CN110321583A - 用于技术系统的故障标识的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于技术系统的以计算机支持的方式的故障标识的方法和设备（100），该技术系统包括道岔和道岔驱动器。通过检测该道岔驱动器的测量参量的时间变化过程来探测该道岔的和/或该道岔驱动器的故障或干扰。为该技术系统提供仿真模型并且借助该仿真模型的设定值来设定故障状况，其中该设定值被分配给该故障状况。借助该仿真模型来仿真该技术系统，其中检测该测量参量的所仿真的时间变化过程。将所仿真的时间变化过程与该道岔驱动器的测量参量的时间变化过程比较，其中根据该比较将故障状况分配给所探测到的故障。根据该仿真模型的设定值来标识所探测到的故障的故障原因。

Description

用于技术系统的故障标识的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于技术系统的以计算机支持的方式的故障标识的方法和设备，所述技术系统包括道岔和道岔驱动器（Weichenantrieb）。

背景技术

道岔和道岔驱动器在轨道交通中是车道的中央元件。为了尽可能持久地确保运行流程，对道岔-道岔驱动器系统（Systems Weiche-Weichentrieb）的功能能力的要求通常是高的。在道岔和/或道岔驱动器上的干扰或故障可能强烈限制轨道交通的运行。

已知的是，监控轨道基础设施并且例如借助传感器来监督道岔的和其驱动器的功能能力。尤其已知诊断系统，所述诊断系统可以借助传感器、评估单元和计算机来探测系统上的故障和/或系统运行中的故障。为此，尤其可以监控道岔驱动器的功率消耗，也即，例如在调节过程（Stellvorgang）期间所消耗的功率的时间变化过程。当存在关于预给定的阈值而言的功率消耗的超出或未达到时，例如可以识别故障，例如基于道岔中的障碍物引起的堵塞（Blockade）。故障消除通常在检查（Inspektion）和查找故障原因之后才可以例如通过服务技术人员来执行。这通常可能是非常耗时间的并且引起运行中断。此外，各个故障原因的标识通常是不实际的，因为仅仅可能存在有故障的系统的结果状态。

发明内容

本发明的任务是，实现并且加速用于由道岔和分配给道岔的道岔驱动器组成的系统的故障原因标识。

所述任务通过具有专利权利要求1的特征的方法、通过具有专利权利要求9的特征的设备、通过具有专利权利要求13的特征的计算机程序产品以及通过具有专利权利要求14的特征的计算机可读的存储介质来解决。本发明的有利的实施方式和扩展方案在从属权利要求中说明。

第一方面涉及一种用于技术系统的以计算机支持的方式的故障标识的方法，所述技术系统包括道岔和道岔驱动器，所述方法具有方法步骤：

通过检测所述道岔驱动器的测量参量的时间变化过程来探测所述道岔的和/或所述道岔驱动器的故障，

提供用于所述技术系统的仿真模型并且借助所述仿真模型（Simulationsmodell）的设定值（Einstellwert）来设定故障状况，其中，所述设定值被分配给所述故障状况，

借助所述仿真模型来仿真所述技术系统，其中，检测所述测量参量的所仿真的时间变化过程，

将所述测量参量的所仿真的时间变化过程与所述道岔驱动器的测量参量的时间变化过程进行比较，其中，根据比较结果将所述故障状况分配给所探测到的故障，

根据所述仿真模型的设定值并且根据所述比较结果来标识所探测到的故障的故障原因，

输出所标识的故障原因。

根据本发明的方法的一个优点是，借助技术系统的仿真可以进行所述技术系统的所探测到的故障的原因的标识，其中所述技术系统包括道岔和至少一个道岔驱动器。本发明尤其针对轨道系统，诸如铁路道岔和铁路道岔驱动器。尤其可以远程地，也即在没有技术系统的本地检验（Untersuchung）的情况下进行故障标识。这例如实现在干扰的情况下道岔的和道岔驱动器的更快速的维护并且尤其可以防止较长时间的运行中断。

尤其可以在已知的故障条件下仿真所述技术系统。根据比较结果、尤其当测量参量的所测量的时间变化过程与所仿真的时间变化过程例如在公差范围内一致时，可以将所仿真的故障状况分配给所探测到的故障。

与本发明相关联地，“计算机支持的”例如可以理解为如下方法的实施，在所述方法中，尤其处理器实施所述方法的至少一个方法步骤。

可以借助对道岔驱动器的测量参量的时间变化过程的监控来识别道岔-道岔驱动器系统上的故障或干扰。例如，可以监控道岔驱动器的功率消耗并且当所述功率消耗超出或未达到阈值时探测到故障。可以借助系统的仿真来进行故障原因的快速分析，例如实时的分析。

提供道岔的和至少一个道岔驱动器的仿真模型。为了标识故障原因，可以借助仿真模型仿真预给定的故障状况，例如通过障碍物引起的道岔的调节过程的堵塞。“故障状况”可以例如理解为由一个或多个单个的故障原因组成的组合，其中，仿真模型的设定值分配给所述故障状况。换言之，故障状况可以基于各个故障原因。故障原因可以由设定值导出。

可以在考虑故障状况的情况下进行技术系统的仿真，并且，检测测量参量的所仿真的时间变化过程。优选地，在仿真中检验如下测量参量，对于所述测量参量，存在真实技术系统的测量或时间变化过程。故障状况可以优选地被预给定并且借助用于仿真模型的设定值来设定。设定值尤其可以被分配给故障状况，并且由此再现（wiedergeben）故障原因，诸如道岔中的障碍物或各个移动（beweglich）部分难扳动（Schwergang）。因此可以选择仿真模型的设定值，用于重现（reproduzieren）所述故障状况。

道岔的调节过程可以借助仿真模型被仿真并且测量参量的时间变化过程可以由仿真来被确定。根据与真实的道岔驱动器的测量参量的时间变化过程的比较可以标识故障原因。例如可以将所测量的负载曲线与所仿真的负载曲线（Lastkurve）进行相互比较。例如，该比较可以得出这两个时间变化过程在预给定的值范围内的一致性并且可以将所述故障状况确定为对于所探测到的故障的原因或者将其分配给所探测到的故障。根据仿真模型的设定值，可以确定并输出多个故障原因。可能的是，给该比较分配概率值，基于该概率值可以进行故障原因的标识。

在所述方法的一种有利的实施方式中，仿真模型可以描绘（abbilden）所述道岔的和所述道岔驱动器的电子部件和/或机械部件。

包括道岔和至少一个道岔驱动器的技术系统的仿真模型可以尤其包括所述系统的机械装置和/或电子装置（Mechanik und/oder Elektronik）的详细建模。优选地，借助仿真模型可以描绘技术系统的物理学和作用原理（Wirkprinzipien）并且因此可以分析故障状况。可以仿真道岔的调节过程并且由此确定测量参量的时间变化过程。

在一种有利的实施方式中，可以设定多于一个故障状况并且分别检测所述测量参量的所仿真的时间变化过程，并且根据分别与所述道岔驱动器的测量参量的时间变化过程的比较来挑选（selektieren）具有最小偏差的那个所仿真的时间变化过程。

优选地，多于一个故障状况可以被提供并且借助仿真模型上的所分配的设定值来设定。优选地，可以依次地设定并且仿真所述技术系统的多个故障状况。换言之，可以多次在不同的已知的故障条件下仿真所述技术系统。对于具有所设定的故障状况的每个仿真，可以相应地分别确定测量参量的所仿真的时间变化过程。根据与道岔驱动器的测量参量的所测量的时间变化过程的比较，可以确定以下所仿真的故障状况：所述故障状况的所分配的所仿真的时间变化过程显示出（zeigen）与所测量的时间变化过程的最小偏差，也即例如在比较中显示出最好的一致性。例如，可以由所述偏差确定概率值，该概率值说明可以将故障原因分配给所探测到的故障的概率。优选地，可以借助所述方法的该实施方式来确定如下故障原因，所探测到的故障以高概率基于所述故障原因。

在有利的实施方式中，可以根据测量参量的所仿真的时间变化过程以及所标识的故障原因来确定技术系统的有故障的部件。

优选地，仿真模型可以描绘技术系统的各个软件部件和/或硬件部件。根据分配给故障状况的设定值，可以标识技术系统的部件，例如故障在哪里出现或者哪些是有故障的。

在一种有利的实施方式中，可以借助探测模块来检测和评估传感器数据作为所述技术系统的测量参量。

优选地，技术系统包括用于监控各个部件、例如道岔驱动器的测量参量的传感器。探测模块可以例如检测并评估传感器数据并且由该评估来确定技术系统上的故障。优选地，持续地（fortlaufend）进行技术系统的监控并且立即地或者实时地进行传感器数据的评估。

在一种有利的实施方式中，可以根据配置和/或根据所述技术系统的应用条件和/或环境数据和/或传感器数据来创建和/或校准所述仿真模型。

优选地，可以在系统的仿真之前使仿真模型适配于真实的条件并且相应地校准所述仿真模型。例如，传感器数据可以提供关于要仿真的技术系统的当前信息，所述当前信息可以借助仿真模型的设定值来设定。该仿真因此可以尤其描绘真实系统，诸如尤其特殊特性。因此，可以改善对故障原因的查找。

在一种有利的实施方式中，可以借助所标识的故障原因的输出来确定和发起（einleiten）用于所述道岔上的和/或所述道岔驱动器上的故障消除的措施。

所标识的故障原因的输出可以被用于发起用于消除故障的措施。例如，根据故障原因可以确定合适的措施和/或标识有故障的部件。因此，可以实现快速的维护。因此，尤其对于难以接近（zugänglich）的道岔系统可以进行有效的远程维护。

在一种有利的实施方式中，可以将所标识的故障原因存储在数据库中和/或存储单元中。

可以优选地在列表或目录中检测所标识的故障原因。所存储的故障原因可以例如在相同的或类似的技术系统的将来的干扰的情况下被考虑用于查找故障原因。例如，可以附加地存储所标识的故障原因、诸如环境信息的描述。也可能的是，将所存储的故障原因作为用于后续的故障标识的输入、以故障状况的形式用于仿真模型。利用已知的输入可以借助仿真来加速故障标识。

本发明的一个另外的方面涉及一种用于技术系统的以计算机支持的方式的故障标识的设备，所述技术系统包括道岔和道岔驱动器，所述设备包括：

探测模块，所述探测模块用于通过检测所述道岔驱动器的测量参量的时间变化过程来探测所述道岔的和/或所述道岔驱动器的故障，

仿真模块，所述仿真模块用于提供用于所述技术系统的仿真模型并且借助所述仿真模型的设定值来设定故障状况，并且借助所述仿真模型来仿真所述技术系统，其中，所述设定值被分配给所述故障状况，其中，检测所述测量参量的所仿真的时间变化过程，

比较模块，所述比较模块用于将所述测量参量的所仿真的时间变化过程与所述道岔驱动器的测量参量的时间变化过程进行比较，其中，根据所述比较结果来将所述故障状况分配给所探测到的故障，

标识模块，所述标识模块用于根据所述仿真模型的设定值并且根据所述比较结果来标识所探测到的故障的故障原因，

输出模块，所述输出模块用于输出所标识的故障原因。

尤其，根据本发明的设备可以构型为软件模块和/或硬件模块。

在一种有利的实施方式中，所述设备包括用于检测所述技术系统的传感器数据的传感器。

传感器优选连续地和/或定期地检测技术系统的测量参量的时间变化过程。例如，可以借助道岔驱动器上的传感器随着时间来检测功率消耗。

在一种有利的实施方式中，仿真模块可以这样设立，用于根据配置和/或根据所述技术系统的应用条件和/或环境数据和/或传感器数据来创建和/或校准所述仿真模型。

在一种有利的实施方式中，所述设备包括用于存储所标识的故障原因的存储单元和/或数据库。

本发明的另一个方面涉及一种计算机程序产品以及一种计算机可读的存储介质，该计算机程序产品能够直接加载到可编程的计算机中，所述计算机程序产品包括程序代码部分，所述程序代码部分适合用于执行根据本发明的方法的步骤。

附图说明

在附图中示例性地示出并且接下来更详细地阐述根据本发明的方法的和所述设备的实施例。在示意图中，

图1作为流程图示出用于技术系统的以计算机支持的方式的故障标识的根据本发明的方法的一个实施例；

图2作为流程图示出用于技术系统的以计算机支持的方式的故障标识的根据本发明的方法的另一个实施例；

图3以框图示出用于技术系统的以计算机支持的方式的故障标识的根据本发明的设备的一个实施例。

彼此相应的主题在所有图中配备有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中，作为流程图示出根据本发明的方法的步骤的一个实施例。该实施例涉及轨道系统，所述轨道系统包括道岔和道岔驱动器。在步骤S1中，借助探测模块检测系统上的故障或干扰。例如，故障可以引起道岔控制的失效，从而使道岔驱动器上的传感器在功率消耗的时间变化过程中探测到下降。所探测的故障例如包括道岔系统的失效。这些传感器例如也可以检测温度、压力、加速度或电压。

在步骤S2中，提供技术系统的仿真模型，所述技术系统包括道岔和所属的道岔驱动器。可以根据配置和/或根据所述技术系统的应用条件和/或环境数据和/或传感器数据来设定所述仿真模型。换言之，可以使仿真模型的设定值适配于要仿真的系统。尤其可以使仿真模型例如以特殊的环境条件或确定的维护状态适配于确定的道岔-道岔驱动器系统。

预给定故障状况，所述故障状况通过仿真模型的设定值的设定来设立。借助仿真模型来仿真所述技术系统，在所述仿真模型中，所述故障状况是被设定的。例如，可以仿真道岔的调节过程，其中，故障状况包括道岔中的障碍物。因此，在步骤S3中在考虑障碍物的情况下执行仿真并且检测测量参量的、诸如功率消耗的所仿真的时间变化过程。

在步骤S4中，将测量参量的所仿真的时间变化过程与所测量的时间变化过程进行比较，其中所述所测量的时间变化过程例如由传感器连续地提供。当在这两个时间变化过程之间的偏差落入预给定的公差范围中时，可以将故障状况分配给所探测到的故障。换言之，在时间变化过程的确定的相似性的情况下，可以以确定的概率利用所仿真的故障状况来解释所探测到的故障。

如果所述比较得出，预给定的故障状况得出所仿真的时间变化过程，其中所仿真的时间变化过程可以重现所测量的时间变化过程，则可以由故障状况确定至少一个故障原因。在步骤S5中，为此，根据所述比较来确定所述故障状况例如以概率说明（Wahrscheinlichkeitsangabe）是所探测到的故障的原因，并且根据设定值可以标识至少一个故障原因。

在步骤S6中输出所标识的故障原因。紧接着可以发起用于故障消除的措施。尤其可以根据比较来确定技术系统的各个有故障的部件，从而仅仅可以对于这些部件导出并实施措施。

如果例如由传感器检测到测量参量的异常的时间变化过程、但在此并没有探测到故障，根据本发明的方法例如也可以被用于提早的故障识别。例如，测量参量的时间变化过程的改变已经可以指出将来的故障。通过根据预给定的故障状况进行与所仿真的时间变化过程的比较，可以在严重的干扰、诸如运行失效出现之前确定故障原因。

图2作为流程图示出根据本发明的方法的另一个实施例。各个方法步骤类似于图1中的所描述的步骤。可以在测量参量的所测量的时间变化过程与所仿真的时间变化过程的比较（参见步骤S4）之后，重新预给定故障状况并且执行仿真，见步骤S2和S3。例如，所述比较可以得出，所选择的故障状况得出所仿真的时间变化过程，其中所仿真的时间变化过程不能够在公差范围内重现所测量的时间变化过程。为了优化故障标识，可以以不同的故障状况任意频繁地重复步骤S2至S4。因此，可以确定以下故障状况：所述故障状况的仿真可以这样重现所探测到的故障，使得测量参量的所测量的时间变化过程与所仿真的时间变化过程之间的偏差最小。

换言之，优选地挑选以下故障状况：对于所述故障状况，所仿真的时间变化过程显示出与相应的测量参量的所测量的时间变化过程的最小偏差。

例如，可以将所确定的故障状况存储在数据库和/或存储单元中，并且将其考虑用于所探测到的故障的尤其稍后的分析。

图3以框图示出根据本发明的设备（100）的一个实施例。设备（100）包括探测模块（101）、仿真模块（102）、比较模块（103）、标识模块（104）、输出模块（105）和存储单元（106）或数据库（107）。优选地，所述设备包括用于执行根据本发明的方法的至少一个步骤的处理器（108）。各个模块优选有线地或无线地相互连接。通过通信连接C，所述设备优选与真实道岔-道岔驱动器系统和/或与系统的传感器连接。

所述设备尤其可以包括用于监控技术系统上的测量参量的传感器。借助探测模块（101）可以根据测量参量的所测量的时间变化过程探测故障。

仿真模块（102）这样被设立，用于提供技术系统的机械装置、尤其道岔的和道岔驱动器的部件的仿真模型并且因此执行系统的仿真。根据仿真可以确定测量参量的所仿真的时间变化过程。

比较模块（103）确定所仿真的时间变化过程与测量参量的所测量的时间变化过程的偏差并且例如输出一致性程度或概率值。例如可以借助统计学方法来研究这两个时间变化过程的偏差。

根据比较结果，标识模块（104）输出故障状况作为对于所探测到的故障的原因。根据仿真模型的被分配给所述故障状况的设定值可以标识一个或多个故障原因。

输出模块（105）输出一个或多个所标识的故障原因。例如将故障原因存储在存储单元（106）和/或数据库（107）中。根据故障原因可以导出用于故障消除的措施。

所描述的和/或所示出的所有特征可以在本发明的范围内有利地相互组合。本发明不限于所描述的实施例。

Claims (14)

1.一种用于技术系统的以计算机支持的方式的故障标识的方法，所述技术系统包括道岔和道岔驱动器，所述方法具有方法步骤：

通过检测所述道岔驱动器的测量参量的时间变化过程来探测（S1）所述道岔的和/或所述道岔驱动器的故障，

提供（S2）用于所述技术系统的仿真模型并且借助所述仿真模型的设定值来设定故障状况，其中，所述设定值被分配给所述故障状况，

借助所述仿真模型来仿真（S3）所述技术系统，其中，检测所述测量参量的所仿真的时间变化过程，

将所述测量参量的所述所仿真的时间变化过程与所述道岔驱动器的所述测量参量的所述时间变化过程进行比较（S4），其中，根据比较结果将所述故障状况分配给所探测到的故障，

根据所述仿真模型的所述设定值并且根据所述比较结果来标识（S5）所述所探测到的故障的故障原因，

输出（S6）所标识的所述故障原因。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述仿真模型描绘所述道岔的和所述道岔驱动器的电子部件和/或机械部件。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，设定多于一个故障状况并且分别检测所述测量参量的所述所仿真的时间变化过程，并且根据分别与所述道岔驱动器的所述测量参量的所述时间变化过程的比较来挑选具有最小偏差的那个所仿真的时间变化过程。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述测量参量的所述所仿真的时间变化过程和所述所标识的故障原因来确定所述技术系统的有故障的部件。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，借助探测模块来检测和评估传感器数据作为所述技术系统的测量参量。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，根据配置和/或根据所述技术系统的应用条件和/或环境数据和/或传感器数据来创建和/或校准所述仿真模型。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，借助所述所标识的故障原因的输出来确定和发起用于所述道岔上的和/或所述道岔驱动器上的故障消除的措施。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述所标识的故障原因存储在数据库中和/或存储单元中。

9.一种用于技术系统的以计算机支持的方式的故障标识的设备（100），所述技术系统包括道岔和道岔驱动器，所述设备包括：

探测模块（101），所述探测模块用于通过检测所述道岔驱动器的测量参量的时间变化过程来探测所述道岔的和/或所述道岔驱动器的故障，

仿真模块（102），所述仿真模块用于提供用于所述技术系统的仿真模型并且借助所述仿真模型的设定值来设定故障状况，并且借助所述仿真模型来仿真所述技术系统，其中，所述设定值被分配给所述故障状况，其中，检测所述测量参量的所仿真的时间变化过程，

比较模块（103），所述比较模块用于将所述测量参量的所仿真的时间变化过程与所述道岔驱动器的所述测量参量的所述时间变化过程进行比较，其中，根据比较结果来将所述故障状况分配给所探测到的故障，

标识模块（104），所述标识模块用于根据所述仿真模型的所述设定值并且根据所述比较结果来标识所述所探测到的故障的故障原因，

输出模块（105），所述输出模块用于输出所标识的所述故障原因。

10.根据权利要求9所述的设备，所述设备包括用于检测所述技术系统的传感器数据的传感器。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其中，所述仿真模块这样设立，用于根据配置和/或根据所述技术系统的应用条件和/或环境数据和/或传感器数据来创建和/或校准所述仿真模型。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的设备，所述设备包括用于存储所标识的故障原因的存储单元（106）和/或数据库（107）。

13.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品能够直接加载到可编程的计算机中，所述计算机程序产品包括程序代码部分，所述程序代码部分适合用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。

14.一种计算机可读的存储介质，所述计算机可读的存储介质具有根据权利要求13所述的计算机程序产品。