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研究生: 薛偉伯
Hsueh, Wei-Po
論文名稱: 捷運車門系統安全評估與安全完整性等級配置研究
Safety Assessment and Safety Integrity Level Allocation for Rapid Transit Door System
指導教授: 鄭泗滄
Jenq, Syh-Tsang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程管理碩士在職專班
Engineering Management Graduate Program
論文出版年: 2026
畢業學年度: 114
語文別: 中文
論文頁數: 96
中文關鍵詞: 捷運車門系統安全完整性等級(SIL)功能安全失效模式影響與嚴重性分析(FMECA)GO 分析法最低合理可行原則(ALARP)
外文關鍵詞: rapid transit vehicle door system, Safety Integrity Level, FMEA/FMECA, GO methodology, ALARP
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  • 本研究以捷運車門系統為對象,探討其安全性評估流程與安全完整性等級(Safety Integrity Level, SIL)之合理配置方法。車門系統為列車與乘客之間最直接的介面,其失效可能導致夾傷、跌落、列車延誤等安全與營運風險,因此國際標準普遍將其列為需達到 SIL 2 的安全相關系統。本研究旨在建立一套具系統性、可追溯且可量化之分析流程,以支持車門系統安全功能之識別、SIL 分配與驗證。
    本研究採用失效模式、影響與嚴重性分析(Failure Mode, Effects and Criticality Analysis, FMECA)與 GO 分析法(GO Methodology)作為核心方法。首先透過 FMECA 進行自下而上的失效辨識,建立車門系統之失效模式、效應、嚴重性與關鍵度評估,並據以產出可靠度關鍵項目清冊(RCIL),作為安全功能判定與風險評估之基礎。其次,利用 GO 分析法建構車門系統之可靠度模型,將 FMECA 所獲得之元件失效率與系統架構整合,進行定量運算,以驗證系統在任務剖面下是否能滿足 SIL 2 所要求之危險失效平均概率(PFDavg)。
    研究結果顯示,FMECA 能有效識別車門系統之關鍵失效模式,並協助界定需受 SIL 保護之安全功能;GO 分析法則能量化不同架構配置下之系統成功率,驗證冗餘設計與安全機制之必要性。兩者結合可形成一套完整的 SIL 分配與驗證流程,並可作為設計階段導入安全措施與後續測試驗證之依據。
    本研究建立之分析流程可提升車門系統安全評估之透明度與一致性,並可作為國內軌道系統推動本土化安全標準與測試設備規劃之參考。另就風險接受觀點而言,本研究亦納入ALARP(最低合理可行原則)作為安全決策之補充依據,說明在滿足SIL 2要求之前提下,系統風險應持續降低至合理可行之最低水準。未來亦可延伸應用於月台門、煞車系統等其他安全相關子系統之 SIL 評估。

    This thesis examines the safety assessment and Safety Integrity Level (SIL) allocation of a rapid transit vehicle door system. Because the door system directly interfaces with passengers, failures such as unintended opening, loss of locking confirmation, traction interlock malfunction, or ineffective obstacle detection may cause serious safety and operational consequences. This study integrates Failure Mode and Effects Analysis / Failure Mode, Effects and Criticality Analysis (FMEA/FMECA), the GO methodology, and the As Low As Reasonably Practicable (ALARP) principle to establish a traceable safety verification framework. FMEA/FMECA identifies critical failure modes and supports the Reliability Critical Item List (RCIL), while GO modeling verifies whether the selected architecture satisfies the SIL 2 quantitative target. The baseline hazardous failure frequency is approximately 8.8 × 10⁻⁷ / h, within the SIL 2 interval of 10⁻⁷ to 10⁻⁶ / h. A 12-month proof-test interval gives a PFDavg of 3.85 × 10⁻³, also within SIL 2 limits. Importance analysis shows that the locking unit and position sensors contribute about 73.1% of dangerous undetected failures. The ALARP assessment indicates that upgrading beyond SIL 2 would require substantial redundancy, increase life-cycle cost by more than 40%, and provide only marginal additional risk reduction under existing compensatory protections.

    摘要 i Extended Abstract ii 誌謝 vi 表目錄 x 圖目錄 xi 符號及縮寫說明 xii 第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究動機與目的 4 1-3 研究流程 7 第二章 文獻回顧 8 2-1 鐵路系統功能安全之演進與當代法規環境 8 2-1-1 EN 50126:鐵路應用中RAMS之規格與證明 9 2-1-2 RAMS核心定義與生命週期管理 10 2-2 安全完整性等級(SIL)的量化目標 11 2-3 SIL等級的質性要求 15 2-3-1 EN 50128/EN 50716:軟體安全性之技術約束與實踐 16 2-3-2 附錄A技術表要求 16 2-4 失效模式、影響與嚴重性分析(FMEA/FMECA) 18 2-5 GO分析法(GO Methodology) 18 2-6 車門系統安全性要求 19 2-7 風險接受準則:ALARP、GAMAB與MEM之深度辨析 22 2-8 整合FMEA、GO分析與ALARP進行車門系統SIL判定之工程邏輯 25 第三章 研究方法 27 3-1 失效模式、影響與嚴重性分析(FMEA/FMECA) 27 3-1-1 系統邊界與線上可更換單元 (LRU) 界定 27 3-1-2 FMECA實施流程與核心步驟 29 3-1-3 捷運車門系統FMECA應用與安全功能判定 30 3-1-4 可靠度關鍵項目清冊 (RCIL) 與 SIL 驗證之連結 33 3-1-5 車門系統可靠度與失效率數據之取得與推算機制 35 3-2 GO分析法(GO Methodology) 37 3-2-1 危險失效率分解與輸入參數可追溯性 37 3-2-2 GO分析法標準操作符與信號流 38 3-2-3 GO圖建模規則與節點運算 41 3-2-4 GO分析法之適用性 43 3-2-5 GO系統建模規則與量化運算機制 43 3-2-6 車門系統GO圖建模與量化計算流程 44 3-2-7 PFH 與 PFDavg 計算步驟 45 3-3 ALARP最低合理可行原則與提升SIL之決策分析 47 3-3-1 ALARP原則定義與應用 47 3-3-2 風險圖分析法與SIL分配校準 47 3-3-3 提升車門系統SIL等級之技術與成本分析 50 3-4 本研究使用之計算式彙整與編號 51 3-4-1 可靠度與失效率基本計算式 51 3-4-2 危險失效率分解計算式 52 3-4-3 系統可靠度合成計算式 53 3-4-4 安全完整性指標計算式 54 3-4-5 輔助分析計算式 54 第四章 鐵道系統SIL分配的過程及應用 57 4-1 車門系統安全功能識別與賦予SIL之必要性 57 4-2 危害識別與風險圖參數的校準 58 4-3 車門系統安全功能SIL分配應用 59 4-4 SIL驗證流程與工程必要性 59 4-5 某捷運公司車門系統之可靠度統計數據與RCIL建置 60 4-5-1 危險失效比例與診斷覆蓋率之工程依據 63 4-5-2 某捷運公司可靠度關鍵項目清冊(RCIL)之建置 64 4-6 GO量化驗證與SIL 2達標判定 65 4-6-1 GO模型與PFH驗證結果 67 4-6-2 危險失效率分解與輸入參數可追溯性 70 4-6-3 PFH與PFDavg雙指標檢核 70 4-6-4 重要度排序與敏感度分析 71 4-6-5 不確定性分析與交叉驗證說明 72 4-6-6 驗證結果彙整 72 4-7 基於ALARP原則之SIL等級提升判斷 74 第五章 研究結果 75 5-1 車門系統符合SIL 2之研究發現 75 5-2 FMEA/FMECA與GO分析整合之驗證結果 75 5-3 ALARP評估之研究結果與實務啟示 76 5-4 研究限制與後續應用建議 77 參考文獻 78

    [1] CENELEC. (2017). EN 50126: Railway applications—The specification and demonstration of reliability, availability, maintainability and safety (RAMS).
    [2] CENELEC. (2011). EN 50128: Railway applications—Communication, signalling and processing systems—Software for railway control and protection systems.
    [3] CENELEC. (2018). EN 50129: Railway applications—Communication, signalling and processing systems—Safety related electronic systems for signalling.
    [4] IEC. (2010). IEC 61508: Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems.
    [5] IEC. (2018). IEC 60812: Failure modes and effects analysis (FMEA and FMECA).
    [6] Taipei Rapid Transit Corporation. (2015). Door system technical specification.
    [7] UK Health and Safety Executive. (2001). Reducing risks, protecting people: HSE’s decision-making process.
    [8] U.S. Department of Defense. (1980). MIL-STD-1629A: Procedures for performing a failure mode, effects and criticality analysis.
    [9] 李應雄(2006)。軌道運輸系統保證作業探討。中華技術,72,102–113。
    [10] 交通部運輸研究所(2018)。《風險式與自主式鐵路安全管理制度之實務調查與分析》。交通部運輸研究所。
    [11] 蔡國強、周莉茗、李熙、賈利民(2011)。基於GO法的城市軌道交通車門系統可靠性分析。西南交通大學學報,46(2),265–270。
    [12] 代寶乾、汪彤、蔣玉琨(2008)。地鐵運營系統安全綜合評價指標體系研究。地下空間與工程學報,4(1),1–5。
    [13] 林德全、施元斌(2018)。FMEA與HazOp結合應用於車輛剎車系統。南亞學報,39,155–183。
    [14] 維基百科編者(年代不詳)。某捷運公司高運量電聯車。維基百科。
    [15] 林福明、陳星壁、簡士翔、林宇洲、邱建齊、許人權、劉俊佑等(2023)。鐵道車輛車門研發。工研院機械所軌道系統組。
    [16] 新加坡商新加坡科技電子有限公司、韓商現代樂鐵股份有限公司(2022)。《高雄都會區大眾捷運系統岡山路竹延伸線RKM01標機電系統統包工程:失效模式、影響與嚴重性分析報告(A版)》。
    [17] 新加坡商新加坡科技電子有限公司、韓商現代樂鐵股份有限公司(2023)。《高雄都會區大眾捷運系統岡山路竹延伸線RKM01標機電系統統包工程:PSD子系統設計安全研究(A版)》。
    [18] 交通部運輸研究所(2025)。《台鐵行車事故與風險分析》。交通部運輸研究所。
    [19] 交通部運輸研究所(2017)。《鐵路危害防制實務作業之研析與精進策略》。交通部運輸研究所。
    [20] 李美蕃(1993)。簡介捷運工程的系統保證作業(續)—安全性及人性因素之考量。捷運技術,29–35。
    [21] 孟慶元(2024)。SIL分析技術在軌道交通車輛產品中的應用研究。軌道交通裝備與技術,61(4),22–26。
    [22] 交通部運輸研究所(2020)。《推動鐵道行車安全保證機制之研析》。交通部運輸研究所。
    [23] Williams, R. L., & Gately, M. T. (1978). GO methodology—overview: Final report. Kaman Sciences Corporation.
    [24] Billinton, R., & Allan, R. N. (1992). Reliability evaluation of engineering systems: Concepts and techniques (2nd ed.). Plenum Press.
    [25] Cheng, X., Xing, Z., Qin, Y., & Xia, J. (2013). Reliability analysis of metro door system based on FMECA. Journal of Intelligent Learning Systems and Applications, 5(4), 216–220.
    [26] Cai, G., Jia, L., Zhou, M., Sun, J., Zhang, K., & Feng, S. (2015). System architecture of a train sensor network for ubiquitous safety monitoring. Proceedings of the International Conference on Software Engineering and Knowledge Engineering (SEKE), 736.
    [27] Guo, X., Zhao, N., Jing, C., Li, J., & Bai, M. (2016). Reliability analysis on CEDI water treatment system based on GO methodology. Proceedings of the International Conference on Intelligent Manufacturing and Materials (ICIMM). Atlantis Press.
    [28] Park, T. K., Park, K. W., & Uematsu, K. (2012). The assessment to achieve safety of the train door system in IEC 61508: The case of Busan-Gimhae Light Rapid Transit. Journal of System and Management Sciences, 2(3), 255–266.
    [29] Shen, Z., Wang, Y., & Huang, X. (2003). A quantification algorithm for a repairable system in the GO methodology. Reliability Engineering & System Safety, 80(3), 293–298.
    [30] Szmel, D. (2019). Method for selecting the safety integrity level for the control-command and signaling functions. Sustainability, 11(24), 7062.
    [31] Tian, H., Wen, J., Zheng, B. S., Xiao, J. H., & Zhou, F. (2024). Reliability analysis of the vehicle door system EDCU based on Weibull distribution. Eksploatacja i Niezawodność—Maintenance and Reliability.
    [32] Vu, N.-T., Phan, L.-D., Nguyen, V.-D., & Vu, Q.-B. (2021). Research of determining low-reliability elements of multiple-flows compressed air braking system based on Goal-Oriented (GO) methodology. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 18(2), 8814–8824.

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