用于机车车轮的故障预测与健康管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于机车车轮的故障预测与健康管理系统，数据处理技术领域。该故障预测与健康管理系统包括数据采集层、数据管理层、故障预测与健康管理模型层和业务应用层，数据采集层与基础资源层连接用于从基础资源层采集机车车轮数据，之后将所采集的机车车轮数据进行数据预处理、数据清洗和数据分析；数据管理层与数据采集层连接，根据数据采集层处理后的机车车轮数据构建多级数据库；故障预测与健康管理模型层设置有用状态综合评估模型、尺寸预估模型、剩余寿命预测模型和镟修模型以获得对机车车轮的评估结果和镟修策略；业务应用层根据评估结果和镟修策略，对机车车轮进行健康状态评估、剩余使用寿命预测和生成机车镟修建议。修建议。修建议。

【技术实现步骤摘要】
用于机车车轮的故障预测与健康管理系统


[0001]本专利技术涉及数据处理
，特别涉及用于机车车轮的故障预测与健康管理系统。

技术介绍

[0002]车轮是机车车辆的重要走行部部件，起着承载、导向、牵引作用，其安全可靠性与列车的平稳运行密切相关，是机车运维专项关注的重点。机车车轮制造在轮厂，加工组装上车在机车造修厂，运用维护在机务段。
[0003]而现有的系统存在以下问题：(1)借助既有的检测监测系统，只做“正常”或“故障”二元判断，无法准确反映中间状态，也难结合历史数据分析和预测未来趋势；(2)目前尚未有一个系统能够贯通机车车轮的全寿命数据，用下游的运用维护数据支撑上游机车车轮的评估和研发，同时用上游的生产和检验数据结合运用维护数据，指导下游的运用维护策略；(3)目前机车车轮的运用维护单位采用计划修的方式，对机车车轮定期检修，以保证安全性和经济性(避免小伤变大伤)，计划修的修程定义主要来源于统计数据、测试数据和模型计算，为了确保安全性，修程的制定都有一定安全裕量，我国铁路应用环境地区差异较大，车轮的伤损发展速度各异，伤损发展慢的区域，计划修的冗余检修造成经济损失；车轮伤损发展快的区域，计划修中间又要进行大量临修，增加经济负担的同时还有安全风险；(4)机务段维护车轮的主要手段是镟修，镟修方案由轮对工程师制定，需要轮对工程师根据自身经验，预测车轮的伤损趋势；并根据车轮当前状态，估算切削量较小的镟轮参数，并在镟轮参数和车轮伤损趋势(磨耗也是伤损的一种)之间求得最佳平衡。这样对轮对工程师要求较高，同时还需要大量计算，而轮对工程师需要在车间交班前迅速制定方案，往往没有详细计算的时间，人工计算的镟修方案也难以达到最优的综合效果；(5)当机车车轮发生严重质量问题时，需要综合失效分析确定关联批次，迅速定位该批次机车车轮并及时采取处置措施，而现有车轮通过钢印号作为唯一标识，锈蚀、油污和冰雪都会造成机车车轮追溯确认困难；(6)各个系统获取的数据接口都有特异性，且由于检测技术特点、人工操作等原因，部分数据会偏离实际数值，需要进行数据对接和数据筛选。
[0004]有鉴于此，确有必要提供一种用于机车车轮的故障预测与健康管理系统。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本专利技术提供了一种用于机车车轮的故障预测与健康管理系统。所述技术方案如下：
[0006]本专利技术的一个目的是提供了一种用于机车车轮的故障预测与健康管理系统。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于机车车轮的故障预测与健康管理系统，其中，所述故障预测与健康管理系统包括数据采集层、数据管理层、故障预测与健康管理模型层和业务应用层，
[0008]所述数据采集层，与所述基础资源层连接，用于从所述基础资源层采集机车车轮
数据，之后将所采集的所述机车车轮数据进行数据预处理、数据清洗和数据初步分析；
[0009]所述数据管理层，与所述数据采集层连接，根据所述数据采集层处理后的机车车轮数据构建多级数据库，且多级数据库之间通过服务网进行数据交互和共享；
[0010]所述故障预测与健康管理模型层，设置有用于对来自于多级数据库中的数据再次分析且均与所述数据管理层连接的状态综合评估模型、尺寸预估模型、剩余寿命预测模型和镟修模型，以获得对所述机车车轮的评估结果和镟修策略；
[0011]所述业务应用层，根据所述故障预测与健康评估模型层发送的评估结果和镟修策略，对所述机车车轮进行健康状态评估、剩余使用寿命预测和生成机车镟修建议。
[0012]具体地，所述评估结果包括健康状态评估量值、机车车轮的预估轮径、预估踏面磨耗量、预估轮缘厚度、镟修工艺参数和机车车轮的剩余使用公里数。
[0013]优选地，所述健康状态评估包括根据健康状态评估量值判断获得的当前机车车轮的健康状态和当当前机车车轮的健康状态评估量值在预设报警阈值范围内时则发出报警信号，
[0014]所述剩余使用寿命预测包括生成机车车轮的剩余使用里程数据和根据机车车轮的剩余使用公里数或机车车轮的预估轮径判断机车车轮的剩余使用公里数或预估轮径是否在寿命报警阈值范围内，当机车车轮的剩余使用公里数或预估轮径在寿命报警阈值范围内时则发出报警信号。
[0015]优选地，所述镟修工艺参数包括在镟修时对机车车轮的踏面进刀量和预估镟修后的轮缘厚度，
[0016]所述多级数据库包括集团级数据库、路局级数据库和段级数据库，所述集团级数据通过机辆信息管理平台与外部系统进行数据交互，
[0017]所述路局级数据库通过服务网分别与集团级数据库和段级数据库进行数据交互，且所述路局级数据库和所述集团级数据库均通过机务信息管理平台进行数据共享，
[0018]所述段级数据库通过服务网向所述路局级数据库提供通过数据采集层获得的机车车轮信息。
[0019]具体地，所述状态综合评估模型调用多级数据库中的目标数据以获得对应机车车轮的健康状态评估量值，
[0020]所述尺寸预估模型调用多级数据库中的目标数据以获得对应机车车轮的预估轮径、预估踏面磨耗量和预估轮缘厚度，
[0021]所述镟修模型调用所述多级数据库中的目标数据以获得所述镟修工艺参数，
[0022]所述剩余寿命预测模型调用所述多级数据库中的目标数据以获得所述机车车轮的剩余使用公里数。
[0023]具体地，所述数据采集层采集的数据包括机车车轮制造信息、机车车轴信息、机车运用信息、机车车轮整备信息和机车车轮检修信息。
[0024]进一步地，所述状态综合评估模型调用集团级数据库、路局级数据库和段级数据库中的任一个中的机车车轮制造信息、机车车轮整备信息和机车车轮检修信息以获得所述对应机车车轮的健康评估量值，
[0025]所述尺寸预估模型调用集团级数据库、路局级数据库和段级数据库中的任一个中的机车运用信息、机车车轮整备信息和机车车轮检修信息中的车轮尺寸数据以获得对应机
车车轮的预估轮径、踏面磨耗量和预估轮缘厚度，
[0026]所述镟修模型调用所述多级数据库中的机车运用信息、机车车轮整备信息和机车车轮检修信息以获得车轮镟修的踏面进刀量和预估镟修后的轮缘厚度，
[0027]所述剩余剩余寿命预测模型机车车轮制造信息、机车车轮整备信息和机车车轮检修信息以获得机车车轮的剩余使用公里数。
[0028]具体地，所述剩余寿命预测模型的表达式为：
[0029][0030]其中，S为剩余使用公里数，c为寿命预测变异系数，l1为车轮初始轮径，l2为车轮运用到限轮径，x为当前车轮轮径，z为车轮截止当前镟修的累计损失量，b为车轮踏面的磨耗率。
[0031]进一步地，获得所述镟修策略包括以下步骤：
[0032]步骤S101所述镟修模型获得执行预防性镟修的指令时从所述多级数据库中调用机车车轮尺寸信息和机车车轮的机车车轮整备信息，以获得踏面镟修参数和预测镟修后踏面滚动圆直径；
[0033]步骤S102根据踏面镟修本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于机车车轮的故障预测与健康管理系统，其特征在于，所述故障预测与健康管理系统包括数据采集层、数据管理层、故障预测与健康管理模型层和业务应用层，所述数据采集层，与所述基础资源层连接，用于从所述基础资源层采集机车车轮数据，之后将所采集的所述机车车轮数据进行数据预处理、数据清洗和数据初步分析；所述数据管理层，与所述数据采集层连接，根据所述数据采集层处理后的机车车轮数据构建多级数据库，且多级数据库之间通过服务网进行数据交互和共享；所述故障预测与健康管理模型层，设置有用于对来自于多级数据库中的数据再次分析且均与所述数据管理层连接的状态综合评估模型、尺寸预估模型、剩余寿命预测模型和镟修模型，以获得对所述机车车轮的评估结果和镟修策略；所述业务应用层，根据所述故障预测与健康评估模型层发送的评估结果和镟修策略，对所述机车车轮进行健康状态评估、剩余使用寿命预测和生成机车镟修建议。2.根据权利要求1所述的用于机车车轮的故障预测与健康管理系统，其特征在于，所述评估结果包括健康状态评估量值、机车车轮的预估轮径、预估踏面磨耗量、预估轮缘厚度、镟修工艺参数和机车车轮的剩余使用公里数。3.根据权利要求2所述的用于机车车轮的故障预测与健康管理系统，其特征在于，所述健康状态评估包括根据健康状态评估量值判断获得的当前机车车轮的健康状态和当当前机车车轮的健康状态评估量值在预设报警阈值范围内时则发出报警信号，所述剩余使用寿命预测包括生成机车车轮的剩余使用里程数据和根据机车车轮的剩余使用公里数或机车车轮的预估轮径判断机车车轮的剩余使用公里数或预估轮径是否在寿命报警阈值范围内，当机车车轮的剩余使用公里数或预估轮径在寿命报警阈值范围内时则发出报警信号。4.根据权利要求3所述的用于机车车轮的故障预测与健康管理系统，其特征在于，所述镟修工艺参数包括在镟修时对机车车轮的踏面进刀量和预估镟修后的轮缘厚度，所述多级数据库包括集团级数据库、路局级数据库和段级数据库，所述集团级数据通过机辆信息管理平台与外部系统进行数据交互，所述路局级数据库通过服务网分别与集团级数据库和段级数据库进行数据交互，且所述路局级数据库和所述集团级数据库均通过机务信息管理平台进行数据共享，所述段级数据库通过服务网向所述路局级数据库提供通过数据采集层获得的机车车轮信息。5.根据权利要求4所述的用于机车车轮的故障预测与健康管理系统，其特征在于，所述状态综合评估模型调用多级数据库中的目标数据以获得对应机车车轮的健康状态评估量值，所述尺寸预估模型调用多级数据库中的目标数据以获得对应机车车轮的预估轮径、预估踏面磨耗量和预估轮缘厚度，所述镟修模型调用所述多级数据库中的目标数据以获得所述镟修工艺参数，所述剩余寿命预测模型调用所述多级数据库中的目标数据以获得所述机车车轮的剩余使用公里数。6.根据权利要求5所述的用于机车车轮的故障预测与健康管理系统，其特征在于，
所述数据采集层采集的数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兴宽，杨延峰，武小鹏，刘通，李立，王峰，杨闻松，叶霖，程亚萍，杨紫琦，郭天旭，
申请(专利权)人：北京中铁科新材料技术有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：