基于人工智能的铁路电务设备检修模式的探讨_徐炳辉.pdf

第1期基于人工智能的铁路电务设备检修模式的探讨徐炳辉（朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西 原平034000）摘要：铁路电务设备采用的检修方式通常称作“计划修”，内容包含定期巡视、周期检修、按期中修、阶段大修。这种不论使用处所、使用频次、外部环境，均投入相同人力和物力资源的检修模式，显然在维修资源利用和分配上不尽合理。因此，对设备维修有必要由“计划修”向“状态修”转变。依托人工智能，对电务设备多种影响因素综合考虑，进行分类整理和运算，生成资源利用最优化的检修计划，是铁路电务设备维修改革的有益尝试。关键词：电务；状态修；计划修；人工智能中图分类号：U284文献标识码：B文章编号：2096-7691（2023）01-081-05基金项目：朔黄铁路公司级科技项目（SHTL-2017-21）作者简介：徐炳辉（1968），男，硕士，高级工程师，现任职于朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，长期从事铁路通信信号专业施工、运维管理及科技项目管理工作。Tel：18632175390，E-mail：引用格式：徐炳辉.基于人工智能的铁路电务设备检修模式的探讨 J.能源科技，2023，21（1）：81-85.0引言朔黄铁路原平分公司全线设有13个车站。现有设备正线530.876 km、站线296.489 km；涵洞819 座总长33.734 km，道岔803 组、信号机1 417 架、轨道电路区段1 595 个、通信线路20014.58换算皮长公里、电力线路1 113.769 亘长公里、接触网2 119.5换算条公里、变电所7 座、分区亭6 个、AT所2 个，车站设备为CTC和微机联锁共用。由于管辖区段地理条件特殊复杂、自然环境较为艰苦，季节性病害多，分公司确保安全畅通责任重大。1研究现状分析信号设备实现状态修是铁路行业不断追求的目标，国内关于铁路信号状态修的研究已经有几十年，二十世纪 80 年代有人提出实行信号设备状态修。但是，实际上变革是很缓慢的，状态修并未得到有效应用，凭经验进行局部改革，缺乏基础数据采集和理论计算结果做支撑，始终没有具体的实质性进展。近年来，高速铁路、重载列车发展极为迅速，列车密度不断增加，特别是山区铁路，交通不便，自然环境十分不利，作业难度陡然增加，对电务设备维修管理形成极大的挑战。探索状态修实现的途径，是维修模式变革的必然趋势。在现有的智能诊断系统基础上，以车站为基本单位，对大量的设备电气特性参数进行分析，对设备运用频次、环境影响等进行大数据统计分析，并设定一个数学模型，结合 铁路信号维护规则 中各项设备的技术标准，确定影响设备稳定运行的技术参数。通过计算机技术对信号设备电气特性参数和工作状态进行采集和诊断，将影响设备运行的多项因素考虑带入进来，自动计算出设备的实时状态。2研究目标研究方向主要是以设备运用状态为基础，通过计算机技术对信号设备电气特性参数和工作状态进行采集和诊断，并结合人工评价综合判断设备的使用状态，实现状态修。技术路线如下：（1）通过搭建数学模型，结合各中间站、编组站设备的具体使用状态，确定公式的具体技术参数，并研发出一套可调整参数的状态修计算公式。（2）在站场平面图通过信号设备的不同颜色，辨别信号设备是正常、注意、异常，还是严重状态。第21卷 第1期Vol.21No.12023年2月Feb.2023第1期徐炳辉：基于人工智能的铁路电务设备检修模式的探讨（3）维修人员通过移动端软件能够直接看到各设备的实时状态，通过手机端扫一扫功能对设备进行人工评价、整改、记录查询等。3实现状态修的技术模型利用微机监测智能分析与故障诊断系统对信号设备运用当中的开关量、模拟量等电气特性数据实时分析，建立数学模型，纳入状态修公式计算。对不能纳入电气特性监测的项目（如设备外观、机械强度等）由检修人员按照违规标准及时予以评价。3.1技术参数依据结合 信号维护规则 中设备的技术标准和要求以及原平分公司管内 故障障碍统计 数据分析，确定影响设备稳定运行的14项技术参数，并将其划分为正向参数、反向参数、反向参数概率值。3.2技术参数的构成（1）正向参数。Y为技术优化率，Z为设备标准稳定率，W为设备运行稳定率，见表1。（2）反向参数。Pb为道岔扳动频次，Py为车列碾压频次，Pk为信号机开放频次，G为故障、障碍发生率，F为风险预控录入隐患项目发生率，X为车列运行线别，见表2。（3）反向参数概率值。Gpb为道岔扳动频次对设备影响的概率值，Gpy为车列碾压频次对设备影响的概率值，GPk为信号机开放频次设备影响的概率值，Gg为故障障碍发生与相关设备关系的概率值，Gx为车列运行线别与相关设备关系的概率值，见表3。3.3计算结果输出2个值：C为状态修参考值，S为状态修预警值。（1）C为状态修参考值。Y+Z+W-F-GGg-PbGpb-PyGpy-PkGPk-XGx=C（1）（2）S为状态修预警值。F+GGg+PbGpb+PyGpy+PkGPk+XGx=S（2）代码YZW代码解释技术优化率标准稳定率运行稳定率参考值1没有技术优化标准稳定能达到30 d以上非巡视、养护项目2通过技术优化使检修周期延长2倍标准稳定能达到3090 d巡视、养护到位，但容易影响该项目正常运行的3通过技术优化使检修周期延长5倍标准稳定能达到90180 d巡视、养护到位，不影响该项目正常运行的4通过技术优化使检修周期延长10 倍标准稳定能达到180360 d巡视、养护能够完全确保该项目的稳定运行5完全代替人工或是设备达到免维护条件的标准稳定能达到360 d以上不巡视、养护，但不影响该项目的正常运行表1正向参数赋值表2反向参数赋值代码PbPyGFXPk代码解释道岔实时扳动频次轨道电路区段实时碾压频次故障、障碍发生次数风险预控录入数量列车运行线别信号机实时开放次数参考值1100频次以下1 000频次以下未发生障碍或故障未录入隐患达到5 000 次2100300 频次1 0005 000 频次发生障碍或故障1 次录入隐患2 次但非同一类型下行或下行场（折返段）达到10 000 次3300600 频次5 00010 000 频次发生障碍或故障2 次但非同一类型录入隐患 3次或2 次同一类型达到15 000 次46001 000 频次10 00020 000 频次发生故障或障碍2 次同一类型录入隐患4 次或3 次同一类型达到20 000 次51 000以上频次20 000以上频次发生故障或障碍3 次及以上录入隐患5 次以上上行或上行场达到25 000 次82第1期代码GpbGpyGgGxGpk代码解释根据分析：具体频次数据对设备单项检修项目影响的实际情况确定概率值，如果对该单项检修项目影响较大或全部影响概率值为1，如果没有任何关系概率值为0根据分析：具体频次数据对设备单项检修项目影响的实际情况确定概率值，如果对该单项检修项目影响较大或全部影响概率值为1，如果没有任何关系概率值为0根据分析：具体设备故障障碍发生的频次数据对设备单项检修项目影响的实际情况确定概率值。如果该单项检修项目造成设备故障障碍的影响较大或全部影响概率值为1，如果没有任何关系概率值为0根据车列运行线别与检修项目的影响程度的不同确定对设备影响的概率值，影响越大概率值越大，反之越小根据信号机开放频次对信号机单项部件影响的实际情况确定概率值概率值0不参与道岔动作环节的静态项目，对道岔动作不会造成任何影响单项检修项目（或设备的单项部件）不参与列车碾压产生的振动过程的静态项目（或设备的单项部件）设备未发生障碍列车运行对设备无影响达到5 000 次0.25不参与道岔动作环节的静态项目，可能对道岔动作造成影响单项检修项目（或设备的单项部件）全程参与列车碾压产生的振动过程的静态项目（或设备的单项部件），且车列振动易造成质量强度下降或易造成技术参数发生变化的项目设备发生障碍1次列车运行1年以上对设备标准造成变化的达到10 000 次0.5不参与道岔动作环节的静态项目，对道岔动作会造成影响单项检修项目（或设备的单项部件）全程参与列车碾压产生的振动过程的动态项目（或设备的单项部件），且车列碾压20 000次可能造成质量强度下降或易造成技术参数发生变化的项目设备发生障碍2 次不是同一类型列车运行612 个月对设备标准造成变化的达到15 000 次0.75附着在道岔扳动频次直接影响的动态类的检修项目（或设备的单项部件）之上的单项检修项目（或设备的单项部件）全程参与列车碾压产生的振动过程的动态项目（或设备的单项部件），且车列碾压10 000次可能造成质量强度下降或易造成技术参数发生变化的项目设备故障1 次或障碍2 次同一类型列车运行36 个月对设备标准造成变化的达到20 000 次1对该单项检修项目（或设备的单项部件）造成直接影响的动态类的检修项目（或设备的单项部件）全程参与列车碾压产生的振动过程的动态项目（或设备的单项部件），且车列碾压5 000次易造成质量强度下降或易造成技术参数发生变化的项目设备故障超过2 次或障碍2 次以上列车运行1 个月以内对设备标准造成变化的达到25 000 次表3反向参数概率值4关键技术4.1基于面向对象的设计方法面向对象设计是将分析阶段得到的需求转变成符合成本和质量要求的、抽象的系统实现方案的过程。从面向对象分析到面向对象设计，是一个逐渐扩充模型的过程。4.2建立信号专家知识库铁路站场形式各不相同，联锁制式有多种。信号设备类型繁多，同类设备生产标准差异较大，因此解决系统的通用性问题是系统开发的核心难题。为解决这一难题，建立了信号专家知识库。信号专家知识库主要包括以下内容：信号设备信息库、信号设备联锁表、分析诊断推理逻辑及规则库、设备故障信息库、信号设备标准化检修库、信号设备公式模型库、信号图纸信息库、设备运行状态库、评价整改记录库等。通过该模型存储所有评价整改信息，以此为记录查询、整改等功能模块提供数据支撑。随着系统应用时间的积累和应用范围的扩大，信号专家知识库将得到不断丰富和扩大。4.3通过公式计算设备运用状态利用微机监测智能分析与故障诊断系统对信号设备运用中的开关量、模拟量等电气特性数据实时分析，建立数学模型，纳入状态修公式计算。并结合 普速铁路信号维护规则 中各项设备的技术标准，确定影响设备稳定运行的技术参数，系统自动将其划分为正向参数、反向参数、反向参数概率值。技术优化率+标准稳定率+运行稳定率-风险预控录入率-（故障障碍发生频率影响概率值）-（道岔扳动频次影响概率值）-（车列碾压频次影响概率值）-（信号开放频次影响概率值）-（车列运行线别影响概率值）=状态修参考值。风险预控录入率+（故障障碍发生频率影响概83第1期率值）+（道岔扳动频次影响概率值）+（车列碾压频次影响概率值）+（信号开放频次影响概率值）+（车列运行线别影响概率值）=状态修预警值。系统通过正向参数-反向参数反向参数概率值，将参数所涉及的数据定向获取并统计整理存储至缓存中，根据缓存数据计算得出信号设备每个检修项目的状态修参考值C。将得出的状态修参考值C与状态修安全基准值J1进行对比，当CJ1时，系统自动将所有反向参数与反向参数概率值进行极值法运算，得出信号设备每个检修项目的状态修预警值S。并与状态修预警基准值J2进行对比，当SJ2时，该项目（或单项部件）立即进行状态维修；当SJ2时，该项目处于安全状态，从而得出所有信号设备对应的公式运算状态。4.4通过人工评价影响设备运用状态不能纳入电气特性监测的项目，如设备外观、机械强度等内容，由检修人员人为巡视信号设备状态，发现问题及时予以评价，系统记录并计算新的人工评价的设备状态。5状态修数学模型实际运用5.1单项检修项目代入公式计算或人工巡视（1）设备检修项目代入状态修安全值计算公式过程中各项参考值、概率值的选择要客观、合理，充分结合实际，以真实的统计数据为基础。（2）无法代入公式计算的设备检修项目需结合现场实际情况合理制定检修周期人为巡视，保证设备稳定运行。5.2确定单项检修项目的安全基准值安全基准值是指衡量不能直接纳入状态修的检修项目是否纳入状态修范畴的标准。安全基准值的确定直接影响