PHM與智慧運維落地實踐案例集 — 機車運用數據智能診斷系統正式上線!

2019年9月20日,經過爲期一個多月的緊張測試,北京潤科通用技術有限公司爲中車某機車單位傾力打造的“機車運用數據智能診斷系統”正式上線運行,標誌着潤科通用在軌道交通智慧運維領域的又一案例成功落地。
近年來,我國機車出口業務快速增長。客戶的某型柴油電力機車是早期出口非洲的一個主力車型,也是我國“鐵路外交”的一張靚麗名片。當地地理環境特殊,具有早晚溫差大、溼度差大、海拔落差大的特點,機車單程運行里程長,途徑草原、丘陵、溼地、平原等多種地形。由於機車遠在國外運營、當地維保設施智能化程度低、難以調配大量人員進行快速響應,這些客觀因素均對車輛走行部件的運維提出了嚴峻考驗。

PHM與智慧運維落地實踐案例集 — 機車運用數據智能診斷系統正式上線!
系統架構

行業痛點

衆所周知,不同溫度、不同速度、不同軸重的因素將導致複雜的工況組合。然而,機車上的傳統專家診斷系統大多采用對目標量“一刀切”的簡單閾值診斷方式,難以勝任這類非定常、非線性、非經典工況的診斷(“三非”問題),更不必說在高度複雜的情況下對故障進行準確預測。

這導致了在以往的運營中,無論是故障的虛警率還是漏檢率均居高不下,且系統對重要故障的預警能力缺失。在2018年度,專家診斷系統的能力缺陷曾導致了一起熱軸故障,使機車在國外正線上停運,當地搶險運維資源不足、國內工程人員又難以迅速趕往現場,無論在經濟上還是質量口碑上均造成了很大損失。

關鍵技術

長久以來,“三非”困難已成爲工程領域的老大難問題。幸運的是,隨着各場景下算力與傳輸帶寬的突飛猛進與成本降低,數字孿生、機器學習等技術已快速走向實用。正因對“三非”問題的有效性與優勢,工業智能領域將數字孿生、機器學習、IIOT等新技術視爲曙光,而這也是現代工業系統實現自感知、自適應、自學習、自評估與自決策的基礎。

通過與客戶深度合作,基於“數據型”數字孿生技術與機器學習技術,潤科通用的軌交智能業務團隊通過不斷技術攻關,已實現數字空間虛體與物理空間轉向架實體表觀一致、行爲一致、參數一致的深度孿生。採用“一架一檔”的形式,對各轉向架進行全生命週期的數字檔案生成與管理。截止目前,採用在高維特徵空間中全工況評估的方式,故障預測算法已能夠實現全架軸溫的精準健康預測,可提前約120小時發出軸溫異常報警,杜絕了低可達性嚴重故障、爲遠程運維爭取了寶貴響應時間,爲“計劃修”、“故障修”向“狀態修”、“預測修”轉變提供技術保障,真正實現了對車輛走行部件的“智慧賦能”。

成果介紹

機車熱軸故障智能預測系統包括業務軟件、數據型數字孿生體、以及熱軸故障預測算法。機車運用數據分析軟件的主要功能包括狀態監控、異常預警、故障統計、數據查詢、數據管理、日誌管理、用戶管理等。

狀態監測

目標車型的機車轉向架上關鍵位置的溫度狀態通過紅色、綠色LED進行高亮顯示,用戶可對當前機車轉向架溫度狀態一覽無遺。

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狀態監測局部(正常)

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狀態監測局部(異常)

軸溫預測

通過對歷史時刻車輛工況和環境的持續分析與學習,系統調用軸溫預測算法,準實時預測任一時刻、任一軸溫、任一工況的理論健康值。

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軸溫預測功能局部

異常檢測

結合軸溫預測值與實際軸溫輸出結果,系統自動判斷當前狀態下軸溫是否發生顯著異常偏差。經檢驗,系統對異常的預警具備高可用度與可靠度,最佳性能時可較實車專家診斷系統報警提早一週左右,並給出預警的緊急程度,爲遠程排故與維護預留了充足的時間。

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軸溫異常檢測功能局部

數據查詢

測點溫度監控數據的值均可通過移動光標進行隨時、快捷的查詢,還可以通過區域縮放功能查看用戶關心的特定區段數據。利用專用權限登錄後,還可以直接下載所關心的數據,便於用戶對數據源進行更爲精細的個性化分析與交換。

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數據查詢界面局部

統計分析

系統提供了從時間、車輛、轉向架、測點、故障/預警類型等多維度進行數據統計的接口,通過直方圖、數據表實現高度可視化,且變量與統計維度可隨時配置,助力快速決策。

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統計分析功能局部

數據管理

數據平臺兼容多樣化的接入方式。系統提供可視化數據管理服務,內部用戶可以相應角色登錄特定權限賬戶,通過數據管理接口方便地實現自定義時間範圍的數據上傳、下載、刪除等操作,且系統可與其他指定數據庫保持同步。

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數據管理界面局部

與傳統的專家診斷系統相比,該系統具有環境適應力強、工況覆蓋廣、定期自學習、預測準度高的優點,真正實現了動態預測。部署初期,軸溫狀態異常預測的綜合準確率已達90%以上。

潛在價值

該預測性維護系統已令客戶維護工程師足不出戶,隨時隨地查看在線信息,就能準確把握遠在非洲大陸的機車車隊走行部軸溫狀況,快速指導當地的運營維保作業。

該遠程智能診斷及預測技術可在動車、城軌、及其他工程機械領域無縫推廣應用,隨着算法模型的進一步驗證與熟化,有望大幅減輕日檢、周檢工作量,無需在相關位置安裝需大量人工檢查的溫度色標,在節省人工成本的同時大幅提升監測的可靠性,使維護體系的響應做到快、廉、準,從而爲製造商的運營與維保創造客觀的經濟價值。

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經緯恆潤

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