基于RAMS的地铁信号系统维修策略探析

基于RAMS的地铁信号系统维修策略探析

郝建富,桑浩然,徐塨明

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266111

摘要：为了确保地铁可以正常运营，地铁信号可靠性和安全性应当有较高的水平，因此要加强维修策略的研究。通过对维修活动的研究，可以提高系统的可靠性，同时在一定程度上降低了维修费用，运用相关的策略和方法，制定出作为适合的维修计划。

关键词：地铁信号；维修策略

设备失效的方式有一定差异，但是也有一定的统一性。统一性是同类设会出现相同或者是近似的失效情况，而差异性是不同不同的失效状态。因此，不同设备应当进行区分，采取适合的维修方式。在设备的不阶段，维修方式也存在一定差别，所以要有机地组合。轨道交通信号系统发挥着重要作用，所以该系统的可靠性和安全性非常重要，对整个系统有着重要影响，所以要进行综合考虑，研究如何地优化，加强决策的准确和合理性，制定具体可行的维修策略，为提高运营和维修水平，起到积极的作用。图一是地铁信号系统。

图一  地铁信号系统

1多目标优化研究

多目标优化主要指的是算法，解决的是超过1个的目标函数，研究如何获取最优解。目标函数外还会有1个以上约束条件，可以用下列方面表示。maxS=f(Z)=[f1(Z), f2(Z),…, fn(Z)] 其中的n=1, 2, …, 而s.t. gi (Z) ≤ 0, i=1, 2,…, p ，同时hj (Z)=0, j=1, 2, …, q来表示，而ze_1 ≤ ze ≤ ze_2，其中的e=1, 2, …, E。在这个式子中，Z=[z1, z2,…, z e, …, z E ]，表示的是E 维决策向量，在最优解计算时要搜索空间，而S 和 f(Z) 表示的是目标函数集合，包含了N个研究对象情况，解要符合一定条件，才能达到边界情况。通常情况下最优解不是单独的，都是数值组合，以及坐标系的点集。运营人员要根据实际需求明确需要的最优解，最优解可以用数学语言进行描述，如果无法集合中任何描述点，整个搜索空间会存在一些其他情况，令 fn(Z) ≤ fn (Z*)而这种情况是成立的，而n=1, 2,…, N, Z* 是多目标的最优解，计算中得到的解集合。

2目标优化和参数定义

2.1目标函数情况分析

    首先，应当考虑系统的平均和可靠性问题。就是在整个系统当中，符合相关条件的部件情况，以及定义的总部件数量情况，同时也要考虑系统的平均可靠性问题。其次，是系统的维修费用问题。在进行系统维修时，会产生相关的维修费用，这些情况在制定具体计划时就应当充分地考虑，并考虑合理性问题，这样才能了解维护计划的是否可以产生应有作用。根据相关的设计和参数，以及生产环境和运营数据，能够对信号系统的设备构造费用函数表。在维护分类上考虑，设备的维护成本主要包括了两类，一类是出现故障后，工作人员要对设备进行维护，直至可以继续运营时所花费的相关成本。另外一类就是设备的定期维护成本。

2.2具体的约束条件分析

系统的技术应当综合考虑，尤其是信号系统在运营条件下，出现的故障概率和事前维护计划，使用的技术能够真实反映设备的运行状态。而设备出现故障进入到维修状态，应当考虑具体的维修时间问题，还有日常维护工作所占的时间。在实际工作中系统的安全性非常重要，如果系统平均故障时间，大于了维修策略，那么这种应当情况引起关注。

2.3具体的参数设置情况

在信号系统当中，关键的部件就是韦布尔分布模型，还有形状参数和具体的尺度参数，可以用二参数进行拟合，用函数来表达可靠性，但是要考虑部件的出厂情况，主要考虑的就是可靠性问题，同时也要考虑关键部件情况。当设备出现无法运行的情况时，应当考虑信号系统的整体失效概率。通过对轨道交通运营和维修数据分析，在事前维修中可以对目标设备性能进行修复，维修以后的运行状态可以比维修前要好一些。但是也无法完全恢复到出厂状态，所以要注意相关数据情况。

3 目标优化

在初始设定时，要充分考虑因素影响，尤其是系统可靠性和维修费用问题，应当满足可用性和安全性的约束条件。当对维修费用建立模型后，就会得到平均的可靠性模型，这样才能进一步地优化，进行目标优化，主要体现在以下几个方面。

3.1相关流程

在具体运算时可以使用基本粒子群算法，运用二维的多目标来进行优化和求解，具体流程有以下几个方面。第一，是进行种群的初始化，这里主要是指，系统随机生成的粒子，进行初始的位置。第二，是目标函数的计算。通过使用目标函数和约束条件进行计算。第三，是进行最优的粒子更新。主要是进行个体最优，还有全局最优。第四，是对最优集合进行更新。第五，是更新粒子速度和位置更。以当前的个体速度和位置，可以生成空间坐标，然后在进行更新。第六，是算法结束，当迭代次数达到了上限或者是最优解时，变化范围就会小于预设阈值，这是时算法就会结束，否则就会返回到迭代过程。

3.2退火机制算法流程

退火机制要在主体流程当中增加杂交运算，还有高斯变异，在进行调整优化操作时，具体流程修有以下几个方面。第一，是种群初始化参数，也就是交叉概率和变异概率，还有学习因子 和温度冷却系数，以及退火初始温度情况。第二，是使种群初始粒子更加地多样性了。第三，对种群中当中的所有粒子，进行调整和更新。第四，得到了新种群的概率，第五，是 在区间上进行随机取值，可以得到的新种群。第六，如果满足了最优解，就可以得到收敛条件，这时进化就完成了，如果不能不满足相关条件，就要执行退火操作。

3.3优化结果

比较退火机制当中的交叉概率，可以设变异概率是0.05，温度冷却系数是0.8，退火初始温度是100 000，运用Matlab 模拟进行优化计算。算法的结束条件设定是500 代，或是是最优解平均范围小于0.000 5。就可以得到标准粒子群算法，将其引入到退火机制中，运用粒子群算法就可以得到优化结果，之后在进行比较。

3.4算法进化

通过具体的观察可以知道，初始的种群分布比较广泛，完成了50 次的迭代以后，最优解的集中解数量就会较少，而且没有轨迹可循。在完成了100 次的进化以后，会初步地呈现出一定规律，并逐渐地向原点方向移动，数据点分布也会逐渐地均匀，最终成为一条完整弧线。随着集中解数量的增加，满足了收敛条件后就完成了计算。也就是说越靠近原点，所需要的费用就会越更多，在维修次数一定的情况下，提升信号系统可靠性，就是依靠维修费用上涨实现的。

3.5优化结果

相关的决策人员，可以在一定程度上调整约束条件，可以获取不同的对比和选择。在约束条件的基础上考虑系统可用度，能够获得最优集合。所以决策人员要考虑实际的运营情况，采用适当的维修策略，才能道路理想的目标和效果。在实际工作中可靠度和维修费用，基本上增加数值是相同的。但是在不同可用度情况下，在可靠度不变前提下，可用度预设值就会变的越大，所以维修成本也会越高。信号系统的可靠度和维修费用情况，可以适用最优解集。提高系统可靠性的同时，也没有增加维修费用。最终如何进行，取决于决策者的选择。在整个信号系统当中，联锁主机和信号机可靠度最高，这两个部位做好周期性维护就可以满足要求。一般情况下屏蔽门故障率比较高，需要加强维修，也要增加更换次数，才能提高系统的可靠度。轨道交通信号系统的维修策略优化，维修策略优化是关键的内容，通过数学模型，可以对维修策略进行充分研究，并研究维修方式和组合情况。

结束语：

进行车辆的信号系统设备维护，应当在非运营时间进行，对其中的一套设备维修，不会给整个系统造成不良影响，如果单独设备，要重视定期维护，运营人员要制订具体的维修策略，按照标准和规范进行维护。

参考文献：

[1]何理,石杰红,胥旋,刘晶晶.RAMS在城市轨道交通信号系统安全评估中的应用[J].中国安全生产科学技术,2020,12:10-14.

[2]莫志刚,李成谦.RAMS理论在地铁设备维护策略优化中的应用[J].工程管理年刊,2020,08:184-191.

[3]莫志刚. 基于RAMS的地铁信号系统运营维护管理研究[D].华中科技大学,2020,09:56-58.

[4] 余曦. 地铁信号系统维护管理策略探讨[J]. 数码设计(下), 2020,03:23-25.