高速公路機(jī)電系統(tǒng)故障智能診斷方法分析

冀磊

（中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司，天津 300308）

0 引言

為了維持高速公路各項(xiàng)功能的正常運(yùn)行，保障高速公路機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性就尤為重要。由于這些設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)受到工作負(fù)荷大、環(huán)境惡劣等問(wèn)題的影響，使得故障問(wèn)題頻發(fā)，工作人員應(yīng)利用科學(xué)合理的技術(shù)手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決故障，，從而保障高速公路各項(xiàng)功能的正常執(zhí)行。

1 機(jī)電故障處理現(xiàn)狀

在高速公路機(jī)電系統(tǒng)故障檢測(cè)中，是以設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障定位以及對(duì)故障原因的全面分析，提出最終的故障診斷方案。在系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)了故障，就需要快速進(jìn)行定位處理，因此故障發(fā)現(xiàn)和處理的效率，直接影響到業(yè)務(wù)開展的整體流程。

1.1 故障復(fù)雜

高速公路機(jī)電系統(tǒng)由于功能較多，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，同時(shí)系統(tǒng)當(dāng)中的設(shè)備制式并不統(tǒng)一，形成了較為復(fù)雜的接口類型，從而無(wú)法對(duì)故障信息進(jìn)行合理分析，嚴(yán)重影響了故障診斷的效率性[1]。

1.2 故障信息傳輸復(fù)雜性

在出現(xiàn)故障之后，所采集到的故障信息，一般是由收費(fèi)站將其上報(bào)到設(shè)備管理中心，之后再傳輸?shù)降谌狡髽I(yè)中，這樣進(jìn)行的設(shè)備維護(hù)，會(huì)因?yàn)樵O(shè)備停機(jī)與維護(hù)工作而造成成本增加，故障歷史數(shù)據(jù)也無(wú)法進(jìn)行科學(xué)合理的采集。另外，在相同類型的故障分析過(guò)程中，則無(wú)法進(jìn)行合理的借鑒以及使用[2]。

1.3 機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)備不統(tǒng)一

現(xiàn)階段所使用機(jī)電系統(tǒng)基本上都是由不同的廠商生產(chǎn)的，因此在進(jìn)行故障診斷以及處理的過(guò)程中，就需要專業(yè)工程師進(jìn)行操作，其他工作人員無(wú)法及時(shí)地處理好故障問(wèn)題，這就給機(jī)電設(shè)備的故障解決帶來(lái)了直接的影響。

1.4 處理方法落后

在進(jìn)行高速公路的機(jī)電故障診斷和處理中，很多單位還是在使用人工管理的方式，這樣的方法較為落后，無(wú)論是在管理效率還是在處理準(zhǔn)確性上，都存在著一定的問(wèn)題，無(wú)法及時(shí)地進(jìn)行故障管理。

2 智能故障診斷技術(shù)

在現(xiàn)階段技術(shù)的發(fā)展背景下，使得在國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)的一些故障診斷技術(shù)，基本上是基于知識(shí)的診斷技術(shù)方案。在實(shí)際的原理上，都要建立在一個(gè)較高的知識(shí)水平之上，并將辯證邏輯與數(shù)理邏輯進(jìn)行集成化處理，或者實(shí)現(xiàn)符號(hào)化與數(shù)值處理的統(tǒng)一處理方式。在這樣的方法理論下，并不需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建，只需要將一些較為抽象的概念和理論進(jìn)行知識(shí)化的處理，就可以實(shí)現(xiàn)智能化的故障分析。

2.1 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)，這是一種十分特殊的故障診斷方法，主要是應(yīng)用到一些缺乏精確數(shù)學(xué)模型的故障診斷中。在進(jìn)行診斷過(guò)程中，首先需要將故障信息輸入到計(jì)算機(jī)，并通過(guò)專家經(jīng)驗(yàn)的方式，進(jìn)行一系列的故障信息推理，這樣能夠較為快速的找到故障的成因，以及相對(duì)應(yīng)的故障解決方案。故障診斷專家系統(tǒng)也逐漸成為當(dāng)下行業(yè)十分關(guān)注的重要故障診斷方式，也是智能化診斷技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一[3]。

在使用這項(xiàng)技術(shù)方式的過(guò)程中，由于并不需要構(gòu)建出一個(gè)具體的數(shù)學(xué)模型，而是需要嚴(yán)格地基于工程師日常的工作經(jīng)驗(yàn)以及一些對(duì)故障信息的知識(shí)理解，就可以構(gòu)建出一個(gè)比較完善、智能化的診斷程序，并且可以很好地處理一些機(jī)電設(shè)備較為復(fù)雜的故障問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜故障問(wèn)題的時(shí)，該技術(shù)可以很好地發(fā)揮出診斷的效果。

該技術(shù)有著較為明顯的特征，首先具有較為豐富的處理經(jīng)驗(yàn)，在程序中存儲(chǔ)大量的專家信息、高水平技術(shù)、專業(yè)知識(shí)等多方面的技術(shù)內(nèi)容，可以在使用中進(jìn)行符號(hào)化的操作，基于不同的故障類型，可以進(jìn)行智能化的知識(shí)推理，以此得到相應(yīng)的解決方案。在專家系統(tǒng)中，也可以進(jìn)行知識(shí)推理過(guò)程的分離，這樣可以很好地對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)的擴(kuò)展，以此保持一個(gè)較高的可能性的能力。該技術(shù)整體較為靈活，同時(shí)交互性與技術(shù)處理過(guò)程的透明性也相對(duì)較強(qiáng)。但是需要注意的是，在進(jìn)行處理過(guò)程中，其復(fù)雜程度比較高，因此就需要隨著技術(shù)的發(fā)展不斷地進(jìn)行完善。當(dāng)然，這樣的被動(dòng)技術(shù)提升方法，也相應(yīng)地限制了專家系統(tǒng)的技術(shù)力提升[4]。

2.2 故障樹故障診斷技術(shù)

故障樹故障診斷技術(shù)可以簡(jiǎn)稱為FTA 技術(shù)，也是現(xiàn)階段系統(tǒng)進(jìn)行安全分析的重要技術(shù)分支。在對(duì)技術(shù)原理進(jìn)行分析中，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)是一種基于邏輯方法的技術(shù)類型，可以較為形象地實(shí)現(xiàn)故障的全面分析，這樣就可以解決一些系統(tǒng)工程方法安全性問(wèn)題，全面提升故障診斷的精確性、完善性以及系統(tǒng)性。這是由美國(guó)科學(xué)家提出的一種可靠性分析技術(shù)。在實(shí)際使用故障樹診斷分析技術(shù)的過(guò)程中，不僅很好地發(fā)現(xiàn)了潛在的故障問(wèn)題，同時(shí)也可以進(jìn)行良好的故障診斷分析。

在故障樹分析方法使用中，本質(zhì)上是一種基于因果率、自上而下的邏輯分析方式。在實(shí)際的處理中，首先從問(wèn)題的結(jié)果著手，在出現(xiàn)故障的第一時(shí)間，對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行產(chǎn)生原因的分析；其次，對(duì)不同的因素進(jìn)行進(jìn)一步的尋找，明確出具體的成因；最后重復(fù)執(zhí)行這樣的分析流程，進(jìn)而完成對(duì)設(shè)備所形成故障的具體原因分析。在這樣的技術(shù)方式下，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電設(shè)備故障問(wèn)題的成因分析，明確呈現(xiàn)出故障的出現(xiàn)范圍以及基本的故障特征。在進(jìn)行處理中，需要保障對(duì)其邏輯關(guān)系進(jìn)行良好的協(xié)調(diào)處理，進(jìn)而避免出現(xiàn)重復(fù)繪制的問(wèn)題。

2.3 模糊推理方式

當(dāng)下這種模糊邏輯下所提出的故障診斷分析方式，目的是為了解決故障診斷環(huán)節(jié)中所出現(xiàn)的大量不確定性、不精確性、噪聲等方面的問(wèn)題。在這些外界因素的影響下，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致故障處理出現(xiàn)大時(shí)滯、時(shí)變以及非線性的問(wèn)題。而在使用這種技術(shù)之后，可以很好地體現(xiàn)出該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)性。例如，可以在模糊理論當(dāng)中，設(shè)定出一部分真一部分假的技術(shù)概念。這樣的技術(shù)理念與傳統(tǒng)的技術(shù)邏輯方式并不相同，因此在實(shí)際的處理過(guò)程中，就可以很好地形成模糊集理論，并對(duì)其模糊集進(jìn)行進(jìn)一步的定義。當(dāng)下所采用的模糊集方式，可以有效保障實(shí)際處理過(guò)程中，形成一定的模糊命題，這對(duì)機(jī)電設(shè)備的處理形成了處理規(guī)則以及操作方式的針對(duì)性處理。

進(jìn)行故障檢測(cè)的過(guò)程中，一些特征信號(hào)往往要始終處于一個(gè)連續(xù)性變化的狀態(tài)，而對(duì)于這種故障變化的處理上，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。由于測(cè)量的特征信號(hào)并不完全精確，因此就會(huì)導(dǎo)致在診斷的過(guò)程中，也相應(yīng)地?zé)o法保持近似的效果。在現(xiàn)階段基于模糊規(guī)則下的技術(shù)處理流程中，就可以針對(duì)傳統(tǒng)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，提供一個(gè)可解決的途徑。

2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

當(dāng)下提出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，就是一種基于人類神經(jīng)元的基本原理而構(gòu)建出的一個(gè)廣泛連接的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)體系。在該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，是一種對(duì)人類大腦神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，以及對(duì)功能性的模仿，這是一種與大腦相類似的記憶、學(xué)習(xí)以及聯(lián)想的相關(guān)功能。在技術(shù)當(dāng)中，可實(shí)現(xiàn)信息處理的方式，主要是讓神經(jīng)元之間相互聯(lián)系，同時(shí)以此讓其知識(shí)以及信息存儲(chǔ)并進(jìn)行高效率的信息處理以及分析。當(dāng)下所構(gòu)建出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，本質(zhì)上是一種大規(guī)模的并行結(jié)構(gòu)體系，因此信息可以實(shí)現(xiàn)分布式的存儲(chǔ)，這樣的處理模式下，可以很好地形成較高的自適性，同時(shí)進(jìn)行自組織，信息的容錯(cuò)性也比較客觀。伴隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論化的發(fā)展與進(jìn)步，使得形成了多種類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展技術(shù)形式。例如，當(dāng)下所出現(xiàn)的一些多層感知器的網(wǎng)絡(luò)中，就形成了BP 網(wǎng)以及算法，這樣會(huì)很好地實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的處理以及調(diào)整。

2.5 基于案例的推理方法

在案例推理的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，信息獲取之后，通過(guò)案例庫(kù)進(jìn)行信息比對(duì)，以此找到相類似的案例，從而進(jìn)行故障問(wèn)題的求解。該技術(shù)的處理過(guò)程中，每次遇到新問(wèn)題，都需要從故障問(wèn)題的關(guān)鍵特征角度出發(fā)，對(duì)其原始案例當(dāng)中的信息線索進(jìn)行查找分析，并找到一個(gè)具體的等待求解的問(wèn)題，進(jìn)行相應(yīng)的比較分析。如果在案例處理過(guò)程中，對(duì)其候選案例組合并不滿意，就需要馬上對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的修改，并將其保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，完全修改之后，就可以對(duì)其問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性的處理。

3 高速公路機(jī)電系統(tǒng)故障智能化診斷實(shí)踐性分析

當(dāng)下在機(jī)電工程領(lǐng)域所出現(xiàn)的故障問(wèn)題，會(huì)直接影響到高速公路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，特別是對(duì)于管理、運(yùn)營(yíng)以及維護(hù)環(huán)節(jié)所造成較為直接的負(fù)面影響。

在進(jìn)行實(shí)際分析過(guò)程中，往往要基于上述提出的智能化診斷技術(shù)方式，同時(shí)結(jié)合起高速公路現(xiàn)階段的系統(tǒng)維護(hù)重要內(nèi)容，進(jìn)行針對(duì)性地分析以及處理。

在設(shè)備發(fā)生故障之后，需要工作人員馬上到達(dá)故障現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行集中化的故障分析。在人工診斷方式無(wú)法解決故障問(wèn)題的情況下，通過(guò)遠(yuǎn)程診斷故障系統(tǒng)進(jìn)行信息處理，還可以通過(guò)在線診斷的方式，聯(lián)系故障領(lǐng)域的專家進(jìn)行診斷，這樣所采用的智能化診斷技術(shù)，可以極大提升診斷的效果。

例如，在使用故障樹診斷的過(guò)程中，首先可以很好地對(duì)其故障問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性的處理，其次還可以將其故障狀態(tài)進(jìn)行針對(duì)性的目標(biāo)分析，這樣就可以第一時(shí)間在故障狀態(tài)的背景下，進(jìn)行故障成因的確定，同時(shí)對(duì)故障的下一步發(fā)展有著明確的認(rèn)知。

在使用專家系統(tǒng)的過(guò)程中，則是由專業(yè)化的知識(shí)庫(kù)，進(jìn)行故障問(wèn)題的比較分析，進(jìn)而及時(shí)地找到故障處理的具體方案，為相關(guān)工作人員提供較為可靠的數(shù)據(jù)信息。這樣的處理模式下，可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)故障信息的針對(duì)性識(shí)別以及處理，而在維修人員進(jìn)行操作的過(guò)程中，能夠?qū)收鲜冀K處于一個(gè)高效率的處理狀態(tài)，并不會(huì)受到一些外界因素的影響。這樣的技術(shù)處理過(guò)程中，還可以發(fā)揮出系統(tǒng)的智能化水平，利用針對(duì)性的操作方案，保障對(duì)故障處理形成較高的針對(duì)性和效率性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段在進(jìn)行故障處理的過(guò)程中，為了保障高速公路系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，需要積極地保障整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)揮出應(yīng)有的價(jià)值以及作用，這樣才可以最大程度地提升系統(tǒng)的可靠性，避免受到故障的影響。