北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 动车组车辆智能运维检修 尝试与应用 北京交通大学 2 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 目 录 01动车组智能运维检修浅析 02动车组称重作业数据分析系统 03 乘务交路排班系统 04 动车组智能化制动系统试验平台 一 动车组智能运维检修浅析 4 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 1 1 智慧动车段总体框架 智慧动车段主要是以云计算 物联网 大数据 移动互联等新一代信息通信技术和智能设备在动车段各核心 领域的应用为主线 实现各类信息的快速可靠采集 各类设备和系统的互联互通 整合和共享各类动车段信息资 源 为运营公司提供高效 可靠 规范 智能的信息服务 进一步提升动车组运维安全保障能力和经营管理能 力 四个层次 u 物联感知层 全面感知 u 网络通信层 广泛互联 u 数据及服务共享层 高度共享 u 智慧应用层 具体业务应用 两个支撑 u 智能运维检修 u 智能资产经营 5 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 1 2 智能运维检修 PHM系统 计划修转状态修 u确认列车关键 部件的健康评 价与监测 u形成对车辆健 康趋势的分 析 健康监测 u关键部件实时 状态的感知和 故障的提前预 警 u关键部件的性 能预测 实现 对剩余寿命的 评估 预警预测 u应急预案的智 能比选和推 送 u主动干预 交 互式引导 u车组信息的交 互 u机械师个人信 息的交互 应急指挥 u评估现行修程 修制的合理 性 u部分修程修制 优化建议 u探索和实施部 分关键部件的 视情维修 修程修制的优 化 u建立覆盖设计制 造 维修运营等 环节的综合数据 库 u统一的车辆故障 管理规范及故障 字典库 u生产综合管理智 能监控系统 基础建设 轨道交通车辆智能运维检修系统以轨道交通车辆为切入点 以车辆关键部件为研究和应用 对象 实现车辆的 健康监测 预警预测 应急指挥 修程修制优化 等决策支持功能的智能 运维检修系统 6 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 1 3 系统架构 决策 支持 应用 数据 采集 数据 管理 基础数据管理记录数据管理 时间序列数据管理 构型词典管理 动车组主数据管理报警事件数据管理 数据总线管理 知识库管理 数据源 技术决策者管控人员操作人员 车辆检 修数据 各级检修数据 探伤数据 镟轮数据 轨道线路数据 外部环境数据 环境基 础数据 配件履历数据 车辆构型数据 部件设计参数 基础履 历数据 TEDS TADS数据WTDS数据 车辆状 态数据 LY SJ数据EOAS数据 接触网数据 自动数据采集处理人工录入处理数据导入处理 数据 挖掘 分析 统一门户 单点登录权限管理 健康监测预测与预警应急处置维修决策 车组健康指 数合成 车型健康度 评估 车型维修主 间隔优化 应急预案能力评价 维修层级分 析 部件健康指 数计算 运用修组包 优化 故障关联关系知识约简故障类型判别故障趋势 单维关联规则 因子分析K means法 粗糙集 深度学习KNN法 回归分析 PCA分析 模糊聚类 序列模式 多维关联规则 时间序列分析 运用平台 算法层 统一的数 据管理平 台 数据来源 数据处理层数据分析层数据采集层应用展示层 7 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 1 4 研究对象 对动车组零部件进行颗粒度 规整 采用层次分析法 AHP 明 确7个影响因素 采用k means聚类划分成关 键 重要 一般部件 动车组部件等级辨识 确认关键部件 u 走行部 轴箱轴承 齿轮箱及附件 车轮 旅客界面 客室空调 外门 u 主供电 受电弓总成 主变压器本体及其控制 主变压器冷却及控制 u 牵引传动 牵引变器流主体及其控制 牵引变流器冷却及其控制 牵引电机组成 u 制动系统 制动控制组件 BCU 防滑组成 部件等级辨识 恶化速度 前端开闭 机构 易受干扰 程度 对运输秩 序的影响 对服务品 质的影响 安全冗余 度 可检测度 对安全性 的影响 过渡车钩车轮 齿轮箱及 附件 受电弓总 成 主变压器主 体及控制 准则层 目标层 元素层 8 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 1 5 数据分析处理 结构化 构型管理数据库 u 将业务数据和知识库 台账等数据 进行统一的管理和有机的关联 u 以车辆应用过程中检修作业为出发 点搭建层级结构 层级体现检修及运 行监控对象及其关联信息和知识 u 以关键部件为核心 将关联数据聚 类 并通过统计分析将潜在影响数据 进行聚合 数据结构化 清洗 转化 融合 建立统一的动车组数据管理平台 9 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 1 5 数据分析处理 算法库 算法找数据 u 基于WEB服务的B S架构 u 基于Hadoop MapReduce架构 u 大容量TB PB级数据分析挖掘 u 数据挖掘 统计分析 10 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 1 6 建立关键部件PHM模型 转向架故障诊断与健康预测模型研究 序号 故障诊断 健康预测模型输入参数输出参数 1整车稳定性评估模型构架横向加速度横向失稳评价指标值 2 整车稳定性随里程 随维修方 式 随运营线路的演变规律预 测模型 构架横向加速度 构架横向加速度特征参 数值 3整车平稳性评估模型车体垂向 横向加速度整车平稳性指标值 4 整车平稳性随里程 随维修方 式 随运营线路的演变规律预 测模型 车体垂向 横向加速度 车体垂向 横向加速度 特征参数 5整车稳定型预测模型 车轮踏面外形 等效锥度 抗蛇形减振器参数值 二系 横向减振器参数 一系定位 刚度 轨道形面 整车失稳剩余寿命 导 致系统失稳的故障模式 6整车平稳性预测模型 车轮踏面外形 不圆度 偏 磨 一二系悬挂参数 轨道 形面 整车平稳性到限剩余寿 命 导致系统平稳性到 限的故障模式 7轨道线路长波不平顺诊断模型 构架和车体枕梁加速度 构架和车体枕梁加速度 小波能谱分配比率 u 关键部件理论分析 u 确定模型输入 输出参数 u 加装传感器获取参数 u 提取模型特征值 u 多维数据关联 数据挖掘 u 统计分析 u 历史数据比对 u 故障数据比对 u u建立模型 训练模型 11 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 1 7 车辆PHM模型 车辆全寿命周期管理 u 通过关键部件健康指数汇总整合形成 子系统 系统 车辆 车组指数 并计 算车型健康度 u 同时考虑应急处理 维修活动和分析 模型评估等过程的影响 u 通过分析同车型多个车组的健康指数 变化规律 形成健康指数相对走行公里 的概率分布 形成修程优化建议 大数据 挖掘分析 健康评估 性能监测 分析 部件健康指数 部件级健康指标 子系统 系统 车辆 车组 健康指数 健康指数 维修活动应急处理 汇总合成 部件 修制 优化 部件 修程 间隔 优化 车型 维修 主间隔 优化 车型健康 度 健康度计算 分析模型评 估 12 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 1 8 应急指挥应用 u构建预案 案例知识 库 u故障发生 u应急预案 u综合决断 u交互式现场故障处置 各环节监控反馈 二 动车组称重作业数据分析系统 14 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 提高作业准确度 提供作业效率 作业数据电子化 历史记录查询 系 统 目 标 因素 车型 调节算 法复杂 技术人员 能力要求 高 约束条 件多 数据 较多 人工 计算 现有作业流程分析 车型 不同的车型对应不同的约束条件 调节算法复杂 数据种类多且量大 轴簧 空簧高度和垫片类型 称重数据 算法约束条件多 10项 人工计算 对技术人员能力要求高 计算过程费时费力 人工记录 人工纸质记录 统计分析 人工干预 系统推优 人工干预 适应多 种车型 在线记录数据 图像识别 自 动生成电子数据单 过程数据保存 电子表格 2 1 背景 15 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 称重 设备 数据采集终端 铁科院称重工控机 数据打印 称重作业数据分析系统 扫描仪 OCR文件 图像识别 Pad端 称重策略推荐 实时数据录入 智能设备 轴簧 空簧测高 数据接收 称重数据 2 2 系统总体介绍 16 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 2 3 数据建模 n轴簧 空簧高度对轮重差影响 统计 聚合分类 拟合参数 1位 轴簧 3位 轴簧 5位 轴簧 7位 轴簧 2位 轴簧 4位 轴簧 6位 轴簧 8位 轴簧 1位 空簧 3位 空簧 2位 空簧 4位 空簧 轴簧影响空簧影响轮重差 17 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 2 3 数据建模 1位 轴簧 3位 轴簧 2位 轴簧 4位 轴簧 n轴簧垫片对轴簧高度影响 统计 聚合分类 拟合参数 轴簧高度轴簧垫片影响 18 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 2 3 数据建模 19 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 系 统 计 算 人 工 计 算 1 减少作业时间 系统推荐结果 30s内 人工计算 平均1h 按经验丰富的检修师计 算 一般的检修师不会计算 2 轴簧垫片调节位数方案更优 系统 调整少 准确率高 手算 调整多 准确率低 3 减少人员工作 自动生成记录单 自动检索历史作业数据 4 作业数字化 移动端 服务端 电子化数据单 便于存储 查阅 2 4 实现效果 三 乘务交路排班系统 21 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 3 1 背景 1 工作量大 机械师400人左右 乘务交路100多条 现有方式人工记忆 录入 费时费力 工作效率不高 2 约束条件复杂 车型 重联与否 机械师资质等级9级 值乘能力 交路性质 时效 交路公休规则 3 不确定因素较多 机械师每月定级与考核成绩 机械师临时病假 临时任务 交路调图 项目解决的问题 提高工作效率数据整合灵活处理业务变动 费时 费力 效率低的传统排 班方式 机械师劳时 绩 效 成长路线等 数据统计分析 调图 机械师 变动对排班表调整 的困难 项 目 实 现 的 主 要 功 能 交路可编排 排班自动化 考勤自动化 考评管理 劳时统计 自动生成排班表 月计划表 日计划表 人工干预 数据回填 筛选连续休息天数 连续工作天数 每月劳时过多的 机械师 进行合理排班 提供交路信息 机械师信息 工休规则的增 删 改等功能 随意调整交路信息和排班策略 将每个机械师的职位随时间的变化以曲线图形式展示员工成长曲线 排班预警 自动生成机械师日计划排班表 可查看到每天在乘和 休息的机械师 可设置考评项目 考评权重 将每个机械师每月 各 项考评成绩进行统计 自动统计机械师每月 每天的劳时 以表格和曲线图 形式展示 22 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 乘务排班系统 服务端 铁科院综合平台 获取交路信息 动车段内部系统 获取机械师 信息 生成排 班数据 管理员 排班系统管理端 人工干预数据回填 机械师 钉 钉 排班日计划推送 排班日计划 月计划 周计划 日计划 3 2 系统总体介绍 获取基础数据 获取所需机械师 获取排班乘务交路 保存成功 否 是 开始 排班实现 保存最终结果 结束提示异常 n制约因素 n值乘交路 n排班算法 n自动接续 23 北京交通大学动车组车辆智能运维检修尝试与应用 3 3 乘务排班编排 影响因子 因素 是否 重联 车型 工休 规则 机械师 能力 机械师 请假 交路 时效 机械师 资质 机械师 成绩 l乘务交路 是交路的基本组成单位 也是排班的基本单位 l交路 是乘务交路的集合 包含交路有效期 背景色等重要属性 交路是交路组的基本单位 l交路组 是交路的集合 包含多组交路信息 交路组需要与一组机 械师绑定 每个机械师都在交路组中循环排班 l交路集 是交路组的集合 每个交路集可以包含一个或多个车型 值乘交路制约因素 l重联 重联车型需要1个主控 1个非主控机械师 l交路时效 交路只有有效期内才能进行安排工作 l工休规则 决定当前交路组排班机械师工作几天 休息几天 l机械系资质 能力 当