Risk study of subway passenger compartment door switching system combining STPA and DEMATEL-ISM
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摘要: 精准的风险辨识和分析是保障地铁运营安全的基础，是提升运营安全的有效途径之一。以客室车门开关门系统为研究对象，构建一种结合系统理论过程分析(system theoretic process analysis， STPA)和决策实验室分析法与解释结构模型(DEMATEL-ISM)的风险分析模型，完成对风险因素的系统化辨识与重要性分析，并识别可能引发系统级危险的风险传递路径，据此给出风险预防建议。结果表明，电子门控器(electronic door control unit, EDCU)核心处理器故障、EDCU内部电源模块损伤为关键原因因素；丝杆、电机及螺母组件运行异常，司机操作不当等为关键结果因素，这些因素均涉及多条可能引发系统级危险的风险传递路径，应予以重点关注。
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关键词:
- 地铁客室车门开关系统 /
- 系统理论过程分析 /
- 决策实验室分析法 /
- 解释结构模型
Abstract: Accurate risk identification and analysis are the foundation for ensuring subway operation safety and an effective way to improve it. The passenger compartment door opening and closing system was taken as the research object, a risk analysis model combining system theoretic process analysis (STPA) and decision-making trial and evaluation laboratory and interpretive structural modeling (DEMATEL-ISM) was constructed to complete the systematic identification and importance analysis of risk factors, and to identify the risk transmission paths that may cause system-level hazards. Based on this analysis, risk prevention suggestions were proposed. The results indicate that electronic door control unit (EDCU) core processor failure and EDCU internal power module damage are key causal factors, while abnormal operation of the screw, motor, and nut components and improper operation by the driver are key result factors. These factors all involve multiple risk transmission paths that may lead to system-level hazards and should be given close attention. -
图 1 客室车门开关系统安全控制结构
Figure 1. Safety control structure of passenger compartment door switch system
表 1 客室车门开关系统不安全控制行为
Table 1. Unsafe control behavior of door switch system in passenger compartment
控制器 控制行为 控制行为没有提供 控制行为提供错误 控制行为提供时间错误 控制行为提供持续时间错误 ATC和司机 停站阶段，执行正常开关客室车门操作 $ {U}_{1.1} $：ATC或司机未正常执行客室车门的开关指令或指令未下达成功[$ {H}_{1}] $ $ {U}_{1.2} $：ATC或司机执行正常开关客室车门操作有误或控制指令传输有误[$ {H}_{1}] $ $ {U}_{1.3}\colon $ATC或司机未及时执行正常开关客室车门指令或控制指令传输延迟[$ {H}_{1}] $ 正常打开失败时，执行紧急打开客室车门操作 $ {U}_{2.1} $：司机未下达紧急开关客室车门的指令或指令下达未成功[$ {H}_{1}] $ $ {U}_{2.2}\colon $行驶阶段，乘客错误触发紧急开门装置，错误打开客室车门[$ {H}_{2}] $ $ {U}_{2.3}\colon $司机未及时执行紧急开关客室车门操作或控制指令传输延迟[$ {H}_{1} $] EDCU 停站阶段，执行正常开关客室车门指令，控制完成客室车门开关动作 $ {U}_{3.1}\colon $司机执行正常开关客室车门操作，EDCU未执行开关客室车门指令或指令未下达成功[$ {H}_{1}] $ $ {U}_{3.2}\colon $EDCU发送了错误的控制指令[$ {H}_{1}] $ $ {U}_{3.3}\colon $EDCU未及时传达开关客室车门指令或指令传输延迟[$ {H}_{1}] $ 
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表 2 系统级风险$ {\boldsymbol{H}}_{1} $相关风险因素
Table 2. Related risk factors of system level risk$ {\boldsymbol{H}}_{1} $
风险因素 具体描述 STPA通用致因类别 关联UCA $ {f}_{1} $ 司机操作不当，如未及时执行打开客室车门等操作 不适当的控制算法（决策） $ {U}_{1.1}{、U}_{1.2}{、U}_{1.3}、 $
$ {U}_{2.1}、{U}_{2.3} $$ {f}_{2} $ 司机态度松懈、注意力不集中或在突发紧急情况时未及时通知及安抚乘客 不适当过程（心智）模型 $ {U}_{1.1}、{U}_{1.2}、{U}_{1.3} $、
$ {U}_{2.1}、{U}_{2.2}、{U}_{2.3} $$ {f}_{3} $ 司机操作台的“车门状态”栏指示异常，司机无法确认开关实际状况 接收到不适当的反馈 $ {U}_{1.1}{、U}_{1.2}{、U}_{1.3} $、
$ {U}_{2.1}、{U}_{2.3} $$ {f}_{4} $ 正常控制开关门按钮电门动作异常，无法给EDCU提供开门信号或信号传输延迟 控制行为执行不当 $ {U}_{1.1}{、U}_{1.3} $ $ {f}_{5} $ 线路性能退化或失效影响信息传输 控制行为执行不当/接收到
不适当的反馈$ {U}_{1.1}、{U}_{1.2}{、U}_{1.3}、 $
$ {U}_{3.1}{、U}_{3.3} $$ {f}_{6} $ EDCU核心处理器故障，无法对接收的按钮信号及传感器信号进行逻辑运算或延迟 与控制器相关的故障 $ {U}_{3.1}{、U}_{3.3} $ $ {f}_{7} $ EDCU信息接收有误影响指令传达 不适当过程模型/控制
行为执行不当/接收到
不适当的反馈$ {U}_{1.1}{、U}_{1.2}{、U}_{1.3、} $
$ {U}_{3.1}{、U}_{3.2}{、U}_{3.3} $$ {f}_{8} $ EDCU输入信号端子排上的线缆故障引起门控器内部电源模块损伤 控制器存在物理故障 $ {U}_{3.1}{、U}_{3.3} $ $ {f}_{9} $ ATC信号设备故障 控制器存在物理故障 $ {U}_{1.1}、{U}_{1.2}、{U}_{1.3} $ $ {f}_{10} $ 安全继电器线圈锈蚀或绝缘损坏 控制行为执行不当 $ {U}_{1.1}{、U}_{1.3} $ $ {f}_{11} $ 电机运行异常 控制行为执行不当 $ {U}_{1.1}{、U}_{1.3} $ $ {f}_{12} $ 丝杆作动缓慢或未作动 控制行为执行不当 $ {U}_{1.1}、{U}_{1.3} $ $ {f}_{13} $ 螺母组件的锁滚轮在锁槽内卡滞，车门未解锁 控制行为执行不当 $ {U}_{1.1}{、U}_{1.3} $ $ {f}_{14} $ 门页损坏 控制行为执行不当 $ {U}_{1.1}、{U}_{1.3} $ $ {f}_{15} $ 门页与传动机构脱离 控制行为执行不当 $ {U}_{1.1}、{U}_{1.3} $ $ {f}_{16} $ 车门钢丝绳毛刺，车门滑动卡滞 控制行为执行不当 $ {U}_{1.1}{、U}_{1.3} $ $ {f}_{17} $ 紧急解锁手柄卡滞，绳索无法移动或移动缓慢 控制行为执行不当 $ {U}_{2.1}{、U}_{2.3} $
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表 3 风险因素属性值
Table 3. Risk factor attribute values
风险因素 影响度 被影响度 中心度 原因度 中心度排序 $ {f}_{1} $ 0.095 2.431 2.526 −2.336 1 $ {f}_{2} $ 0.313 0.667 0.980 −0.354 12 $ {f}_{3} $ 0.328 1.833 2.162 −1.505 4 $ {f}_{4} $ 0.687 0.000 0.687 0.687 13 $ {f}_{5} $ 1.627 0.000 1.627 1.627 8 $ {f}_{6} $ 1.317 0.357 1.674 0.960 7 $ {f}_{7} $ 0.955 1.388 2.343 −0.432 3 $ {f}_{8} $ 1.694 0.000 1.694 1.694 6 $ {f}_{9} $ 1.354 0.000 1.354 1.354 9 $ {f}_{10} $ 0.078 0.000 0.078 0.078 17 $ {f}_{11} $ 0.671 1.063 1.734 −0.391 5 $ {f}_{12} $ 0.094 2.250 2.344 −2.156 2 $ {f}_{13} $ 0.324 0.188 0.512 0.135 14 $ {f}_{14} $ 0.855 0.483 1.338 0.372 10 $ {f}_{15} $ 0.156 0.318 0.474 −0.162 15 $ {f}_{16} $ 0.688 0.318 1.006 0.371 11 $ {f}_{17} $ 0.250 0.191 0.441 0.059 16
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[1] 宗志祥. 基于指数分布和RAMS的地铁列车车门可靠性研究[J] . 上海工程技术大学学报, 2021, 35(3): 248 − 252. [2] 刘萍, 程晓卿, 秦勇, 等. 基于模糊故障树的塞拉门系统可靠性分析[J] . 中南大学学报(自然科学版), 2013, 44(增刊1): 310 − 314. [3] 任宇超, 徐永能, 乔侨. 基于贝叶斯网络的地铁车门系统故障诊断分析[J] . 兵器装备工程学报, 2019, 40(12): 184 − 188. [4] 朱江洪, 李延来. 基于区间二元语义与故障模式及影响分析的地铁车门故障风险评估[J] . 计算机集成制造系统, 2019, 25(7): 1630 − 1638. doi: 10.13196/j.cims.2019.07.003 [5] 朱江洪, 王睿, 李延来. 基于Fine-Kinney与TODIM的地铁列车车门系统风险评估[J] . 中国安全科学学报, 2019, 29(10): 167 − 173. [6] 林晓华, 贾文华. 结合OWA算子和模糊DEMATEL的风险评估方法[J] . 计算机科学, 2016, 43(增刊2): 362 − 367. [7] Ebrahimi H, Zarei E, Ansari M, et al. A system theory based accident analysis model: STAMP-fuzzy DEMATEL[J] . Safety Science, 2024, 173: 106445. doi: 10.1016/j.ssci.2024.106445 [8] 何静, 许佳璐, 石杰红, 等. 基于改进DEMATEL–ISM法的地铁司机人因失误致因链分析[J] . 中国安全生产科学技术, 2024, 20(10): 204 − 212. [9] 贾宝惠, 韩文瑞, 肖海建, 等. 结合STPA和DEMATEL–ISM的民机起落架收放系统风险研究[J] . 安全与环境学报, 2024, 24(8): 2885 − 2894. doi: 10.13637/j.issn.1009-6094.2023.2588 [10] 刘嘉琛, 董磊, 陈曦, 等. 基于改进STPA-DEMATEL的智能航电系统致因要素分析[J] . 系统工程与电子技术, 2024, 46(6): 2023 − 2033. [11] 钟德明, 宫浩原, 孙睿. 一种准确识别损失场景的STPA[J] . 北京航空航天大学学报, 2023, 49(2): 311 − 323. [12] 蒋艾伶, 凌彬, 刘渭涛. 地铁车客室车门运营常见故障及解决方案[J] . 机电工程技术, 2021, 50(9): 242 − 244. -
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