基于 RAMS的地铁信号系统维修策略分析

基于 RAMS的地铁信号系统维修策略分析

邓翔飞

北京城建设计发展集团股份有限公司  100037

摘要：针对于地铁信号系统，为维持其稳定性、实用性处于较高水平，为确保地铁安全、稳定运行，对于地铁维修策略而言，有必要对其合理性进行探究。基于粒子群算法，本文对其求解流程进行分析，对算法优化结果进行了比较，对算法的进化过程进行概述，对结果进行了优化，并制定了维修策略。

关键词：RAMS；信号系统；优化计算；粒子群算法

引言：对于设备失效方式而言，不仅具备一定的差异性，而且具有较强的统一性。何谓统一性，也就是指同一类型的设备，其失效形态是相似的；何谓差异性，也就是指不同类型的设备，基于不一样的环境，所呈现的失效形态不一样。所以，在采用维修方式时，应区分好不同类型的设备，以确保维修方式可行。 1.基本粒子群算法求解流程

采用粒子群算法，来对多目标进行优化求解。种群的初始化：指粒子随机形成的开始位置。目标函数的计算：在计算过程中，基于限制条件，且结合目标函数。最优粒子的更新：对于最优粒子而言，可以将其分为个体与全局最优形式。个体最优在经过相关的运算之后，基于原先的粒子池，选取最佳的合体，若不利于进行对比，借助于随机函数，在进行下一阶段之前，将其中一个个体视为最优体；对于全局最优而言，采用随机函数，可从集合中获取个体。最优集合的更新：若其中一个个体比别的个体都优秀，则可将这个个体归入最优群体中；第二种情况，可经过一系列计算，以生成新的个体，相比于别的个体，若新个体较为优秀，可将新个体融入最优群体中。粒子的速度以及位置的更新：基于最优群体的个体，与之相应的位置以及粒子速度，在三维坐标中，以形成非劣解。算法结束：针对于迭代次数，若其处于预报的上限值，则表示算法结束，若大于预设阈值，则进行迭代过程。

2.对算法优化结果的对比

基于退火机制，将交叉几率设置为0.6，温度冷却的系数设为0.7，变异概率为0.06，在退火时，将开始温度设为100000，在对计算进行模拟优化时，使用Matlab。针对于最优解，其变化范围低于0.0005。经过一系列流程，基于粒子群算法，得出退火机制与标准结果的比较，如图1所示。图中的X值表示不可靠度，Y值表示维修成本。

图1 优化计算结果的比较图

从图中所含信息可以得知，相比于标准粒子计算结果，退火机制结果分布较为均匀，收敛能力姣好，基于Pareto，优解数值较多，与真实值更加接近，采用退火机制算法，可供选择的范围更广。

3.算法的进化过程

在间隔之间，存在既定的代数，基于Pareto，以获得前沿变化图，图2所示为优化计算比较图。通过图2所含的信息可以得知，在初始种群中，分布的范围较广，在50代时，优解数量减少，可发现的轨迹较为模糊。在结束100代优化之后，逐渐形成一定的规律，同时趋向于原点运动，数据分布不在分散，最后几乎趋向于一条弧线。当解集数量达到一定程度时，与收敛条件相符合，在进行到182此迭代时，计算结束，此时优解变化范围低于0.0004，详情如图2中d图所示。通过对优化计算结果进行分析得知，与原点越接近，所耗用的费用越高，若维修次数恒定，在开展维修的过程中，为确保地铁信号系统的安全、稳定性，需增加维修成本。

图2 优化计算过程比较图

4.对结果进行优化，制定维修策略

依据相应的约束条件，决策人员可对问题进行调整，进行二次求解，以比较、选取不一样的解集。比如，在所有约束条件中，选取系统可用度条件，将其依次设置为0.75以及0.85，获得的个体集合存在不同。为实现预期目标以及效果，在使用维修策略时，决策人员应充分结合运行的具体情况。在一定程度上，在可靠度增加的同时，维修费用随之提高。基于不一样的可用度数值，在可靠度恒定的条件下，预设值与维修费用呈正比例关系，预设值越大，维修费用越高。在运行规律方面，最优解集存在一定的相似，但是，在约束条件方面，若条件越低，解集与前端越靠近。在对维修次数进行更改时，能直接影响优化结果，且这种影响较为显著，可供决策人员更充足的选取。针对于信号系统、轨道维修成本以及系统可靠度，进行9次、12次以及15次的维修，得出的的最优解集如图3所示。

图3 基于维修次数的不一样，优化计算结果的比较图

系统可靠性水平与维修成本变化趋势没有多大关系，也就是说，当系统可靠性增强时，维修费用趋势基本没有变化，然而，若时间间隔相同，在维修任务量增加时，在可靠度相同的基础下，维修费用会被降低。最终选定与选取的因素有很大关系。在图3中任意选取一点P，相应进行13次维修,维修费用为83.769万元，系统可靠度为92.25%，信号系统相应的可用度为96.73%。基于图中P点，选取的维修策略如表1所示。

表1 主要部件维修策略

注：表中1表示不做维护，表示保养，3表示修理，4表示更换。

在信号系统中，基于可靠度而言，主机的是最高的，通常情况下，落实好周期性维护工作，就可达到相关要求。在所有的部件中，屏蔽门出现故障的概率较大，因此，需加大对其的维修力度，并且增加更换次数，以确保信号系统的可靠度。

结论：通过以上的分析可以得知，相比于标准粒子计算结果，退火机制结果分布较为均匀，收敛能力姣好，基于Pareto，优解数值较多，与真实值更加接近，采用退火机制算法，可供选择的范围更广；通过对优化计算结果进行分析得知，与原点越接近，所耗用的费用越高，若维修次数恒定，在开展维修的过程中，为确保地铁信号系统的安全、稳定性，需增加维修成本。

参考文献：

[1]何理,石杰红,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,2019,15(S1):10-14.

[2]莫志刚,骆汉宾.基于RAMS的地铁信号系统维修策略研究[J].铁路计算机应用,2018,27(06):53-58.

[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,2018.