動車組運用檢修PHM總體方案設計目錄TOC\o"1-2"\h\u27931動車組運用檢修PHM總體方案設計 1174011.1.1.動車組運用檢修的影響分析 140171.1.2.動車組PHM運用檢修流程設計 2276531.1.3.動車組PHM檢修數據流程設計 3182451.2.動車組轉向架檢修PHM方案應用 6動車組運用檢修的影響分析對于動車組來講，不同的檢修工作標準是根據檢修工作開展的范圍和檢修內容進行界定的。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、車下以及車內與駕駛室幾個主要區域的檢修，檢修工作的要求在于，要保證針對這幾個區域的檢修工作都細致準確的按照相應的檢修流程開展檢修工作，并且確保相應的檢修工作質量，從動車組運用的角度來講，當動車組連續運用時間達到了48小時或者已經達到一級修理的里程上限時，需要按照規定執行一級修理流程。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，也需要在經過了一級檢修的前提下才能投入應用。關于實施一級檢修的條件，需要結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。動車運用的調度和協調，由動車運用所來完成。因此，運用所自身的分布狀態會對動車組的交路銜接狀態形成約束作用。關于運用檢修的約束效果，主要是對于動車組的單位時間內行程距離產生影響。當影響發生時，同步對動車組的列車交路公里數提出了約束條件，這種情況下，動車組的一級檢修時間會從常規的48小時調整到運用48小時，這種調整和優化，尤其對于動車組運行與檢修工作會產生非常積極的促進作用。在這里要強調的是，當動車組運用所出現夜間檢修能力不足的情況時，應當及時調整檢修計劃，將檢修的核心工作時間調整至日間。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。因此可通過設計運用PHM技術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率的增加。圖5-1表達了動車組PHM系統的整個生命周期變化，其中對應了系統中故障預測和健康管理中的一部分關鍵時刻。系統從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，此階段并沒有進入PHM處理階段，未對壽命進行預測。在tE到tD階段，PHM系統整體激活，開始進行剩余壽命預測。但開始時由于數據的缺少，預測結果不準確，隨著數據的累積，結果逐漸趨于準確值。一直到tp時刻得到了能夠較準確的剩余壽命預測的區間范圍，此時與實際最后結果基本一樣，開始進行下一步的操作。從tp到tF區間段，檢測部件逐漸從預測結果向實際結果逐漸變化，最終到達實際失效時刻。直到此時，PHM系統完成了重要的故障診斷和壽命預測的整體工作。圖5-1動車組PHM系統生命周期示意圖其中，預測距離為壽命預測精度達到誤差范圍的時刻至系統失效的總時長[15]；t0為制動系統首次開機或運行開始時間；tE為部件或子系統表現失常的時刻；tD為設計的PHM系統檢測到故障發生的時刻；tp為PHM系統壽命估計滿足允許誤差范圍的時刻；tR為PHM系統響應時間；tF為子系統實際失效時刻。動車組PHM運用檢修流程設計動車組PHM技術運用檢修是在動車組現有檢修流程的基礎上進行改進和調整，主要是針對現有動車組檢修流程存在過度檢修和欠維修的弊端。而要進行改進和調整就必須有相應的應對策略。關于這方面的應對策略主要包括三個方面，第一，通過增加運用所的方式，將部分的檢修和調度的協調壓力進行緩解。第二，結合實際情況調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，技術人員和管理人員需要對檢修工作的開展從技術角度進行水平提升，在檢修效率和檢修質量上做到同步保障。要做到以上三個方面的應用，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系統服務中心，將運行過程中通過該系統反饋的維修決策進行記錄和清單打印，從而根據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PHM系統提出的維修決策進行處理，在保證原有的檢修工作的基礎上對出現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據進行上傳，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。在必要的流程基礎上，如測試各種儀器、部件的性能運作等，可根據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率。動車組PHM檢修數據流程設計除上面所述之外，也在整個運用線路上添加了各種傳感設備，并組建了綜合分析室包括監控中心、數據分析組、作業視頻分析組和履職分析組來處理運用檢修產生的數據。動車運用產生的數據采集可分為八類，如圖4-5所示。圖4-5動車組數據采集分類圖（1）動車組運行故障動態圖像檢測系統：由鋪設在軌邊的圖像采集設備提供，利用專業相機將通過的動車組走行部狀態信息，以圖片形式實時反饋至終端設備，通過自動比對和人工分析相結合的方式，判斷走行部部件狀態，進而反饋給地面PHM系統進行處理。（2）輪對故障動態檢測系統：設備安裝在動車組出入庫咽喉處，采用光截圖像測量技術和電磁超聲探傷技術，自動檢測輪對外形尺寸和踏面缺陷，具備限度報警功能，將對輪對所產生的健康問題進行有效反饋并處理。（3）受電弓及車頂狀態動態檢測系統：設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，實現受電弓關鍵參數自動檢測，具備限度報警功能，將對受電弓和車頂狀態所產生的健康問題進行有效反饋并處理。（4）車載無線傳輸系統：根據動車組列車網絡控制系統工作原理，主要狀態與報警信息在列車WTB/MVB網絡上進行傳輸。車載主機接入MVB網絡獲取有關牽引、制動、軸溫、空調、門等子系統狀態的實時運行數據，通過GPS功能模塊獲取列車位置信息，通過GPRS發送實時數據。利用車載遠程傳輸裝置進行數據的傳輸，將列車狀況實時反饋給地面PHM系統服務中心。（5）IC卡、CCU、TCU等：通過專用傳輸媒介進行車載數據下載，主要包括列車各主要系統參數、運行狀態及診斷信息等。（6）作業視頻影像資料：通過攝像手電、執法記錄儀等視頻記錄設備采集音頻資料，主要包括隨車機械師作業過程、一、二級修作業過程、供斷電作業過程、故障處理作業過程、質檢員盯控過程等。（7）動車組檢修數據：重要檢修項目的數據記錄，主要包括升級改造數據、探傷數據、輪對鏇修數據、磨耗件更換數據等。該數據主要根據運用檢修人員的記錄和設備探測的感知所儲存并傳輸的。（8）管理人員履職數據：通過視頻、圖片、文字形式的記錄管理人員履職行為的數據。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中可以得到故障預測的整體過程的流程，其中將PHM技術中上述關鍵技術融合其中。其采用多重傳感器進行上述數據的采集，在中央處理單元進行預處理，在通過無線及有線網絡進行傳輸。數據通過綜合分析室進行分類處理后，數據上傳至地面PHM大數據庫進行故障診斷及故障預測等處理，最后反饋對應的保障決策供檢修人員參考。其中數據主要在歷史檢測數據中進行更新，多類數據在不斷累積中對結果的精確度影響不斷提高，詳細流程如圖4-6所示。圖4-6故障預測與故障診斷的數據流程圖示整體動車組PHM檢修數據流程如下：數據通過傳感器及檢測設備進行數據采集，通過車載物理光纖等導線傳到各個子系統控制單元，再導入中央控制單元進行預處理包括過濾、去噪等操作。然后進行數據融合并通過MVB或以太網將數據傳輸至車載PHM系統，進行分析并儲存，形成實時的數據變化圖。再以車載天線和車載遠程數據傳輸裝置為介質，以無線網絡為通道進行遠程傳輸，到達地面PHM大數據庫進行綜合的數據處理和儲存。將處理后的融合數據上傳至鐵路PHM系統數據中心，其負責所管轄區域內的整個信息調度，對數據信息進行完整分析，將存在故障及健康問題的動車組進行數據庫記錄并實時反饋回地面PHM大數據服務中心。國鐵集團PHM數據管理中心負責管理整個鐵路系統的數據綜合庫，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警。最后將所有建議與不同區域進行綜合對比，最后反饋至地面PHM系統服務中心。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據系統訪問地面PHM大數據服務中心獲取所需維修決策。在檢修流程完畢之后，在通過維修人員數據管理系統將其檢修數據上傳至綜合分析室進行處理，最后反饋給地面PHM大數據庫進行存儲。至此，整個數據的流動及調度就形成來完整的閉環傳輸，最終將極大地增強整個檢修的應用效率。詳圖請見工程圖《動車組PHM數據流程圖》。其中數據的處理及程序反饋請見工程圖《動車組PHM程序流程圖》。動車組轉向架檢修PHM方案應用轉向架是動車組的重要組成部分，因此需要維修的項目很多。動車組各轉向架的維修技術和過程往往直接影響到整個動車組的維修工作。轉向架在進行維修時，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和工藝。但轉向架的檢修主要在高級修中，因為在三、四級修中，轉向架現如今存在較好的維修方案，因此PHM技術重點在于轉向架在運用途中的應用。在轉向架的各個關鍵位置安裝傳感器進行狀態檢測，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據；在構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架位置安裝紅外溫度檢測器，當發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。然后將其檢測數據傳輸到基礎控制單元，再通過中繼器進行數據融合，在傳輸到中央控制單元進行數據預處理。再通過以太網將其傳輸到車載PHM數據系統，完成動車組轉向架整個車載的數據傳輸。關于動車組轉向架的數據分布圖請見《動車組轉向架數據采集分布圖》。通過一系列的數據流程處理，最終將轉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。其中設備檢測與故障診斷流程如圖4-8所示。被檢設備進行信號檢測，將其狀態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識別，通過預報決策將其分為正常狀態和異常狀態。當轉向架處于異常狀態時，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進行趨勢變化分析，最后給出合理的維修對策。圖4-8設備狀態檢測與故障診斷的內容和流程當轉向架在車間進行維修時，用WiFi網絡覆蓋在一定的車間區域，建立一個局域網來存儲大量的數據，通過路由器與主服務器相連，實現無線通信。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，將故障放入相應的主站模塊，由主站相應人員進行處理。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果存儲在數據庫中以供參考。針對日常轉向架故障處理的典型案例，由專業技術人員對信息系統進行詳細的編輯和處理。編輯內容主要包括編號、型號、故障定位、編碼、現象、處理方案等領域。通過故障信息的收集和數字化，可以完全覆蓋車間故障信息。通過對大量數據的綜合分析，我們可以發現各類問題對生產過程的持續時間有顯著的影響，為實施控制工作奠定了堅實的基礎。同時，我們還可以確定不同類型缺陷的數量，找出主要缺陷，促進生產標準的有效有針對性的提高，增加或縮短相應的工作流程，從而縮短或減少維修周期。另外，轉向架的維修流程也需要從轉向架部件的分解、轉向架的存放清洗和干燥、轉向架部件分解后的檢查、性能測試和維修