铁路信号微电子设备系统故障-安全理论与方法研究

Railway signal control system is the key equipment of safe driving, and the fault-safety is always the core principle of railway signal. The majority of high-speed railway signal equipments are micro-electronic system, which is hard to achieve fault-safety using physical characteristics due to the faults asymmetry, resulting that the failure mode is almost impossible to confirm. The traditional railway signal system fault-safety theory and skill is facing the severe challenge .Therefore, it is necessary to study in fault-safety theory, method and skill for micro-electronic signal system. Based on the safety theory and industrial standard, this project firstly study the fault-safety theory and method in terms of modeling and analysis, design and achievement, test and verification, including the modelling and computing of common cause failure (CCF), fuzzy secure voting, rapid response control. Then this project study signal system fault-safety design methods and safe computer platform optimization, and system safety testing and verification using physical fault injection and formal modeling. Finally, solve the scientific problems of CCF modelling, multiple order & time delay rapid response control and the completeness of test cases, which provides the theoretical foundation and technical guidance for guaranteeing micro-electronic signal system safety.

铁路信号系统是保障行车安全的关键设备，故障-安全始终是其核心理念。以高速铁路为代表的信号设备大多为复杂微电子系统，不具有故障不对称性，很难利用物理特性实现故障-安全，基本失效模式几乎无法完全确定，传统的铁路信号故障-安全理论与技术体系正面临严峻挑战，需要对微电子信号系统进行故障-安全理论、方法和实践技术的全方位研究。本课题以故障-安全为研究核心，结合安全相关理论和行业标准，从建模与分析、设计与实现、测试与验证的角度出发，研究信号系统的共因失效建模与计算、模糊决策安全表决、多阶滞后快速反应的故障-安全理论及方法；提出故障-安全设计方法，进行安全平台的优化；研究基于物理故障注入和形式化建模的系统安全性测试与验证方法。解决微电子信号设备系统共因失效模型构建、多阶滞后快速控制和安全测试案例完备性三个科学问题，对整体提高和全面保障铁路微电子复杂信号系统安全提供理论支撑和技术指导。

铁路信号系统是保障行车安全的关键设备，故障-安全始终是其核心理念。以高速铁路为代表的信号设备大多为复杂微电子系统，不具有故障不对称性，很难利用物理特性实现故障-安全，基本失效模式几乎无法完全确定，传统的铁路信号故障-安全理论与技术体系正面临着日益快速增大的挑战。因此需要对微电子信号系统进行全方位故障-安全理论、方法和实践技术的研究。.本课题以故障-安全为研究核心，结合安全相关理论和行业标准，总结归纳了高铁运营十多年的经验，研究了铁路信号电子设备安全服役趋势及安全评价指数构建；从建模与分析、设计与实现、测试与验证的角度出发，研究信号系统的共因失效建模与计算、铁路安全平台安全表决方法、故障诊断及快速反应的理论及方法；提出铁路信号安全计算机平台的故障-安全的设计原则及实现方法，安全软件设计方法及编码规范方法，安全系统独立软件比较方法，并将新方法用于了安全平台的优化；最后研究了基于物理故障注入的故障-安全测试方法，安全软件测试方法以及信号系统安全功能自动化测试的方法。.课题成果形成了铁路行业内硬件设计和软件设计、测试和验证的相关设计规范和行业标准，研制了一套TJYL-V型安全计算机平台，基于该平台研制的新型列控系统设备——联锁列控一体化系统已完成工程应用，标志着我国铁路信号安全控制领域的自主创新迈上新的台阶，对于提升我国铁路技术装备水平，保持在国际铁路领先地位具有重要意义。