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現代城市軌道系統 系統保證之理念與實務

現代城市軌道系統 系統保證之理念與實務. 臺北市政府捷運工程局副總工程司 章台光 Philip T.K. Chang Deputy Chief Engineer, Department of Rapid Transit Systems, TCG 2012.04. 綱 目. 1.0 臺北捷運路網. 建設機構 : 臺北捷運 工程局 營運機構 : 臺北捷運 公司. TAIPEI Metro. *. *. *. *. *. *. 臺北都會區範圍.

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現代城市軌道系統 系統保證之理念與實務

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  1. 現代城市軌道系統系統保證之理念與實務 臺北市政府捷運工程局副總工程司 章台光 Philip T.K. Chang Deputy Chief Engineer, Department of Rapid Transit Systems, TCG 2012.04

  2. 綱 目

  3. 1.0 臺北捷運路網 • 建設機構 :臺北捷運工程局 • 營運機構 :臺北捷運公司

  4. TAIPEI Metro. * * * * * * 臺北都會區範圍 • 都會區運輸系統間直、間接服務地區以臺北火車站為中心30公里半徑範圍,東至基隆市,西至桃園,北至淡水、三芝,南迄烏來、大溪,面積約2,457平方公里,總人口數約 675萬人。 基隆市 臺北市 桃園縣 新北市

  5. 展現顧客導向,精進風險管理,持續打造「安全」、 「便捷」、 「舒適」、 「美觀」、世界一流的捷運系統 。 品質政策

  6. 捷運系統特性 註:其中原法國馬特拉系統51對車(102個車廂)由本局及廠商完成車廂改裝工程及測試 6

  7. 第一階段:已完工通車路線 • 全長 114.6公里, 101個車站 • 目前每日服務超過170萬人次 • 2010年12月年累計運量超越5億人旅次 • 至2012年2月總載運量達50億旅次以上 第二階段:已核定施工中路線 長度約達52.1公里,45個車站 社子-士林-北投區域輕軌 第三階段:規劃中路線 南北線 預計規劃臺北捷運整體路網達270公里規模 每日運量預估達360萬人旅次以上

  8. 淡水線 文湖線 1998年12月年平均每日運量16萬千餘人 2012年2月平均每日運量逾170萬餘人 成長10倍 蘆洲線 南港線東延段 南港線 板橋線 小南門線 文湖線 新店線 土城線 中和線 第一階段:完成雙十路網,臺北捷運路網架構雛型初具 新莊線 • 114.6公里,101個站(含2個主要轉乘站) • 170萬人旅次/日(2012.03) 新莊線 8

  9. 臺北捷運可靠度 臺北捷運自2002年加入Nova成為這個標竿學習組織的會員以來,績效表現極為傑出,2004年起,在Nova及CoMET所有會員系統中,臺北捷運連續5年系統可靠度名列第1。 臺北捷運自2010年運量已達5億人次以上。2011年3月RTSC正式告知,臺北捷運於2011年9月成為CoMET的新會員。 註:RTSC(Railway Transport Strategic Centre, 軌道與運輸策略中心)

  10. CoMET軌道運輸標竿聯盟 CoMET有14個會員,包括: 柏林(德國) 香港地鐵(包含合併之九廣鐵路) 倫敦(英國) 馬德里(西班牙) 墨西哥市(墨西哥) 莫斯科(俄羅斯) 紐約(美國) 巴黎地鐵(法國)/巴黎區域鐵路(法國) 聖保羅 (巴西) 上海(中國) 聖地牙哥(智利) 北京(中國) 臺北捷運 廣州(中國) 註︰CoMET(Community of Metros International Railway Benchmarking Group, 簡稱CoMET)

  11. 可靠度排名第一 • CoMET由年運量 5 億人次以上系統組成,會員包含柏林、香港、倫敦、馬德里、墨西哥市、莫斯科、紐約、巴黎(地鐵、區域鐵路)、上海、聖保羅與聖地牙哥、北京、臺北捷運與廣州14 個系統。 • Nova由年運量未達 5 億人次系統組成,會員包含布宜諾斯艾利斯、里斯本、蒙特婁、那不勒斯、新堡、新加坡、臺北捷運、多倫多、里約熱內盧、巴塞隆納、米蘭、德里、雪梨與曼谷等 14 個系統 。 • 臺北捷運系統可靠度2004至2008年連續5年在Nova及CoMET所有系統會員中排名第1。後於2009年與2010年分列第3名與第2名。(分別為104.5萬、200.5萬車廂公里),2011年再創公司紀錄為248.6萬車廂公里,但排名仍未確定。 2011

  12. 2.0 系統保證

  13. 2.1 可靠度 可靠度(Reliability),系統或產品,在預定的使用年限及工作環境下,能夠發揮預定功能的機率。 使用年限:受限於質衰現象及偶發故障,以使用壽年為準。 工作環境:溫度、溼度、振動、輻射。 預定功能:明定失效標準。 機率:系統或產品可靠程度,由抽像描述,轉為實質評估。 λ λ λ t t t 電子硬體 電腦軟體 機械裝備 註︰λ(故障率 Failure Rate) ,平均故障間隔時間之倒數,亦即關聯故障之頻率。

  14. 2.1.2 作業流程 訂定系統保證計劃書機電承商指南 招標前,於特別技術規範中訂定可靠度需求 審標階段,投標商提送技術建議書 概念設計階段,承商提送系統保證可靠度計劃書 在細部設計階段,承商提送子系統流程圖、可靠度方塊圖、可靠度配當、故障模式、影響及危害性分析等文件 在細部設計階段,承商提送可靠度測試計劃 在系統開始營運後,進行可靠度驗證測試

  15. 2.1.2 可靠度需求 系統 平均故障間隔時間(小時) 車輛 聯結器 5,000 輔助電氣 555 號誌 電源頻率軌道電路 500,000 聯鎖控制 2,000 通訊 手提無線電 12,400 中央控制設備 3,500 註︰平均故障間隔時間 (Mean Time Between Failures, MTBF) MTBF = T / n T : 同型元件累計之總操作時間 n : 同型元件中發生關聯故障總次數

  16. 2.1.3 設計準則 設計簡化︰減少零件使用數量 零件標準化︰使用市場驗證之零件/元件及設計 採用防愚(Fool-Proof)設計 採用故障自趨安全(Fail-to-Safe)設計 若有必要應採複製(Redundancy)設計 考量不良或過度環境對系統之影響 考量系統操作及維修人因工程

  17. 2.1.4 可靠度方塊圖 在計算可靠度之前,首先根據系統特性建立可靠度方塊圖,然後藉由適當之數學模式進行配當工作。 以淡水線電聯車「側門控制」子系統為例,可分為駕駛控制盤、駕駛控制箱、車門控制箱等六部分。

  18. 2.1.5 可靠度配當 可靠度配當係將可靠度目標值配當至每一系統、元件,設計人員可藉由所設定之目標值,評估系統弱點與元件相互組成間介面關係。 承商依據可靠度方塊圖,將美軍規範手冊217之元件可靠度值,或所使用經驗值納入俾以計算是否合乎契約需求。

  19. 2.1.6 側門控制可靠度方塊圖 Side Door Operation And Control λ=531 MTBF=1883 Hours 3 Driver’s Panel3Aλ=11.12 Driver’s ControlBox & SafetyInterlock - DM13Bλ=23.14 Door ControlBox - T & M23Cλ=19.24 Local ControlBox3Dλ=209.40 Door Operator3Eλ=200.51 Miscellaneous3Fλ=67.59 註︰λ(故障率 Failure Rate每百萬小時故障率) 平均故障間隔時間之倒數,亦即關聯故障之頻率。

  20. 2.1.7 側門控制可靠度配當

  21. 2.1.8 故障模式、影響及危害性分析 故障模式、影響及危害性分析FMECA(Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis )係針對︰ 元件所有可能的故障 根據故障模式進行分析,確定每種故障模式對系統影響,找出單點故障 依故障模式的嚴重性及發生概率確定其危害性。

  22. 2.1.8 故障模式、影響及危害性分析 嚴重性 (Severity)

  23. 2.1.8 故障模式、影響及危害性分析 • 嚴重性 (Severity)

  24. 2.1.8 故障模式、影響及危害性分析 機率

  25. 2.1.8 故障模式、影響及危害性分析 IV:第四類(可忽略災害) I:第一類(致命災害) D:絕少發生(連續運轉10萬小時內發生的災害)

  26. 2.2 維修度 維修度(Maintainability),失效的系統或產品,在允許停機時間及指定維修程序下,使系統或產品恢復功能的機率。 允許停機時間 指定維修程序 機率:系統或產品修復之難易程度,由抽象描述,轉為實質評估。 如果一系統維修度高,意指維修人員可以依據維修手冊,在短時間內排除故障,使系統重新運轉。

  27. 2.2.2 作業流程 訂定系統保證計劃書機電承商指南 招標前,於特別技術規範中訂定維修度需求 審標階段,投標商提送技術建議書 概念設計階段,承商提送系統保證維修度計劃書 在細部設計階段,承商提送預防維修、校正維修等文件 在細部設計階段,承商提送維修度測試計劃 在系統開始營運後,進行維修度驗證測試

  28. 2.2.2 維修度需求 預防維修: 車輛:三車組為300小時/年

  29. 2.2.2 維修度需求 校正維修 MTTRMTTR max90%(hr) 車輛 聯結器 2.2 4.86 輔助電氣 1.5 3.32 通訊 手提無線電 1.2 2.3 閉路電視 1.7 3.3 • 註︰平均修復時間(Mean Time To Repair, MTTR),系統修護過程所需時間 • MTTR = T / n • T : 維修人員到達現場實際工作時間的總和,包括: • 發現故障原因 • 修理組件、拆除更新 • 完成功能檢查,確認其恢復到可操作之狀態所需的時間。 • n : t 時間內關聯故障次數 • 最大修復時間(Maximum-Time-To-Repair, MTTR max90%) ,所有校正維修時間某一百分準位(Percentile) 之最大值,例如第90百分準位(90th percentile)意即必須有90%的校正維修時間小於此特定MTTR max90%值。

  30. 2.2.4 驗證測試 可靠度/維修度驗證測試,係用以確認系統及各子系統,是否符合契約可靠度/維修度需求。 在測試期間: 維修人員依據維修手冊施以預防維修。 非經業主核可,不得有其它之預防維修。 維修人員就故障施以校正維修,並填具運轉時數、維修故障資料,移請業主定期召開例行性可靠度/維修度驗證測試審查會討論。

  31. 2.3 可用度需求 系統可用度值最小應為0.99。 A = MTBSF /(MTBSF + MTTTRs) • 註︰ • 平均服務故障間隔時間(Mean Time Between Service Failures, MTBSF) ,係指系統營運時數與停機事件次數之比值。 • MTBSF = T / N • T : 系統營運時數 • N : 停機事件次數 • 平均復原時間(Mean Time To Restore, MTTRs),係指所有超過一營運行車間距之延誤時間總和,與相對應之停機事件次數之比值。 • MTTTRs = Tcm/N • T cm:超過一營運行車間距之延誤時間總和 • N :停機事件次數

  32. 以下列優先順序,就分析中所確認潛在或實際危險,予以排除或控制:以下列優先順序,就分析中所確認潛在或實際危險,予以排除或控制: 2.4.1 最低危險設計 2.4.2 使用安全裝置 2.4.3 使用警告裝置 2.4.4 使用特殊程序 2.4 系統安全

  33. 2.4.1 最低危險設計 在系統發展過程中,主要考慮的是必須選取適當的設計特性,以確保其應有之安全,例如複製裝置、散熱裝置、電路保護(熔絲)、接地保護、不斷電系統供應等。

  34. 2.4.1 最低危險設計 區域自動列車操作設備 (Region Auto Train Operation) 區域自動列車保護設備 (Region Auto Train Protection) (複製設計) 區域自動列車控制設備 (Region Auto Train Control)

  35. 2.4.1 最低危險設計 月臺層婦女候車區,透過閉路監視以保障人身安全

  36. 2.4.1 最低危險設計 提供消防人員無線電介接裝置,強化救災能力

  37. 2.4.2 使用安全裝置 對已知而無法經由設計選取而排除之危險,必須採用適當的安全裝置,將該危險排除或控制至可接受之水準。 例如防愚設計,電路板插座設置鎖孔(Key),若電路板件與插槽彼此不能匹配則無法插入。 月臺離站音,列車進入月臺燈號閃爍、月臺緊急停車按鈕、列車緊急通話器、列車滅火設備。

  38. 2.4.2 使用安全裝置 防愚設計,採用鎖孔(Key)觀念,電路板卡片插梢不合鎖孔位置則無法置入

  39. 2.4.2 使用安全裝置 列車緊急通話按鈕旁增設攝影機,可與司機員通話 攝影機 列車緊急通話改裝前 列車緊急通話增設攝影機後

  40. 2.4.3 使用警告裝置 對於已確認之危險,若不可能排除其出現或發生,則必須採用特殊裝置以利異常狀況之及時偵測及產生適當的警告訊號,例如:張貼警語、反光貼紙、透過宣導手冊或媒體告示。

  41. 2.4.3 使用警告裝置 月臺間隙提醒及警示燈裝置

  42. 2.4.3 使用警告裝置

  43. 2.4.4 使用特殊程序 在不可能經由設計或使用安全與警告裝置而降低其危險的地方,則必須發展特殊之程序及(或)預防性指示,例如:設備操作、維修手冊。

  44. 2.4.4 使用特殊程序 軌道轉轍區塗抹MnO2(二氧化錳),軌道平滑順暢

  45. 2.4.4 使用特殊程序 司機員發車前注視旅客上下列車

  46. 2.5 人因工程 人因工程 ( Human Factor Engineering )係研究人類的行為、能力、限制、特性,與所使用之工具、機器、系統、任務、工作環境間之介面工程,用以: 提高方便性 增加舒適性 減少混淆 降低疲勞 減低情緒不安

  47. 2.5.1 人因工程準則 - 聽覺/視覺設施

  48. 2.5.2 人因工程準則-群組配置 不同群組間的差異需明顯地區隔

  49. 3.0 文湖線異常 文湖線自2009年7月4日營運通車後,於2009年7月10日發生故障,旅客於高架軌道上進行疏散。

  50. 3.0 文湖線異常 2009年7月10日 15時27分文湖線6個區域之區域列車自動駕駛(Region Auto Train Operation)發生通訊傳輸中斷。 15時44分行控中心判斷無法於短時間內恢復,依行車規章全線暫停營運,對全線列車及月台廣播相關資訊,並啟動接駁公車。 15時47分高壓電力切斷,進行站間列車旅客下軌道疏散作業。 16時23分所有疏散作業人員上月台,軌道完成淨空,共計疏散旅客共約620人。 17時30分緊急搶修後區域列車自動駕駛資訊傳輸恢復正常。 21時30分全線捷運文湖線恢復正常運行。

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