【動車組運用檢修PHM總體方案設(shè)計5200字（論文）】

動車組運用檢修PHM總體方案設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u27931動車組運用檢修PHM總體方案設(shè)計 1174011.1.1.動車組運用檢修的影響分析 140171.1.2.動車組PHM運用檢修流程設(shè)計 2276531.1.3.動車組PHM檢修數(shù)據(jù)流程設(shè)計 3182451.2.動車組轉(zhuǎn)向架檢修PHM方案應(yīng)用 6動車組運用檢修的影響分析對于動車組來講，不同的檢修工作標(biāo)準是根據(jù)檢修工作開展的范圍和檢修內(nèi)容進行界定的。對于一級檢修工作來講，其檢修工作的范圍主要包括了針對列車的車頂、車下以及車內(nèi)與駕駛室?guī)讉€主要區(qū)域的檢修，檢修工作的要求在于，要保證針對這幾個區(qū)域的檢修工作都細致準確的按照相應(yīng)的檢修流程開展檢修工作，并且確保相應(yīng)的檢修工作質(zhì)量，從動車組運用的角度來講，當(dāng)動車組連續(xù)運用時間達到了48小時或者已經(jīng)達到一級修理的里程上限時，需要按照規(guī)定執(zhí)行一級修理流程。在總體的檢修用時方面，不得超過4小時，在檢修期間，備用的動車組的運行累計時間不得超過48小時，對于檢修完畢的動車組，也需要在經(jīng)過了一級檢修的前提下才能投入應(yīng)用。關(guān)于實施一級檢修的條件，需要結(jié)合具體的動車組類型以及動車里程上限確定是否開展一級檢修。從檢修工作對于運用的影響的角度分析，可知可能對動車組運用產(chǎn)生影響的檢修級別包括了運用檢修和高級檢修兩種類型。下文主要從運用檢修入手，探討檢修工作對于動車組運用的影響。動車運用的調(diào)度和協(xié)調(diào)，由動車運用所來完成。因此，運用所自身的分布狀態(tài)會對動車組的交路銜接狀態(tài)形成約束作用。關(guān)于運用檢修的約束效果，主要是對于動車組的單位時間內(nèi)行程距離產(chǎn)生影響。當(dāng)影響發(fā)生時，同步對動車組的列車交路公里數(shù)提出了約束條件，這種情況下，動車組的一級檢修時間會從常規(guī)的48小時調(diào)整到運用48小時，這種調(diào)整和優(yōu)化，尤其對于動車組運行與檢修工作會產(chǎn)生非常積極的促進作用。在這里要強調(diào)的是，當(dāng)動車組運用所出現(xiàn)夜間檢修能力不足的情況時，應(yīng)當(dāng)及時調(diào)整檢修計劃，將檢修的核心工作時間調(diào)整至日間。但這也會隨之帶來對日間檢修工作的影響，比較典型的表現(xiàn)是，壓縮了日間動車組的運用可行時間，使得動車組的總體運用效率有所下降。因此可通過設(shè)計運用PHM技術(shù)的檢修流程來改善其檢修的整體能力，其包括檢修時間的縮減和檢修效果的增強即修復(fù)率的增加。圖5-1表達了動車組PHM系統(tǒng)的整個生命周期變化，其中對應(yīng)了系統(tǒng)中故障預(yù)測和健康管理中的一部分關(guān)鍵時刻。系統(tǒng)從t0開始進入健康診斷過程，在t0到tE過程中始終在健康范圍之內(nèi)，此階段并沒有進入PHM處理階段，未對壽命進行預(yù)測。在tE到tD階段，PHM系統(tǒng)整體激活，開始進行剩余壽命預(yù)測。但開始時由于數(shù)據(jù)的缺少，預(yù)測結(jié)果不準確，隨著數(shù)據(jù)的累積，結(jié)果逐漸趨于準確值。一直到tp時刻得到了能夠較準確的剩余壽命預(yù)測的區(qū)間范圍，此時與實際最后結(jié)果基本一樣，開始進行下一步的操作。從tp到tF區(qū)間段，檢測部件逐漸從預(yù)測結(jié)果向?qū)嶋H結(jié)果逐漸變化，最終到達實際失效時刻。直到此時，PHM系統(tǒng)完成了重要的故障診斷和壽命預(yù)測的整體工作。圖5-1動車組PHM系統(tǒng)生命周期示意圖其中，預(yù)測距離為壽命預(yù)測精度達到誤差范圍的時刻至系統(tǒng)失效的總時長[15]；t0為制動系統(tǒng)首次開機或運行開始時間；tE為部件或子系統(tǒng)表現(xiàn)失常的時刻；tD為設(shè)計的PHM系統(tǒng)檢測到故障發(fā)生的時刻；tp為PHM系統(tǒng)壽命估計滿足允許誤差范圍的時刻；tR為PHM系統(tǒng)響應(yīng)時間；tF為子系統(tǒng)實際失效時刻。動車組PHM運用檢修流程設(shè)計動車組PHM技術(shù)運用檢修是在動車組現(xiàn)有檢修流程的基礎(chǔ)上進行改進和調(diào)整，主要是針對現(xiàn)有動車組檢修流程存在過度檢修和欠維修的弊端。而要進行改進和調(diào)整就必須有相應(yīng)的應(yīng)對策略。關(guān)于這方面的應(yīng)對策略主要包括三個方面，第一，通過增加運用所的方式，將部分的檢修和調(diào)度的協(xié)調(diào)壓力進行緩解。第二，結(jié)合實際情況調(diào)配好動車組的套用方式，從而促進整體的動車組檢修工作量的壓縮，減輕檢修工作人員的工作負荷，從另一方面來講，這也是避免檢修工作出現(xiàn)誤差和問題的一個有效方法。第三，針對日間檢修工作的能力和技術(shù)水平進行提升。由于檢修的工作會對動車組的運行帶來比較顯著的影響，因此，在檢修工作開展的過程中，技術(shù)人員和管理人員需要對檢修工作的開展從技術(shù)角度進行水平提升，在檢修效率和檢修質(zhì)量上做到同步保障。要做到以上三個方面的應(yīng)用，PHM的引入將極大提高動車組檢修的效率和能力。在動車組進庫之后，在原有檢修人員與機械師進行故障交互的基礎(chǔ)上，將引入人機維修接口，檢修人員插入信息卡等操作訪問地面PHM系統(tǒng)服務(wù)中心，將運行過程中通過該系統(tǒng)反饋的維修決策進行記錄和清單打印，從而根據(jù)反饋的維修決策進行定點定位維修。首先判斷運行途中是否有故障和健康問題產(chǎn)生，若不存在問題，則進行原有動車組運用檢修的基本流程，去除對非必要部件的檢修，保證來檢修效率的提升；若存在問題，則根據(jù)PHM系統(tǒng)提出的維修決策進行處理，在保證原有的檢修工作的基礎(chǔ)上對出現(xiàn)問題的部分進行視情決策維修。這種針對性維修將提高動車組整體檢修效率，從而提高其總體運用效率。在完成整體的運用檢修之后，檢修人員將其檢修的各類數(shù)據(jù)進行上傳，最終完成來檢修工作的整體流程。詳細流程請見工程圖《動車組PHM運用流程檢修圖》。動車組PHM運用檢修流程在現(xiàn)有基本運用檢修流程上進行工作縮減，提高人員的時間效率并減少資源的利用率。在必要的流程基礎(chǔ)上，如測試各種儀器、部件的性能運作等，可根據(jù)反饋的決策減輕檢修人員的工作壓力，從而提高了部件的修復(fù)率。動車組PHM檢修數(shù)據(jù)流程設(shè)計除上面所述之外，也在整個運用線路上添加了各種傳感設(shè)備，并組建了綜合分析室包括監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)分析組、作業(yè)視頻分析組和履職分析組來處理運用檢修產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。動車運用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)采集可分為八類，如圖4-5所示。圖4-5動車組數(shù)據(jù)采集分類圖（1）動車組運行故障動態(tài)圖像檢測系統(tǒng)：由鋪設(shè)在軌邊的圖像采集設(shè)備提供，利用專業(yè)相機將通過的動車組走行部狀態(tài)信息，以圖片形式實時反饋至終端設(shè)備，通過自動比對和人工分析相結(jié)合的方式，判斷走行部部件狀態(tài)，進而反饋給地面PHM系統(tǒng)進行處理。（2）輪對故障動態(tài)檢測系統(tǒng)：設(shè)備安裝在動車組出入庫咽喉處，采用光截圖像測量技術(shù)和電磁超聲探傷技術(shù)，自動檢測輪對外形尺寸和踏面缺陷，具備限度報警功能，將對輪對所產(chǎn)生的健康問題進行有效反饋并處理。（3）受電弓及車頂狀態(tài)動態(tài)檢測系統(tǒng)：設(shè)備安裝在動車組出入庫咽喉處，采用高速、高分辨率圖像分析測量、壓力傳感器技術(shù)，實現(xiàn)受電弓關(guān)鍵參數(shù)自動檢測，具備限度報警功能，將對受電弓和車頂狀態(tài)所產(chǎn)生的健康問題進行有效反饋并處理。（4）車載無線傳輸系統(tǒng)：根據(jù)動車組列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)工作原理，主要狀態(tài)與報警信息在列車WTB/MVB網(wǎng)絡(luò)上進行傳輸。車載主機接入MVB網(wǎng)絡(luò)獲取有關(guān)牽引、制動、軸溫、空調(diào)、門等子系統(tǒng)狀態(tài)的實時運行數(shù)據(jù)，通過GPS功能模塊獲取列車位置信息，通過GPRS發(fā)送實時數(shù)據(jù)。利用車載遠程傳輸裝置進行數(shù)據(jù)的傳輸，將列車狀況實時反饋給地面PHM系統(tǒng)服務(wù)中心。（5）IC卡、CCU、TCU等：通過專用傳輸媒介進行車載數(shù)據(jù)下載，主要包括列車各主要系統(tǒng)參數(shù)、運行狀態(tài)及診斷信息等。（6）作業(yè)視頻影像資料：通過攝像手電、執(zhí)法記錄儀等視頻記錄設(shè)備采集音頻資料，主要包括隨車機械師作業(yè)過程、一、二級修作業(yè)過程、供斷電作業(yè)過程、故障處理作業(yè)過程、質(zhì)檢員盯控過程等。（7）動車組檢修數(shù)據(jù)：重要檢修項目的數(shù)據(jù)記錄，主要包括升級改造數(shù)據(jù)、探傷數(shù)據(jù)、輪對鏇修數(shù)據(jù)、磨耗件更換數(shù)據(jù)等。該數(shù)據(jù)主要根據(jù)運用檢修人員的記錄和設(shè)備探測的感知所儲存并傳輸?shù)摹＃?）管理人員履職數(shù)據(jù)：通過視頻、圖片、文字形式的記錄管理人員履職行為的數(shù)據(jù)。檢修人員通過運用檢修時的操作和處理對動車組進行更加有效的防止誤操作。從圖4-6中可以得到故障預(yù)測的整體過程的流程，其中將PHM技術(shù)中上述關(guān)鍵技術(shù)融合其中。其采用多重傳感器進行上述數(shù)據(jù)的采集，在中央處理單元進行預(yù)處理，在通過無線及有線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。數(shù)據(jù)通過綜合分析室進行分類處理后，數(shù)據(jù)上傳至地面PHM大數(shù)據(jù)庫進行故障診斷及故障預(yù)測等處理，最后反饋對應(yīng)的保障決策供檢修人員參考。其中數(shù)據(jù)主要在歷史檢測數(shù)據(jù)中進行更新，多類數(shù)據(jù)在不斷累積中對結(jié)果的精確度影響不斷提高，詳細流程如圖4-6所示。圖4-6故障預(yù)測與故障診斷的數(shù)據(jù)流程圖示整體動車組PHM檢修數(shù)據(jù)流程如下：數(shù)據(jù)通過傳感器及檢測設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，通過車載物理光纖等導(dǎo)線傳到各個子系統(tǒng)控制單元，再導(dǎo)入中央控制單元進行預(yù)處理包括過濾、去噪等操作。然后進行數(shù)據(jù)融合并通過MVB或以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至車載PHM系統(tǒng)，進行分析并儲存，形成實時的數(shù)據(jù)變化圖。再以車載天線和車載遠程數(shù)據(jù)傳輸裝置為介質(zhì)，以無線網(wǎng)絡(luò)為通道進行遠程傳輸，到達地面PHM大數(shù)據(jù)庫進行綜合的數(shù)據(jù)處理和儲存。將處理后的融合數(shù)據(jù)上傳至鐵路PHM系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，其負責(zé)所管轄區(qū)域內(nèi)的整個信息調(diào)度，對數(shù)據(jù)信息進行完整分析，將存在故障及健康問題的動車組進行數(shù)據(jù)庫記錄并實時反饋回地面PHM大數(shù)據(jù)服務(wù)中心。國鐵集團PHM數(shù)據(jù)管理中心負責(zé)管理整個鐵路系統(tǒng)的數(shù)據(jù)綜合庫，對失常動車組的測點進行綜合評估，對有問題的動車組進行分級預(yù)警。最后將所有建議與不同區(qū)域進行綜合對比，最后反饋至地面PHM系統(tǒng)服務(wù)中心。日常檢修時，檢修人員在動車段及動車運用所通過失常車輛檢修數(shù)據(jù)系統(tǒng)訪問地面PHM大數(shù)據(jù)服務(wù)中心獲取所需維修決策。在檢修流程完畢之后，在通過維修人員數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將其檢修數(shù)據(jù)上傳至綜合分析室進行處理，最后反饋給地面PHM大數(shù)據(jù)庫進行存儲。至此，整個數(shù)據(jù)的流動及調(diào)度就形成來完整的閉環(huán)傳輸，最終將極大地增強整個檢修的應(yīng)用效率。詳圖請見工程圖《動車組PHM數(shù)據(jù)流程圖》。其中數(shù)據(jù)的處理及程序反饋請見工程圖《動車組PHM程序流程圖》。動車組轉(zhuǎn)向架檢修PHM方案應(yīng)用轉(zhuǎn)向架是動車組的重要組成部分，因此需要維修的項目很多。動車組各轉(zhuǎn)向架的維修技術(shù)和過程往往直接影響到整個動車組的維修工作。轉(zhuǎn)向架在進行維修時，無論進行何種程度的維修，都有必要具體分析其所需要的維修技術(shù)和工藝。但轉(zhuǎn)向架的檢修主要在高級修中，因為在三、四級修中，轉(zhuǎn)向架現(xiàn)如今存在較好的維修方案，因此PHM技術(shù)重點在于轉(zhuǎn)向架在運用途中的應(yīng)用。在轉(zhuǎn)向架的各個關(guān)鍵位置安裝傳感器進行狀態(tài)檢測，如在空氣彈簧與車體接觸部分添加壓力傳感器進行實時壓力變化數(shù)據(jù)；在構(gòu)架合適位置安裝紅外速度傳感器來檢測車輪的加速度變化；在齒輪箱上安裝溫度傳感器來實時檢測齒輪的溫度變化；在制動夾鉗上方的構(gòu)架位置安裝紅外溫度檢測器，當(dāng)發(fā)生制動時進行制動夾鉗與制動盤的溫度檢測；在軸箱外殼處安裝軸箱溫度傳感器進行溫度檢測；在牽引電動機外殼處安裝溫度傳感器進行溫度檢測。然后將其檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)交A(chǔ)控制單元，再通過中繼器進行數(shù)據(jù)融合，在傳輸?shù)街醒肟刂茊卧M行數(shù)據(jù)預(yù)處理。再通過以太網(wǎng)將其傳輸?shù)杰囕dPHM數(shù)據(jù)系統(tǒng)，完成動車組轉(zhuǎn)向架整個車載的數(shù)據(jù)傳輸。關(guān)于動車組轉(zhuǎn)向架的數(shù)據(jù)分布圖請見《動車組轉(zhuǎn)向架數(shù)據(jù)采集分布圖》。通過一系列的數(shù)據(jù)流程處理，最終將轉(zhuǎn)向架維修決策反饋給機械師及其途中的檢修人員進行運用檢修操作。其中設(shè)備檢測與故障診斷流程如圖4-8所示。被檢設(shè)備進行信號檢測，將其狀態(tài)信號進行實時特征提取。在將所提取的故障特征信號進行狀態(tài)識別，通過預(yù)報決策將其分為正常狀態(tài)和異常狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)向架處于異常狀態(tài)時，捕捉其異常部位，對其進行異常類型判斷并劃分故障等級。再將其通過健康管理系統(tǒng)進行趨勢變化分析，最后給出合理的維修對策。圖4-8設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷的內(nèi)容和流程當(dāng)轉(zhuǎn)向架在車間進行維修時，用WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋在一定的車間區(qū)域，建立一個局域網(wǎng)來存儲大量的數(shù)據(jù)，通過路由器與主服務(wù)器相連，實現(xiàn)無線通信。員工可以通過智能手機的日常操作捕捉故障并上傳至公司員工專用保護軟件。上傳后，將故障放入相應(yīng)的主站模塊，由主站相應(yīng)人員進行處理。計算機終端與管理單位的專用軟件功能密切配合，對在線故障進行檢測，以便及時判斷、處理和反饋故障，并將這些故障的處理結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫中以供參考。針對日常轉(zhuǎn)向架故障處理的典型案例，由專業(yè)技術(shù)人員對信息系統(tǒng)進行詳細的編輯和處理。編輯內(nèi)容主要包括編號、型號、故障定位、編碼、現(xiàn)象、處理方案等領(lǐng)域。通過故障信息的收集和數(shù)字化，可以完全覆蓋車間故障信息。通過對大量數(shù)據(jù)的綜合分析，我們可以發(fā)現(xiàn)各類問題對生產(chǎn)過程的持續(xù)時間有顯著的影響，為實施控制工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。同時，我們還可以確定不同類型缺陷的數(shù)量，找出主要缺陷，促進生產(chǎn)標(biāo)準的有效有針對性的提高，增加或縮短相應(yīng)的工作流程，從而縮短或減少維修周期。另外，轉(zhuǎn)向架的維修流程也需要從轉(zhuǎn)向架部件的分解、轉(zhuǎn)向架的存放清洗和干燥、轉(zhuǎn)向架部件分解后的檢查、性能測試和維修