基于RCM分析的智能运维监测项点诊断模型研究与应用.pdf

内燃机与配件w w w n r j p j c n基于R C M分析的智能运维监测项点诊断模型研究与应用李军灵,麻扶波,李敏,王大平(株洲电力机车有限公司维保分公司,株洲 ;中车株洲电力机车有限公司,株洲 )摘要:针对当前轨道交通智能运维系统监测项点利用率低的问题,开展智能运维监测项点确定方法的研究与应用.借助R C M分析方法在检修技术规程开发的优势,基于开发的R C M检修技术规程,构建智能运维监测项的决断逻辑,给出基于维修需求的智能运维项点,以制动管路压力为例,基于R C M检修规程确定智能运维项点,并给出故障诊断的监控技术及监控参数,实现供风制动的精准预测修,有效降低车辆的运维成本,提升车辆的运用效率.关键词:R CM;可靠性;智能运维监测项;降低成本中图分类号:文献标识码:A文章编号:X()R e s e a r c ha n dA p p l i c a t i o no f I n t e l l i g e n tO p e r a t i o nM o n i t o r i n gI t e mP o i n tD i a g n o s i sM o d e lB a s e dO nR CM A n a l y s i sL i J u n l i n g,M aF u b o,L iM i n,W a n gD a p i n g(M a i n t e n a n c eS u p p o r t e dB r a n c hO f f i c e,C R R CZ h u z h o uL o c o m o t i v eC o,L t d,Z h u z h o u ,C h i n a;C R R CZ h u z h o uL o c o m o t i v eC o,L t d,Z h u z h o u ,C h i n a)A b s t r a c t:T oa d d r e s s t h e i s s u e o f l o wu t i l i z a t i o no fm o n i t o r i n gp o i n t s i n t h e c u r r e n t i n t e l l i g e n t o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e s y s t e mo f r a i l t r a n s i t,r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fm e t h o d sf o rd e t e r m i n i n gi n t e l l i g e n to p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c em o n i t o r i n gp o i n t sw i l l b e c a r r i e do u t U t i l i z i n g t h e a d v a n t a g e s o fR C Ma n a l y s i sm e t h o d i n t h e d e v e l o p m e n t o fm a i n t e n a n c et e c h n i c a l r e g u l a t i o n s,b a s e do n t h e d e v e l o p e dR C Mm a i n t e n a n c e t e c h n i c a l r e g u l a t i o n s,a d e c i s i o n l o g i c f o r i n t e l l i g e n t o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c em o n i t o r i n gi t e m s i sc o n s t r u c t e d,a n di n t e l l i g e n to p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e i t e mp o i n t sb a s e do nm a i n t e n a n c e r e q u i r e m e n t s a r e g i v e n,t a k i n gb r a k e p i p e l i n e p r e s s u r e a s a n e x a m p l e B a s e do n t h eR C Mm a i n t e n a n c e r e g u l a t i o n s,i n t e l l i g e n t o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e i t e m s a r ed e t e r m i n e d,a n dm o n i t o r i n g t e c h n i q u e s a n dp a r a m e t e r s f o r f a u l t d i a g n o s i s a r e p r o v i d e d t o a c h i e v e a c c u r a t e p r e d i c t i v em a i n t e n a n c e o f a i r s u p p l yb r a k i n g,e f f e c t i v e l y r e d u c i n gv e h i c l e o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e c o s t s,a n d i m p r o v i n gv e h i c l eu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c y K e yw o r d s:R CM;R e l i a b i l i t y;I n t e l l i g e n tO p e r a t i o na n dM a i n t e n a n c eM o n i t o r i n gI t e m s;C o s tR e d u c t i o n作者简介:李军灵(),女,河北邢台人,硕士研究生,高级工程师,研究方向:城轨车辆维保与检修.概述中国已建成世界上最为庞大和复杂的轨道交通网络,轨道交通装备速度不断提升、运量不断加大,由此带来了安全保障要求高、企业运营成本高、运营维保难等多重挑战.随着现代信息技术(如 G)和监测检测技术的不断进步,车辆运行及检修数据的实时采集、传输、分析具备了实现的条件,从而推动了车辆数字化水平提升,车辆智能运维系统应运而生.在轨道车辆的系统日趋复杂,标准化、模块化、智能化程度不断提高,研制和维修保障的成本也不断攀升,由于组成环节和影响因素的增加,发生故障和功能失效的概率逐渐加大.随着测试技术、信息技术和决策理论的快速发展,可利用设备监测数据进行智能维修决策.基于设备当前运行信息,构建设备故障预测模型,实现对设备未来健康状况的预估,并获得设备在某段时间的故障率、可靠度函数,结合决策目标(维修成本、服务可靠性等)和决策变量(维修间隔和维修等级等)之间的关系建立维修决策模型.车辆智能运维监测项点过多,会导致车辆系统更加复杂,研制和维修保障的成本也不断攀升.因此,基于车辆可靠性保障,从车辆运用和维护需求出发,基于R CM分析方法,对智能运维监测项点进行建模分析,对降低智能运维的建设成本,提高智能运维系统在运维阶段的利用率有重要意义.智能运维监测项点评估 R CM检修规程开发R CM技术是目前国际上通用的,用以确定维修需求、优化维修制度的一种系统工程方法.从系统、结构、区域、电磁防护角度对车辆进行R CM分析,针对每个故障原因,采用规范化的逻辑决断方法,确定各类故障原因的预防性策略;通过现场故障统计、专家评估和定量化建模等手段,在保证安全性和服务可靠性的前提下,以维修停机损失最小为目标,优化系统的维修策略.从功能、功能故障、故障影响、故障原因出发,针对每个故障原因进行任务决断,按照检修任务的适用性(技术可行)与有效性(值得去做),选择适用且有效的检修任务,汇总系统、结构、区域、电磁防护R CM分析结果,形成轨道车辆的R CM检修规程,为后续智能运维检修候选项评估奠定基础.通过智能运维系统实现设备的状态修,充分利用部件 年第 期的剩余价值,辅助维修决策,提高车辆上线率,降低运用维修成本.从以往的运维数据中自动识别故障特征,能够更准确快速的识别、诊断、处理故障,减少故障诊断与故障定位时间,提升车辆的维修保障效率,降低车辆的维修成本,提高车辆的使用效率,真正实现基于状态的维修保障.检修任务技术评估基于R CM检修规程,筛选故障影响大的维修任务,开展智能运维检修项点的技术评估,参照R CM任务中定义的性能指标或故障模式,选择适用的监控探测技术,识别部件的故障征兆,即:感知部件功能退化或功能故障,从技术角度给出故障诊断或预测的评估结果,检修项点技术评估逻辑如图所示.图检修项点技术评估逻辑在技术评估过程中,通常以可探测性、及时性、有效性作为关键决策点,明确智能运维系统的可行性,即:机器检查是否能实现人工检查要求;以任务目的完整性为辅助决策点,给出智能运维系统的技术评估结果,如:人机混合任务、独立机器检查任务.智能运维系统性能评估基于智能运维检修项点技术评估结果,开展P HM系统建设的性能评估,确定智能运维系统的建设方案,并从成本效益角度估测P HM系统的应用价值,可以采用定量计算评估P HM系统的使用效益.智能运维系统是提高车辆利用率和降低维修成本的重要手段,其使用效益主要体现在以下方面:合理安排维修计划,减少非计划维修次数,缩短停机维修时间,提高车辆利用率;合理规划维保资源,减少备件储备,优化保障设备与维修人员,降低维修保障费用;通过监测项点的状态感知,可降低任务过程中的故障风险,提高任务成功率,减少到站晚点、清客救援等处罚.应用案例 供风制动系统概述供风制动是车辆制动系统的重要组成,其利用压缩空气驱动闸瓦运动,并与制动盘接触而产生摩擦,起到降低车辆运行速度的作用,具有相对独立的制动能力,即使电制动出现故障的意外情况下,也应能发挥作用使列车安全停车;采用微机控制,具有常用制动、紧急制动功能,应能根据载重变化自动调整制动力大小.以市域地铁为例,供风制动系统包括:风源设备、制动控制设备、制动执行设备等,为便于系统R CM检修技术规程的开发,考虑供风制动的使用场景与制动功能实现路径,合理规划系统R CM分析对象,如:主供风、制动控制、空气制动、基础制动,以及功能相对独立的停放制动.供风制动工作原理框图如图所示.图供风制动工作原理框图另外,需明确供风制动相关的气密性指标,如:空压机停止工作 m i n后,气路压力下降不应超过 b a r,制动缸及辅助风缸压力经 m i n后,降低值不应超过 b a r.空气制动R CM分析基于图中的R CM分析方法,以R CM分析对象:空气制动为例,开发系统R CM检修规程,汇总系统R CM任务如表所示.表空气制动R CM任务汇总故障影响类别任务号任务类型任务描述行车秩序 功能检查功能检查空气制动管路压力行车秩序 特殊详细检查特殊详细检查制动风缸(裂纹、掉漆)使用经济 功能检查功能检查紧急制动压力使用经济 功能检查功能检查常用(快速)制动压力使用经济 操作检查操作检查止回阀使用经济 保养保养任务(风缸排水)内燃机与配件w w w n r j p j c n具体的R CM分析过程不再赘言,此处仅给出 功能检查任务的定义表单,具体如表所示.表功能检查空气制动管路压力保持任务定义任务编号任务描述 功能检查空气制动管路压力故障原因制动风缸排水堵泄漏电触点截断塞门泄漏转向架隔离塞门泄漏止回阀泄漏活塞阀、电磁阀、减压阀等泄漏管路元件泄漏任务概述给车轮垫上三角木,避免车辆意外移动.起动车辆,等待直至主风管压力完全建立.启动空压机,待管路压力达到 b a r后,空压机停止工作.关闭阀门截断塞门B Z 、B Z 以及B Z .在管路单元测试接口处安装精密压力表.保压一定时间,分钟之内压降小于 b a r.系统故障诊断模型基于系统R CM检修任务定义,结合P HM系统建设的相关标准,根据现有故障诊断模型与监控技术的成熟度,结合其相关的性能要求,识别最佳的监控参数,具体诊断模型/监控技术如表所示.表基于知识的故障诊断模型与监控技术监控技术/诊断模型基于规则因果故障第一原则振动技术成熟广泛应用研究中初步应用有希望潜力巨大热成像技术成熟广泛应用N/AN/A滑油分析技术成熟广泛应用有希望潜力巨大N/A过程参数技术成熟广泛应用N/A研究中初步应用性能技术成熟广泛应用N/A研究中初步应用声发射技术成熟广泛应用N/AN/A声监控技术成熟广泛应用N/AN/A电监控技术成熟广泛应用N/AN/A基于R CM检修任务的目的,结合上表中的诊断模型与监控技术,选择基于规则的性能监控方法,即:以空气压力、时间作为状态监控参数,考虑供风制动的气密性要求,合理设置警戒阈值,如:分钟之内压降小于 b a r,可实现故障的提前预警.图制动管路气密性变化曲线基于图的制动管路气密性能变化曲线,结合表中的系统R CM分析结果,开展P HM系统监测项点评估工作,依据图中流程开展智能运维系统的监测项点评估,评估结果如表所示.表空气制动R CM任务的P HM监测项点评估任务描述是否能探测润滑/保养需求?是否能探测功能退化?是否能探测隐蔽故障?是否能提供充分的前置时间?P HM探测是否有效?是否能覆盖R CM任务检查目的?结论功能检查空气制动管路压力否是否是是是P HM监测项点特殊详细检查制动风缸否否否非P HM监测项点功能检查紧急制动压力否是否是是是P HM监测项点功能检查常用制动压力否是否是是是P HM监测项点操作检查止回阀否否否非P HM监测项点保养任务(风缸排水)否否否非P HM监测项点基于系统R CM检修规程,结合PHM系统监测项点评估结果,以 故 障 影 响 严 重 的 优 先 建 设 为 原 则,综合分析功能失效的故障影响,优 先 对 功 能 检 查 空 气 制动管路压力任务 进 行PHM系 统 建 设 评 估;后 续 仅 需调整检测压 力 阈 值,优 化 控 制 逻 辑,即 可 同 步 实 现 功能检查紧急制动压力、功能检 查 常 用 制 动 压 力 的 故 障预警.结论综上所述,从R CM检修任务出发,利用智能运维项点决策逻辑,同时借鉴故障诊断的相关经验,搭建智能运维监测项点的诊断模型,用于决策智能运维项点的确定,该研究成果可应用于智能运维系统建设,可提高车辆的上线率,降低运维成本,支撑检修技术规程的优化,实现状态修,具有良好的经济效益和社会效益.参考文献:张唯车辆智能运维建设需求与框架设计研究J现代城市轨道交通,():杨帆,李莉城市轨道交通设备维修策略制定及优化分析J铁道通信信号,():詹炜,徐永能,王依兰城市轨道交通车辆智能运维系统应用研究J城市公共交通,():刘述芳城市轨道交通关键设备智能运维系统初步建构J设备管理与维修,(Z):柳琳琳,吴伟忠,韩非,胡果城市轨道交通列车基础制动装置温度测试方案J城市轨道交通研究,():赖治平,高宁,鲁怀科城市轨道交通列车运行控制系统智能运维系统研究J城市轨道交通研究,():