铁路交通路网可靠度分配研究

１　３２　ＡＣＡＤＥＭｌＣ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ学术研究　铁路交通路网可靠度分配研究　刘建中李肠　（安徽农业大学信息与计算机学院合肥２３００３６）　摘要：本文介绍了路网可靠性的内容及目标，并分析了路网可靠性的意义。从可靠度分配角度研究了串并联等复杂系统的　可靠度，为铁路交通网可靠性研究提供了依据和参考。　关键字：路网可靠性；串并联系统；可靠度分配；铁路网　１、引言　铁路交通网作为国家运输的生命线，其可靠性有着极其重　要的作用。没有可靠的路网，不仅会增加其他系统的维修费用，　而且会造成巨大的间接费用。路网的可靠性不仅仅用于衡量紧急　灾害情况下，交通系统的功效，对于交通阻塞、事故、恶劣天气　等，甚至某些道路发生不畅通的情况也进行有效评价，衡量路网　的状况，以提供良好的交通服务Ｉ１＿。到２００６年底，我国铁路运营　里程为７．６６万公里，人均不Ｎ５．９厘米，不及一根香烟长。在客运　方面，我国铁路每天提供的席位为２４２万多个，而春运期间运输客　流是这个数字的两倍Ｊ　２１，这就对铁路路网可靠性提出了更高的要　求。　许多系统如电网、管线网络、通信网等已经将可靠性作为　整体规划、设计、实施的一部分，用以评价网络系统的功能和　效率；然而，在我国交通领域，对路网的可靠性研究还处于初级　阶段。道路网可靠性的研究内容是随着时代、社会经济的变迁而　发生变化的。最初的要求仅仅停留在对道路网来说，目的地的可　达性，也就是路网是否连通；遇到灾害时，人们关心的往往是目　的地是否可抵达，即网络的连通性指标是路网可靠性研究的基础　［３１。２００８年我国春运期间南方普降的一场大雪几乎使交通瘫痪，　几百万旅客滞留广州。当前，和学术界尤其重视路网的可靠　性研究，本文将从可靠度分配方面对铁路交通路网线路的可靠度　进行分析。　２、可靠性的涵义　路网可靠性是近年来兴起的道路网络状态评价技术，它源　于人们对路网在被突发事件破坏的情况下能否继续完成交通运输　功能的判断需求。其本质是交通系统供给和需求之间的矛盾在道　路网络上的外在表现。路网可靠性越高，路网中供给和需求的相　互协调关系越好，路网整体运行更加稳定；或者是路网的整体结　构更加合理，尤其与城市的灾害特点或灾害对路网的影响契合性　好，路网抗灾、抗干扰的能力更强。随着社会对交通服务质量要　求的提高，路网可靠性开始成为交通领域的热点技术，形成了连　通可靠性、行程时间可靠性、容量可靠性等评价指标和马尔可夫　链、博弈论等评价方法Ｉ４］［５１。　３、路网可靠度分配　可靠性分配是将规定的系统容许失效概率进行细分并合理　分给系统单元的一种方法。分配的主要目的是建立每个单元的可　靠度目标或指标，以使负责单元试制的人员知道单元所需的可靠　度。　它是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。一　批产品的数量为Ｎ，从ｔ＝０时开始使用，随着时间的推移，失效　的产品件数逐渐增加，而正常工作的产品件数ｎ（ｔ）逐渐减少，用　Ｒｆｔ）表示产品在任意时刻ｔ的可靠度。Ｒｆｔ）＝ｆＮ—ｎ（ｔ）ｌ／Ｎ，Ｎ：试验样　品总数，ｎ（ｔ）：到ｔ时刻样品失效的总数。由上式，可看出０≤Ｒ（ｔ）　≤１，因此Ｒ（ｔ）越接近于１，产品的可靠度越高。　失效率（故障率）Ａ（ｔ）：是指某产品（零部件）工作到时　间ｔ之后，在单位时间△ｔ内发生失效的概率。　合理分配容许失效概率，首先要知道单元相对失效概率。这　就需要掌握可靠性预测所要求的全部情况：基本失效率、环境、　降额、工作周期等等。即是说，相对可靠度的预测是整个考虑的　主要部分。　有时分配给承担正当任务的部分的可靠度数值没有意义。要　可靠度数值有意义，使这个方法成为公认的工程原则的一部分，　数值必须尽可能准确。所作假设必须现实，结果的利用必须考虑　数据中存在的所有实际。我们不应随意加些人为的条件，比　如假定失效率相等。　假定失效分布为指数分布，则可用通常的方法求出元件的可　靠度。　Ｒ：ｅ－￣．ｔ：ｅ－（　，，式中　０　０为工作失效率和工作时　间的乘积，九…ｔ为预备失效率和预备时间的乘积。　根据我国铁路干线网络，应用上述理论对全国铁路干线网络　进行可靠性分析。首先，我国的铁路干线网络可以抽象成串联和　并联系统的组合。　对于串联单元，由于其他因素相同，因而每个单元的容许失　效率概率正比于预计失效概率，这里的失效概率Ｑ为１减去成功　概率Ｒ（Ｑ＝Ｉ—Ｒ）。即是说，如果单元Ａ的预计失效概率比单元Ｂ的　预计失效概率高一倍，则分配给单元Ａ的总容许失效概率便比分　给单元Ｂ的大一倍。于是，分配的可靠度便近似为１减去分配的　容许失效概率。分配的这些数值就是各个单元的可靠度指标、可　靠度目标或可靠度要求。在简单串联系统中，各个单元容许失效　概率的和近似等于系统总容许失效概率，正如预计的可靠度之乘　积也等于真正的系统可靠度指标。假定一个系统的可靠度指标为　０．９Ｏ，换句话说，它的容许失效概率为Ｏ．１０。将此值分给２０个串　联单元，这些单元的预计可靠度列于下表中第二列。第三列列出　了相应的预计失效概率。这些失效概率之和为０．２００。因此预计　失效概率为０．００２的第一个单元分到的容许失效概率为总数０．１Ｏ的　０．ＯＯ２／Ｏ．２００＝０　００１：分到第二个元件的是容许失效概率是０．１的　０．ＯＯ３／Ｏ　２００，即Ｏ．００１５，等等，第四列列出了容许失效概率，最　后一列列出了相应的可靠度指标。用这种方法得到的各个指标之　乘积非常接近于规定的系统可靠度指标。　条列车线路有２Ｏ个站点，分别是１，２，……，１９，２０站的串联　表１　由２０个站点串联组成的系统的可靠性指标　站＾编　颅　－・ｊ靠眨　预　水　辩艘　棒　火效概率　舷瘦＝｝ｊ＝｝杯　１　０　９９８　０　００２　０　００１　０９９９　２　０　９９７　０　００３　０　００１５　０　９９８５　３　０　９９７　０　００３　０００１５　０９９８５　４　０　９９５　０　００５　０　００２５　０　９９７５　５　０　９９５　０　００５　０　００２５　０　９９７５　６　０９９４　０　００６　０００３　Ｏ．９９７　７　０　９９２　０　００８　Ｏ．００４　０．９９６　８　０　９９１　０　００９　０　００４５　０．９９５５　９　０　９９１　０．００９　０．００４５　０．９９５５　１０　０　９９０　０　０１０　０　００５　０　９９５　ｌＩ　０　９９０　０　０１０　０　００５　０．９９５　ｔ２　０　９９０　０　０１０　０　００５　０　９９５　ｉ３　０　９８８　０　０１２　０．００６　０．９９４　Ｉ４　０　９８８　０．０１２　０．００６　０．９９４　Ｉ　５　０９８７　０　０１３　０　００６５　０．９９３５　１６　０　９８６　０　０ｌ４　０　００７　Ｏ．９９３　１７　０９８５　０　０ｔ５　０．００７５　０．９９２５　Ｉ８　０９８４　０．０１６　０　００８　０．９９２　１９　０　９８２　０　０１８　０００９　０　９９１　２０　０　９８０　０　０２０　００１０　０　９９０　台引　０　２０　合计　１００　积约为０．９０　ＡＣＡＤＥＭＩＣ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　学术研究　线路，各个站点的预计可靠度如下表中所示，而系统的总可靠度　指标为Ｏ．９Ｏ，即系统容许失效概率为１一Ｏ．９Ｏ＝Ｏ．１　Ｏ。　对于比较复杂冗余系统，把系统可靠度指标分给各单元不　仅花的时间更多，需要一个叠代过程。分配过程的第一步是简单　的。把每组并联单元适当组合成单个单元，然后将此单个单元视　为一个串联单元方框。　这一组包括两个并联分支或并联通路。第一个分支包括单元　Ｘ和单元Ｙ，其可靠度Ｒ１＝ＲＸ　ＲＹ，第二个分支只有一个单元Ｚ，　其可靠度Ｒ２＝ＲＺ。两个分支的组合可靠度Ｒ＝Ｉ一［（１一Ｒ１）（１一Ｒ２）］。　对于并联单元组合好后，并且系统也标称了串联系统，便可　以用上面讨论的方法将容许失效概率正比于它的失效概率。然后　１　３３　确定并联分支中每个单元的容许失效概率。　如图１假设上组中单元Ｘ，Ｙ：￣ｎｚ的预计可靠度分别为Ｏ　９７，　Ｏ．９５和０　８８，而相应的失效概率为Ｏ．０３，０．０５ｇｕＯ．１２．第一个分支的　可靠度为ＲＸ　ＲＹ＝Ｏ　９７　０．９５＝０．９２，相当于失效概率近似为Ｏ．０８。　第二个分支的失效概率为Ｏ．１２。总可靠度为１—０．０８　０．１２，即约　Ｏ．９９，总的失效概率为０　Ｏ１。　假设代表这三个单元的串　联方框分到的总容许失效概率　南京、南京到上海的预计可靠度分别为０　９９７、０　９９７、０．９９６、　０．９９６、０．９９５和０．９９５。根据上述理论，可以把合肥蚌埠这个并联　线可合并为一个线路为合蚌线，则此时只有４条线，水家湖到合　蚌线的预计可靠度为１一（１—０．９９７）　（１—０　９９６）＝０．９９９，合蚌　线到南京的可靠度为１一（１—０．９９６）　（１—０．９９５）＝０　９９９。根据　表１可得出，４条线的预计不可靠度分别为０．００３、０　００１、０．００１、　０　００５，总计为０．０１０，而系统可分配的失效率为０．１０，故得出４条　线路的容许失效率分别为Ｏ．０３、０．０１、０．Ｏ１、Ｏ．０５。从而得出它们　的可靠度指标分别为Ｏ．９７、０．９９、０．９９、０　９５，它们的乘积约为　Ｏ．９Ｏ。由根据前面并联理论，得出水家湖到蚌埠和合肥线的可靠　度指标分别为０．９７和Ｏ．９６，蚌埠和合肥到南京的可靠度指标为０．９６　和０　９５。综上得出上述６条线路的可靠度指标分别为０　９７、０　９７、　０．９６、０　９６、Ｏ．９５和Ｏ．９５。　４、结论　本文分析总结了路网可靠性内容和涵义，对全国铁路交通网　络主干进行串并联抽象，根据路网串并联可靠度分配的理论，对　全国铁路线路进行可靠性研究。根据整条线路的可靠度要求，通　过分析其各个主干线路的可靠度，分配可靠度给各个站点以及中　间线路。从而可以从全局角度掌控铁路交通网络的可靠性。为铁　路交通网可靠性研究提供了依据和参考。　瓣　图１并联复杂系统　为０．Ｏ０５。此容许失效概率与　该方框的预计失效概率之比为　０　００５／０．０１＝Ｏ．５０。用此比值乘　以各个单元的预计失效概率便得单元容许失效概率。因此，单元　Ｘ的容许失效概率为０．５Ｏ　０．０３＝０．０１　５；单元Ｙ的容许失效概率为　Ｏ　５Ｏ　０．０５＝０．０２５：单元Ｚ的容许失效概率为０．５０　０．１　２＝０．０６０。　如冗余单元在一级以上，则此方法要逐级继续使用，直到各　个单元得到的容许失效概率正比于它的失效概率为止，这一方法　要逐级重复。　如图２，假设阜阳到上海的线路的总可靠度指标为０　９０，即　参考文献　［１】熊志华，姚智胜．路网可靠性及其层次分析Ｕ］交通科技与经　济，２００４（４）　［２】李畅，刘建中全国铁路网络的Ａｓ模型研究ｌＯＬｌ冲国科技论在　线，２００８—１０．　陈艳艳，高爱霞，刘小明，等道路交通运行状态可靠性评价方法综　述及展望Ｕ】ｌ公路，２００３（１０）：１２７—１３１．　［４］郭继孚，高永，温慧敏．基于替代路径的路网连通可靠性评价方法　研究Ⅱ１．公路交通科技，２００７（７）：９１—９４．　［５］Ａｎｔｈｏｎｙ　Ｃｈｅｎ　ｅｔ　ａ１．Ｔｒａｖｅｌ　Ｔｉｍｅ　ＲｅｌｉａｂｉｌｉＷ、ｖｉ山Ｒｉｓｋ一一Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｔｒａｖｅｌｅｒｓ［Ｍ］．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ　Ｄｃ：ＴＲＢ．２００２　图２阜阳到上海线路　设阜阳　是说系统容许失效概率为０．１０。此条线路共有６条线，假　到水家湖、水家湖到蚌埠、水家湖到合肥、蚌埠到南京、　合肥到　★基金：安徽农业大学博士基金支持　★通讯作者：李日ｉｊ（１９６３一），男博士，副教授。硕士生导　师。研究方向为计算机网络与数据通信。　¨＝　（上接１３４页）　没有了外部的检查与平衡，自我监视的规则将是无效率的。　另外，司法审议和可预见性是司法系统的核心。相反，商业组织　没有发展出一套合法文化，并且组织连续性的不一致性又是　非常普遍的。如果如此多功能的规章制度在企业从层面被接受，　那么它就不可能与社会和环境领域的需求相吻合。　中层经理）ＪＨ￣８．ＣＳＲ准则的激励是很低的，因为他们的表现首　先是根据他们的财务结果的好坏来衡量。执行关于社会问题的企　业的重担最终落在了中层经理身上，而他们对商业计划和直　接运营负首要责任。　３２ＣＳＲ作为内部过程：被忽略的股东　成本的补偿的情况下，我们不期望公司能持久地承担这些成本。　当然，我们也没有明确的证据证明这种溢价是否存在。外部规则　要么产生这种溢价，要么提高不负责任公司的成本。为此，行为　准则就可以和其他制度机器配套。…行业层面的自制规则比公司　层面的自制规则更可能消除减少ＣＳＲ成本的动机。其实，在同一　个行业的所有竞争者中创造捆绑式的标准将不可避免的出现社会　责任管理与竞争行为之间的矛盾。　黼　参考文献　［１］Ｇｕｎｎｉｎｇｈａｍ，Ｎ．，Ｒｏｂｅｒｔ，Ａ．Ｋ．，Ｔｈｏｒｎｔｏｎ，Ｄ．Ｓｏｃｉａｌ　Ｌｉｃｅｎｓｅ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ：Ｗｈｙ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓｅｓ　Ｇｏ　Ｂｅｙｏｎｄ　在采取ＣＳＲ的经历中经理们的显要角色和在经理们个　人价值观与商业决策之间的冲突将构成代理成本的一种形式。股　东的涉及ＣＳＲ的建议的减少表明股东相关力量的减弱。受经理们　追求除了纯粹的股票利益最大化外的其他目标的激发，詹森指出　“利益相关者理论政治化了企业，并赋予其经理们权力，使其可　以在使用公司资源上按照自己的意愿行事。”然而，为了确保来　自股东的支持，经理们需要证据证明社会责任能提高企业财　务价值。沃格尔的关于ＣＳＲ的观点显示，绿色投资和绿色消　费对公司价值只产生有限的影响，并且承担社会责任的公司在短　期内留住利润是困难的。【７】　Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ［Ｊ】．Ｌａｗ＆Ｓｏｃｉａｌ　Ｉｎｑｕｉｒｙ，２００４，２９：３０７．　［２］ＭｃＷｉｌｌｉａｍｓ，Ｓｉｅｇｅ１．Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ　ｓｏｃｉａｌ　ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｉｌｉｔｙ，ａ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｆｒｍ　ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ￣］．Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆＭａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｒｅｖｉｅｗ，２００１，２６：１１７．　［３］Ｆｒｅｎｃｈ，Ｐ．Ａ　Ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｃｏｒｐｏｒａｔｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｉｌｉｔｙ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｃｏｌｕｍｂｉａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ，１９８４．　【４］Ｃｈａｍｂｅｒｌａｉｎ，Ｎ．Ｗ．Ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔｓ　ｏｆ　ｃｏｒｐｏｒａｔｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｂａｓｉｃ　Ｂｏｏｋｓ，１９７３．　［５】Ｍａｄｄｅｎ，Ｃ．Ｈ．Ｃｌａｓｈ　ｏｆ　ｃｕｌｔｕｒｅ．Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ａｎ　ａｇｅ　ｏｆ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｖａｌｕｅｓ［Ｊ］．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，１９７２．　［６］Ｖｏｇｅ１．Ｔｈｅ　ｍａｒｋｅｔ　ｆｏｒ　ｖｉｒｕｅ［ｔＭ］．Ｂｒｏｏｋｉｎｇｓ　Ｉｍｔｉｔｕｆｉｏｎ　Ｐｒｅｓｓ，２００５．　［７】ＤｉＭａｇｇｉｏ，Ｐ，Ｐｏｗｅｌｌ，Ｗ．Ｔｈｅ　ｉｒｏｎ　ｃａｇｅ　ｒｅｖｉｓｉｔｅｄ：ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ　４．结论　ＣＳＲ的实际执行将产生高成本，因此，公司“成为绿　色”并不容易。在缺少对负责任公司给予市场溢价作为实施ＣＳＲ　ｉｓｏｍｏｒｐｈｉｓｍ　ａｎｄ　ｃｏｎｅｃｆｉｖｅ　ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　ｉｎ　ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｌ　ｆｉｅｌｄ４３１．Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｓｏｃｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ，１９８３，４８：１４７．　［８］Ｍａｒｃｈ，Ｃｙｅｒｃ．Ａ　Ｂｅｈａｖｉｏｒａｌ　Ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆｔｈｅ　Ｆｉｒｍ［Ｍ］．１９６３：４３．