì)產(chǎn)品RAMS特性的重視程度越來(lái)越高。常說(shuō)RAMS是設(shè)計(jì)出來(lái)的，IRIS體系文件也更偏重于對(duì)自主研發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的指導(dǎo)，產(chǎn)業(yè)化過(guò)程著墨甚少，但再好的設(shè)計(jì)也需要同樣出色地產(chǎn)業(yè)化環(huán)節(jié)來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量。本文將以樹(shù)形圖的方式對(duì)鐵路信號(hào)電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化工作進(jìn)行分解，并講述在底事件中是如何融入產(chǎn)品可靠性（R）、可用性（A）、可維護(hù)性（M）以及安全性（S）的。

西信公司的產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品，多以一個(gè)或幾個(gè)功能機(jī)柜和外接設(shè)備組合的形式構(gòu)成。一般由系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位完成板卡設(shè)計(jì)、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設(shè)備、裝置等設(shè)計(jì)，西信承擔(dān)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試、老化、CRCC審核、認(rèn)證等工作。

1 柜體

首先是布局，出線的方式（上出線還是下出線）決定了柜內(nèi)設(shè)備排布的順序?？紤]到可靠性（R），應(yīng)將濾波器布置在總電源入口，盡量縮短濾波器前極電線長(zhǎng)度，降低前極雜波對(duì)后極電路的干擾，節(jié)省柜內(nèi)布線空間；從可用性（A）的角度考慮，需要現(xiàn)場(chǎng)操作的機(jī)籠或組合不應(yīng)布置的太高，近年來(lái)車站機(jī)械室內(nèi)所使用的機(jī)柜因?yàn)檎R度的考慮，高度逐漸向無(wú)絕緣軌道電路機(jī)柜看，齊達(dá)到2350mm，大大超過(guò)了正常人伸展手臂高度。如果布置的太高不便于日常觀察、操作，甚至在電務(wù)人員腳踏不穩(wěn)的情況下會(huì)造成安全隱患（S）；同樣，過(guò)于沉重的設(shè)備（如：UPS）也不適于布置的太高，它會(huì)造成整個(gè)設(shè)備重心不穩(wěn)，而且UPS、電源類設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)更換頻率較高，位置太高會(huì)提高維護(hù)（M）工作的難度。

其次是浮地與接地，2006年鐵道部頒布了鐵運(yùn)【2006】26號(hào)文件，即《鐵路信號(hào)設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護(hù)實(shí)施指導(dǎo)意見(jiàn)》，將信號(hào)設(shè)備防雷及電磁兼容要求提高到了一個(gè)新的高度。浮地與接地是提高設(shè)備這一性能的主要方法。多種計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備機(jī)籠都有浮地要求，為達(dá)到這一要求需要解決好：機(jī)籠法蘭與立柱之間的絕緣、托盤與機(jī)籠間的絕緣、機(jī)籠與上下補(bǔ)板間的絕緣三大問(wèn)題?？煽浚≧）的機(jī)籠法蘭與立柱之間的絕緣需要三層絕緣材料防護(hù)，第一層絕緣板位于機(jī)籠法蘭與立柱之間，隔絕兩者金屬面接觸；第二、三層絕緣板位與立柱的背面，中間鑲嵌固定機(jī)籠的螺母；螺釘整體套裝在絕緣材管中保證了螺紋與立柱孔沿絕緣、螺釘帽底面與機(jī)籠法蘭絕緣；三層絕緣板另用沉頭螺釘、螺母夾緊，保證拆卸機(jī)籠時(shí)不會(huì)散開(kāi)。托盤與機(jī)籠間的絕緣可靠性通過(guò)兩者間絕緣墊具備足夠的厚度、絕緣墊與托盤的連接使用沉頭螺釘且避開(kāi)機(jī)籠金屬梁、側(cè)板下沿等位置防止尖端放電來(lái)實(shí)現(xiàn)。有的機(jī)柜電源模塊與機(jī)籠間使用匯流排供電，為防止意外搭接，一般都會(huì)用熱縮管對(duì)匯流排進(jìn)行保護(hù)，可是現(xiàn)場(chǎng)增加接線時(shí)就出現(xiàn)了難題：熱縮管遮蓋了預(yù)留螺孔，這就需要提前做好預(yù)留孔位標(biāo)識(shí)，增加可維護(hù)性（M）。另外，機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備堆疊、電纜密布，如果結(jié)構(gòu)零件邊緣存在金屬毛刺，很可能會(huì)劃傷維護(hù)人員或?qū)﹄娋€外皮造成危險(xiǎn)（S）。

2 機(jī)籠與組合

機(jī)籠或組合是機(jī)柜中一個(gè)個(gè)單獨(dú)的模塊，可維護(hù)性（M）十分重要，PCB板是否容易更換是問(wèn)題的關(guān)鍵。以某型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖防雷分線組合為例：

每塊防雷分線板組由6顆長(zhǎng)螺釘穿過(guò)管狀尼龍支架固定在金屬組合框背梁上，上面兩顆、中間兩顆、下面兩顆。安裝時(shí)需要先將帶好平墊的長(zhǎng)螺釘穿過(guò)PCB板，再穿過(guò)PCB板后的管狀支架，最后穿過(guò)組合框背梁安裝孔帶上平、彈墊緊固螺母?？墒乾F(xiàn)場(chǎng)更換防雷分線板組時(shí)，不允許將整個(gè)防雷分線組合拆下，分線板組排布緊密，每?jī)蓚€(gè)組合間僅有1U空間用于電纜走線。不要說(shuō)看不到背梁孔，就是隔著電路板將長(zhǎng)螺釘穿過(guò)管狀尼龍支架也是極為棘手，特別是先裝上的螺釘會(huì)限制電路板反轉(zhuǎn)角度，中間的兩個(gè)螺釘安裝難度最大，更換十分困難。

電源端子組合的可靠性（R）直接影響整臺(tái)設(shè)備是否可用，選擇質(zhì)量過(guò)硬的接線端子是其質(zhì)量保證，但如何選對(duì)、用好，就是對(duì)產(chǎn)業(yè)化工作者的考驗(yàn)了，例如：端子排中誤把端板當(dāng)隔板使用的情況，端板高度與端子片相同，隔板相對(duì)要高出一些，卻能有效防止多股軟導(dǎo)線散逸的金屬絲搭接入相鄰端子造成短路。另外，鐵路信號(hào)設(shè)備一般距離軌道較近，過(guò)車時(shí)的震動(dòng)不可避免。雖然振幅不大，但對(duì)于一些過(guò)車頻繁的車站經(jīng)年累月的震動(dòng)還是會(huì)導(dǎo)致螺釘緊固式接線端子導(dǎo)線松脫、電路接觸不良，針對(duì)這一問(wèn)題籠式彈簧端子會(huì)是更好的選擇。如果能夠參考國(guó)家導(dǎo)線外皮顏色標(biāo)準(zhǔn)選擇相應(yīng)顏色的接線端子片，更能有效提高設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的可維護(hù)性（M），因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)維修時(shí)光線不足、視覺(jué)角度不好、時(shí)間緊迫等因素極易導(dǎo)致接線錯(cuò)誤造成短路。

3 板卡

PCB板是板載元件發(fā)揮功能的平臺(tái)，其自身可靠（R）的重要性毋庸置疑。產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中使用的軟件應(yīng)保持與PCB設(shè)計(jì)軟件（包括版本）一致，防止因軟件、版本不同（不完全兼容）導(dǎo)致的中間層遺漏、元件丟失或偏離原來(lái)位置等問(wèn)題。運(yùn)輸包裝應(yīng)要求干燥、密封，避免受潮、變形。

元器件是板卡質(zhì)量的關(guān)鍵，除了元件自身質(zhì)量，是否密封包裝、出廠時(shí)間是否小于三年、濕敏元件存儲(chǔ)條件等也是可靠性（R）的決定因素。良好設(shè)計(jì)的附件能有效提高元件可用性（A），例如：板卡上的插裝發(fā)光二極管管腳需要根據(jù)面板開(kāi)孔位置變形，光源指向、二極管高低都會(huì)因手工作業(yè)有所不同。如果選用對(duì)應(yīng)型號(hào)燈座既整齊美觀又可以減少管腳絕緣、變形兩道工序降低成本。另外，為了保證產(chǎn)品長(zhǎng)期可維護(hù)（M）應(yīng)選擇產(chǎn)品供貨周期有保障的品牌或能互相替換的型號(hào)。

貼片、焊接是電路板生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)：鋼網(wǎng)厚度是否合適；是否會(huì)造成虛焊、假焊；是否會(huì)產(chǎn)生錫珠將直接影響電路板可靠性（R）。而錫鍋的溫度、元件耐受溫度范圍常常是電路板可用性（A）的重要因素。

4 集成

組裝是設(shè)備集成中一道重要工序，而選擇可用性（A）高的緊固件是優(yōu)化組裝工序的先決條件。復(fù)合、防脫落螺釘組減少了安裝平墊、彈墊工序提高了工作效率、節(jié)省了人工、工時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)拆卸時(shí)螺釘、平墊、彈墊、不易散落，避免了由此導(dǎo)致的電路短路風(fēng)險(xiǎn)，具有極高的可維護(hù)（M）性。安裝多個(gè)螺釘固定的機(jī)籠、組合或面板時(shí)，不能一次將一個(gè)螺釘緊固到位，應(yīng)按對(duì)角順序依次調(diào)整、逐漸緊固，這樣才能避免受力不均勻，保證可靠（R）安裝。設(shè)備的組裝為保證可拆卸更換，緊固螺釘時(shí)螺釘應(yīng)與螺孔徑向一致，遇阻時(shí)應(yīng)退出、查明原因，切勿硬擰導(dǎo)致螺紋損壞。

布線需要預(yù)先設(shè)計(jì)，濾波器前、后極導(dǎo)線分開(kāi)；交、直流導(dǎo)線分開(kāi)；電源線與信號(hào)線分開(kāi)；三相線顏色分開(kāi)；光纖折彎半徑適度；電纜安裝禁錮夾，避免焊、壓接頭受力和適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度預(yù)留是保證電路可靠性（R）、可維護(hù)性（M）的重點(diǎn)。壓接時(shí)，端子拉拔力是否達(dá)標(biāo)；焊接端子、插針是否可靠；導(dǎo)線、連接器通流量是否滿足要求；冷壓頭、導(dǎo)線、接線端子是否匹配將決定設(shè)備運(yùn)行的可靠性（R）。

5 測(cè)試

測(cè)試是產(chǎn)品生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)，電子產(chǎn)品測(cè)試分為單板測(cè)試、整機(jī)測(cè)試和老化三個(gè)步驟。對(duì)于單板可靠性（R）而言，不僅要注重產(chǎn)品的測(cè)試記錄、測(cè)試結(jié)果、追溯條碼，測(cè)試工裝的可靠性更為重要，編制檢測(cè)方法、制訂定期效驗(yàn)計(jì)劃是其可靠性的有效保障。整機(jī)測(cè)試前需要編制測(cè)試大綱，明確測(cè)試方法、步驟、測(cè)試設(shè)備、測(cè)試環(huán)境等要素，特別是測(cè)試環(huán)境，溫度、適度、震動(dòng)、周圍有無(wú)金屬物、電磁干擾、測(cè)試人員資質(zhì)等因素直接決定測(cè)試結(jié)論是否有效。老化是保障設(shè)備運(yùn)行可靠性的有效手段，老化時(shí)間與老化溫度應(yīng)符合該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件，如需使用提升溫度的方法縮短老化時(shí)間也應(yīng)有科學(xué)依據(jù)。老化前后都應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，記錄測(cè)試結(jié)果。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，RAMS工作是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的工作，需要在實(shí)際工作中不斷摸索、總結(jié)，把RAMS思想融入產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化工作的一點(diǎn)一滴中。

參考文獻(xiàn)：

[1]董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）[M].中國(guó)鐵道出版社，2009.