地铁道岔转辙机辅助维修系统的研究开发_张滔.pdf

 模建设城际铁路交通网，与中国经济、社会发展水 平相适应城际铁路信号系统中心设备与列车运行 和调度息息相关，中心设备的规划及实施，关系到 整个城际线网的建设、运营、管理研究中心设备 的规划方案，根据实际情况制定实施方案，有利于 综合考虑旅客流量、线路状况、设备状况、环境因 素及各种复杂的特殊情况，确保线网的运输效率； 有利于适应统一规划、分步实施的需要，灵活地进 行变更和扩展；有利于降低建设成本，避免各线重 复建设以及差错、漏项等问题；有利于指导城际铁 路线网各线设计，避免工程实施的盲目性，提高设 计质量和设计效率 参考文献 ［１］ 中铁第四勘察设计院集团有限公司． 珠江三角洲地区 城际轨道交通规划总体实施方案［Ｚ］．武汉： 中铁第四 勘察设计院集团有限公司，２ ０ ０ ９． ［２］ 石先明， 习博． 城际铁路运营特点及列车运行控制系统 功能定位研究［Ｊ］． 铁道标准设计， ２ ０ １ １（４） ：１ １ ２－１ １ ６． ［３］ 唐淼， 施辰平． 城际铁路在城市交通中的定位与适应性 研究［Ｊ］．城市道桥与防洪， ２ ０ １ ４（２） ：１ ７－１ ９． ［４］ 林瑜筠． 城市轨道交通信号［Ｍ］． 北京： 中国铁道出版 社，２ ０ ０ ８． （ 责任编辑：张 利） 张 滔：广州市地下铁道总公司 工程师 ５ １ ０ ３ ３ ５ 广州 曾 成：广东工业大学机电工程学院 硕士研究生 ５ １ ０ ０ ０ ６ 广州 李宏辉：广东地铁集团有限公司 工程师 ５ １ ０ ３ ３ ５ 广州 陈慧彬：广东地铁集团有限公司 工程师 ５ １ ０ ３ ３ ５ 广州 基金项目：广州地铁信号道岔转辙设备三维仿真训练及评估系统 收稿日期：２ ０ １ ５－０ ５－２ ９ 地铁道岔转辙机辅助维修系统的研究开发 张 滔 曾 成 李宏辉 陈慧彬 摘 要：针对地铁道岔转辙机设备现场维护及故障处理的特点，研究了转辙机不同维修模式下的 故障诊断方法；提出在故障修和预防性维修模式下分别采用故障树和模糊识别技术以提高诊断效 率及精度；在转辙机三维仿真及评估系统中集成开发了Ｓ ７ ０ ０ Ｋ 辅助维修系统，同时运用计算机 虚拟现实技术对诊断结果及故障处理方案进行快速搜索和引导，提高了辅助维修系统的准确性和 便利性。

关键词：转辙机；辅助维修故障树；模糊诊断 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｍ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｓ ｏ ｆ ｍ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ，ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｔ ｒ ｅ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ ｒ ｅ ｃ ｏ ｇ ｎ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｅ ｈ ｈ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｅ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ． Ｓ ７ ０ ０ Ｋ ｍ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｔ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ３ Ｄｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ．Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ｏ ｆ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ：Ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ；Ｍ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ；Ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｔ ｒ ｅ ｅ；Ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ Ｄ Ｏ Ｉ：１ ０ ． １ ３ ８ ７ ９／ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ０ ０ ０－７ ４ ５ ８ ． ２ ０ １ ５－１ ０ ． １ ５ ３ ３ ９ 转辙机作为道岔控制系统的执行机构，是通信 信号系统的重要设备。

然而在地铁现场应用中，由 于缺乏良好的诊断和决策系统，给维护人员判断处 理故障带来一定困难本文结合地铁道岔 Ｓ ７ ０ ０ Ｋ 转辙机三维仿真及评估系统，在其中的辅助维修系 统开发中，研究了不同维修模式下的故障诊断技 术，并运用计算机虚拟现实技术，将辅助维修系统 中的故障推理与解释融为一体 １ 辅助维修系统的开发 地铁设备在运用过程中，目前主要有２种维修 模式：一种为故障修，即在设备出现故障后，检修 人员及时赴现场对设备进行必要的维修；另一种是 — ６８ — ２ ０ １ ５年１ １月 铁 道 通 信 信 号 Ｎ ｏ ｖ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ２ ０ １ ５ 第５ １卷 第１ １期Ｒ Ａ Ｉ ＬＷＡＹ Ｓ Ｉ ＧＮＡ Ｌ Ｌ Ｉ ＮＧ ＆Ｃ ＯＭＭＵＮ Ｉ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ ＯＮ Ｖ ｏ ｌ ． ５ １ Ｎ ｏ ． １ １ 预防性维修，检修人员按照检修规程，有计划地开 展设备维护这２种维修模式在处理各自遇到的故 障时，所依据的经验与知识有所不同在故障修模 式中，检修人员通过查看故障代码，可以参考设备 产生故障代码的逻辑或提示，加上检修人员积累的 经验，逐步检查就可发现故障原因而在预防性维 修模式下，大多数情况是发现设备的某些功能状态 不良，称之为故障征兆。

在转辙机这样的复杂设备 中，故障征兆与故障原因之间没有明确的对应关 系，一种故障征兆可能是由多种原因引起，而一种 原因引起的故障可能会产生多种现象这样的故障 征兆大多时并不会引起设备功能丧失，但是如果不 加以及时的维修保养，在一段时间后则会演变成影 响功能的严重故障正是转辙机故障的多样性、不 确定性以及各种故障之间联系的复杂性，导致预防 性维修的确定性 图１ 故障处理流程图 （ 以故障代码Ｓ １ ０、Ｓ １ １、 Ｓ １ ６为例） 图２ Ｓ ７ ０ ０ Ｋ故障树图１ 图３ Ｓ ７ ０ ０ Ｋ故障树图２ （Ｂ、Ｃ为其他故障分支，此处不展开） 为了更有针对性的快速识别故障模式和潜在风 险，本文提出２种故障诊断技术：针对故障修模 式，采用基于故障树的诊断技术；针对预防性维修 中的故障征兆，采用模糊诊断技术 １ ． １ 故障修模式下的故障树诊断技术 通过现场对 Ｓ ７ ０ ０ Ｋ 的故障模式进行研究，同 时对转辙机系统的外围控制电路进行最小维修单元 （ 可更换单元）的划分，确定现场需要检查维护的 最小元器件以及相对位置，进而确定科学的检查顺 序及步骤故障处理流程如图１所示 同时，对Ｓ ７ ０ ０ Ｋ转辙机系统进行故障树分析， 收集Ｓ ７ ０ ０ Ｋ系统的故障模式。

图２、图３以道岔报 故障代码Ｓ １ １故障为例，专门针对维修问题进行故 障树展开从展开的故障树可以明确每种故障的机 理，为故障辅助维修系统的设计提供模型基础 通过建立 Ｓ ７ ０ ０ Ｋ 系统故障树，进而将每种故 障模式的处理步骤分解同时，结合实际故障出现 的概率不同，将概率高的分支置前，将概率低的分 支置后，将这样的故障树模型导入知识数据库中， 就可以使故障辅助系统查找到故障发生后的正确、 快捷地处理途径当操作人员输入故障现象及所报 的故障代码到图４中的操作界面后，系统将通过查 询故障树知识模型，优先生成高概率事件 进行判别，从而形成处理该故障的最快捷 诊断决策 １ ． ２ 预防性维修模式下的模糊诊断技术 预防性维修模式下的故障模糊诊断系 — ７８ — Ｒ Ａ Ｉ ＬＷＡＹ Ｓ Ｉ ＧＮＡ Ｌ Ｌ Ｉ ＮＧ ＆ Ｃ ＯＭＭＵＮ Ｉ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ ＯＮ Ｖ ｏ ｌ ． ５ １ Ｎ ｏ ． １ １ ２ ０ １ ５ 统设计结构如图５所示检修人员输入指定的故障 主题，再根据现场实际情况输入故障征兆 （ ｘ１，ｘ２， …ｘｍ），通过现场经验及调试结果，各个故障征兆 将转化为带隶属度的模糊向量Ｘ＝μｘ１， μｘ２， …μｘ ｍ ， 而在此故障主题下，对应有ｙ１， ｙ１， …ｙｍ故障原因， 故障原因为带隶属度的模糊向量Ｙ＝μ ｙ１，μｙ２， …μ ｙ ｎ 。

Ｘ与 Ｙ的模糊关系为Ｙ＝Ｘ ｏ Ｒ 图４ 基于故障树的故障诊断操作界面 图５ 故障模糊诊断系统结构 例如以 “ 转辙机动作异常”为故障主题，故障 征兆论域：｛ｘ １工作噪音异常；ｘ２动作杆／表示杆 抖动；ｘ ３电机摩擦连接器不稳定；ｘ４传动机构温升 异常；ｘ ５转换动作无力｝ 故障原因论域： ｛ｙ１丝 杆润滑不当； ｙ２电机配线虚接松动；ｙ３箱体进水受 潮； ｙ４仔细检查电机是否机械受损；ｙ５暗锁机构松 动； ｙ６摩擦连接器调整问题；ｙ７检查及内外有无卡 阻｝ 根据现场检修专家的经验和统计方法，综合评 定故障征兆与故障原因的密切程度，并经过反复调 试，建立故障模糊矩阵，最终总结出如下转辙机动 作故障模糊关系矩阵Ｒ： ０ ． ８ ５ ０ ． ０ １ ０ ． ０ ５ ０ ． ８ ５０． ０ １０． ５ ００． ０ １ ０ ． ２ ３ ０ ． ９ ５ ０ ． ８ ０ ０ ． ０ １０． ０ １０． １ ００． ０ １ ０ ． ０ １ ０ ． ０ １ ０ ． ９ ０ ０ ． ０ １０． ８ ５０． ９ ５０． ８ ５ ０ ． ７ ５ ０ ． ０ １ ０ ． ０ １ ０ ． ５ ００． ５ ００． ０ １０． ０ １ 熿 燀 燄 燅０ ． ０ １ ０ ． ０ １ ０ ． ０ １ ０ ． ０ ２０． ３ ００． ０ １０． ０ １ 最后，通过选取合适的模糊算子 “ｏ” ，通过 模糊关系运算，即得到故障原因的带隶属度的模糊 向量Ｙ，再将超过设定阈值的隶属度μ ｙ ｊ所对应的 故障原因ｙｉ筛选出来，将故障原因及处理方案通 过人机接口显示给用户，同时解释机构对每一项检 查操作通过人机接口进行解释说明。

２ 辅助维修系统与虚拟现实技术的结合 为了实现在虚拟场景中对转辙机进行故障诊断 及处理指引，需要对Ｓ ７ ０ ０ Ｋ转辙机进行计算机３ Ｄ 建模，本文采用虚拟现实软件 Ｕ ｎ ｉ ｔ ｙ ３ Ｄ 和三维制 图软件相结合开发先用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ和 ３ Ｄ Ｍ ａ ｘ 软件制作出。