高速公路机电系统故障智能诊断方法分析

2021-05-19冀磊

运输经理世界 2021年18期

冀磊

（中铁十二局集团电气化工程有限公司，天津 300308）

0 引言

为了维持高速公路各项功能的正常运行，保障高速公路机电设备的稳定性就尤为重要。由于这些设备在运行过程中，经常会受到工作负荷大、环境恶劣等问题的影响，使得故障问题频发，工作人员应利用科学合理的技术手段，及时发现并解决故障，，从而保障高速公路各项功能的正常执行。

1 机电故障处理现状

在高速公路机电系统故障检测中，是以设备运行状态的实时监测、故障定位以及对故障原因的全面分析，提出最终的故障诊断方案。在系统运行环节，一旦出现了故障，就需要快速进行定位处理，因此故障发现和处理的效率，直接影响到业务开展的整体流程。

1.1 故障复杂

高速公路机电系统由于功能较多，设计结构也比较复杂，同时系统当中的设备制式并不统一，形成了较为复杂的接口类型，从而无法对故障信息进行合理分析，严重影响了故障诊断的效率性[1]。

1.2 故障信息传输复杂性

在出现故障之后，所采集到的故障信息，一般是由收费站将其上报到设备管理中心，之后再传输到第三方企业中，这样进行的设备维护，会因为设备停机与维护工作而造成成本增加，故障历史数据也无法进行科学合理的采集。另外，在相同类型的故障分析过程中，则无法进行合理的借鉴以及使用[2]。

1.3 机电系统的设备不统一

现阶段所使用机电系统基本上都是由不同的厂商生产的，因此在进行故障诊断以及处理的过程中，就需要专业工程师进行操作，其他工作人员无法及时地处理好故障问题，这就给机电设备的故障解决带来了直接的影响。

1.4 处理方法落后

在进行高速公路的机电故障诊断和处理中，很多单位还是在使用人工管理的方式，这样的方法较为落后，无论是在管理效率还是在处理准确性上，都存在着一定的问题，无法及时地进行故障管理。

2 智能故障诊断技术

在现阶段技术的发展背景下，使得在国内外出现的一些故障诊断技术，基本上是基于知识的诊断技术方案。在实际的原理上，都要建立在一个较高的知识水平之上，并将辩证逻辑与数理逻辑进行集成化处理，或者实现符号化与数值处理的统一处理方式。在这样的方法理论下，并不需要实现一个精确的数学模型构建，只需要将一些较为抽象的概念和理论进行知识化的处理，就可以实现智能化的故障分析。

2.1 专家系统

专家系统，这是一种十分特殊的故障诊断方法，主要是应用到一些缺乏精确数学模型的故障诊断中。在进行诊断过程中，首先需要将故障信息输入到计算机，并通过专家经验的方式，进行一系列的故障信息推理，这样能够较为快速的找到故障的成因，以及相对应的故障解决方案。故障诊断专家系统也逐渐成为当下行业十分关注的重要故障诊断方式，也是智能化诊断技术发展的主要趋势之一[3]。

在使用这项技术方式的过程中，由于并不需要构建出一个具体的数学模型，而是需要严格地基于工程师日常的工作经验以及一些对故障信息的知识理解，就可以构建出一个比较完善、智能化的诊断程序，并且可以很好地处理一些机电设备较为复杂的故障问题。经过长期的实践后发现，在应对复杂故障问题的时，该技术可以很好地发挥出诊断的效果。

该技术有着较为明显的特征，首先具有较为丰富的处理经验，在程序中存储大量的专家信息、高水平技术、专业知识等多方面的技术内容，可以在使用中进行符号化的操作，基于不同的故障类型，可以进行智能化的知识推理，以此得到相应的解决方案。在专家系统中，也可以进行知识推理过程的分离，这样可以很好地对其系统进行技术的扩展，以此保持一个较高的可能性的能力。该技术整体较为灵活，同时交互性与技术处理过程的透明性也相对较强。但是需要注意的是，在进行处理过程中，其复杂程度比较高，因此就需要随着技术的发展不断地进行完善。当然，这样的被动技术提升方法，也相应地限制了专家系统的技术力提升[4]。

2.2 故障树故障诊断技术

故障树故障诊断技术可以简称为FTA 技术，也是现阶段系统进行安全分析的重要技术分支。在对技术原理进行分析中，发现该技术是一种基于逻辑方法的技术类型，可以较为形象地实现故障的全面分析，这样就可以解决一些系统工程方法安全性问题，全面提升故障诊断的精确性、完善性以及系统性。这是由美国科学家提出的一种可靠性分析技术。在实际使用故障树诊断分析技术的过程中，不仅很好地发现了潜在的故障问题，同时也可以进行良好的故障诊断分析。

在故障树分析方法使用中，本质上是一种基于因果率、自上而下的逻辑分析方式。在实际的处理中，首先从问题的结果着手，在出现故障的第一时间，对故障问题进行产生原因的分析；其次，对不同的因素进行进一步的寻找，明确出具体的成因；最后重复执行这样的分析流程，进而完成对设备所形成故障的具体原因分析。在这样的技术方式下，实现了机电设备故障问题的成因分析，明确呈现出故障的出现范围以及基本的故障特征。在进行处理中，需要保障对其逻辑关系进行良好的协调处理，进而避免出现重复绘制的问题。

2.3 模糊推理方式

当下这种模糊逻辑下所提出的故障诊断分析方式，目的是为了解决故障诊断环节中所出现的大量不确定性、不精确性、噪声等方面的问题。在这些外界因素的影响下，经常会导致故障处理出现大时滞、时变以及非线性的问题。而在使用这种技术之后，可以很好地体现出该技术的优势性。例如，可以在模糊理论当中，设定出一部分真一部分假的技术概念。这样的技术理念与传统的技术逻辑方式并不相同，因此在实际的处理过程中，就可以很好地形成模糊集理论，并对其模糊集进行进一步的定义。当下所采用的模糊集方式，可以有效保障实际处理过程中，形成一定的模糊命题，这对机电设备的处理形成了处理规则以及操作方式的针对性处理。

进行故障检测的过程中，一些特征信号往往要始终处于一个连续性变化的状态，而对于这种故障变化的处理上，经常会导致测量误差。由于测量的特征信号并不完全精确，因此就会导致在诊断的过程中，也相应地无法保持近似的效果。在现阶段基于模糊规则下的技术处理流程中，就可以针对传统方法无法实现的问题，提供一个可解决的途径。

2.4 神经网络技术

当下提出的神经网络技术，就是一种基于人类神经元的基本原理而构建出的一个广泛连接的复杂网络体系。在该网络系统当中，是一种对人类大脑神经细胞结构，以及对功能性的模仿，这是一种与大脑相类似的记忆、学习以及联想的相关功能。在技术当中，可实现信息处理的方式，主要是让神经元之间相互联系，同时以此让其知识以及信息存储并进行高效率的信息处理以及分析。当下所构建出的神经网络技术，本质上是一种大规模的并行结构体系，因此信息可以实现分布式的存储，这样的处理模式下，可以很好地形成较高的自适性，同时进行自组织，信息的容错性也比较客观。伴随着神经网络理论化的发展与进步，使得形成了多种类型的神经网络发展技术形式。例如，当下所出现的一些多层感知器的网络中，就形成了BP 网以及算法，这样会很好地实现针对性的处理以及调整。

2.5 基于案例的推理方法

在案例推理的实际应用过程中，信息获取之后，通过案例库进行信息比对，以此找到相类似的案例，从而进行故障问题的求解。该技术的处理过程中，每次遇到新问题，都需要从故障问题的关键特征角度出发，对其原始案例当中的信息线索进行查找分析，并找到一个具体的等待求解的问题，进行相应的比较分析。如果在案例处理过程中，对其候选案例组合并不满意，就需要马上对其进行针对性的修改，并将其保存到数据库中，完全修改之后，就可以对其问题进行针对性的处理。

3 高速公路机电系统故障智能化诊断实践性分析

当下在机电工程领域所出现的故障问题，会直接影响到高速公路的正常运转，特别是对于管理、运营以及维护环节所造成较为直接的负面影响。

在进行实际分析过程中，往往要基于上述提出的智能化诊断技术方式，同时结合起高速公路现阶段的系统维护重要内容，进行针对性地分析以及处理。

在设备发生故障之后，需要工作人员马上到达故障现场，进行集中化的故障分析。在人工诊断方式无法解决故障问题的情况下，通过远程诊断故障系统进行信息处理，还可以通过在线诊断的方式，联系故障领域的专家进行诊断，这样所采用的智能化诊断技术，可以极大提升诊断的效果。

例如，在使用故障树诊断的过程中，首先可以很好地对其故障问题进行针对性的处理，其次还可以将其故障状态进行针对性的目标分析，这样就可以第一时间在故障状态的背景下，进行故障成因的确定，同时对故障的下一步发展有着明确的认知。

在使用专家系统的过程中，则是由专业化的知识库，进行故障问题的比较分析，进而及时地找到故障处理的具体方案，为相关工作人员提供较为可靠的数据信息。这样的处理模式下，可以很好地实现对故障信息的针对性识别以及处理，而在维修人员进行操作的过程中，能够对故障始终处于一个高效率的处理状态，并不会受到一些外界因素的影响。这样的技术处理过程中，还可以发挥出系统的智能化水平，利用针对性的操作方案，保障对故障处理形成较高的针对性和效率性。