KR102469971B1 - Optimized maintenance schedule calculation method and apparatus for railway system - Google Patents

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KR102469971B1
KR102469971B1 KR1020210163313A KR20210163313A KR102469971B1 KR 102469971 B1 KR102469971 B1 KR 102469971B1 KR 1020210163313 A KR1020210163313 A KR 1020210163313A KR 20210163313 A KR20210163313 A KR 20210163313A KR 102469971 B1 KR102469971 B1 KR 102469971B1
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railway system
maintenance schedule
maintenance
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김종운
엔드하르타알폰수스줄란토
정도식
유재윤
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네모시스 주식회사
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Abstract

The present invention relates to an optimized maintenance schedule calculation method for a railway system component, in a maintenance schedule calculation method for calculating a maintenance schedule of a component constituting a railway system, which comprises the steps of: collecting diagnosis score data for the state of a railway system component; calculating a state diagnosis prediction value of a railway system component from the score data; and calculating a maintenance schedule of the railway system component from the state diagnosis prediction value.

Description

철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출방법 및 그장치{OPTIMIZED MAINTENANCE SCHEDULE CALCULATION METHOD AND APPARATUS FOR RAILWAY SYSTEM}Optimized maintenance schedule calculation method and device for railway system parts

본 발명은 철도 시스템 부품의 유지보수 일정을 산출하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to techniques for calculating maintenance schedules for railway system components.

철도 시스템 부품 중 철도 운행과 직접적인 연관이 있는 부품들이 있다. 그 중 하나가 경전철 등에 사용되는 타이어일 수 있다. 타이어에 문제가 발생되면 정비기지로 입고되어 작업자가 육안으로 문제를 확인하고 교체를 진행하게 된다. Among the railway system components, there are those that are directly related to railway operation. One of them may be a tire used for light rail or the like. When a problem occurs in a tire, it is brought to the maintenance base, and a worker visually checks the problem and replaces it.

타이어의 교체시간은 대략 2시간으로 별도의 유지보수 일정을 수립하여 교체하게 된다. 이때 철도 차량의 가용률을 최대화하기 위하여 문제의 타이어의 교체뿐만 아니라 양호한 상태의 타이어도 함께 교체하기도 한다. 또한 정비기지로 입고되어 유지보수 되어야 하는 철도 차량에 대한 작업이 동일기간에 일정 수준 이상으로 발생될 가능성이 있다. The tire replacement time is approximately 2 hours, and a separate maintenance schedule is established to replace the tire. At this time, in order to maximize the availability rate of the railway vehicle, not only the problem tire is replaced, but also the tire in good condition is replaced together. In addition, there is a possibility that work on railway vehicles to be stored and maintained at the maintenance base may occur at a certain level or more during the same period.

이에, 본 발명의 발명자는 타이어와 같이 철도 운행과 매우 밀접한 철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수일정 수립을 통하여 계획기간 동안 철도 차량의 가용률을 최대화할 수 있는 방법에 관하여 오랫동안 연구하고 시행착오를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Accordingly, the inventors of the present invention have studied for a long time on a method for maximizing the availability rate of railroad vehicles during the planning period through the establishment of an optimized maintenance schedule for railroad system parts that are very closely related to railroad operation, such as tires, and after trial and error, The present invention has been completed.

본 발명은 계획기간 동안 철도 차량의 가용률을 최대화할 수있는 철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출방법 및 그 장치를 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for calculating an optimized maintenance schedule for railway system components capable of maximizing the availability rate of railway vehicles during a planning period.

또한, 역치값에 도달하기 전 일정 기간내에만 부품의 교체가 가능하도록 하여 비용절감의 효과도 얻을 수 있는 유지보수 일정 산출방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a maintenance schedule calculation method and apparatus capable of reducing costs by allowing parts to be replaced only within a certain period before reaching a threshold value.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.Meanwhile, other unspecified objects of the present invention will be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.

본 발명의 실시예에 따라서 철도 시스템을 구성하는 부품의 유지보수 일정을 산출하는 유지보수 일정 산출방법에 있어서,In the maintenance schedule calculation method for calculating the maintenance schedule of parts constituting the railway system according to an embodiment of the present invention,

철도 시스템 부품의 상태에 대한 진단 점수 데이터를 수집하는 단계;collecting diagnostic score data on the condition of rail system components;

상기 점수 데이터로부터 철도 시스템 부품의 상태진단 예측값을 산출하는 단계;Calculating a condition diagnosis prediction value of a railway system component from the score data;

상기 상태진단 예측값으로부터 철도 시스템 부품의 유지보수 일정을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,Characterized in that it comprises the step of calculating the maintenance schedule of the railway system parts from the condition diagnosis prediction value,

철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출방법을 제공한다.Provides an optimized maintenance schedule calculation method for railway system parts.

본 발명의 실시예에 따라서 상기 예측값을 산출하는 단계는,Calculating the predicted value according to an embodiment of the present invention,

상기 점수 데이터로부터 ARIMA(AutoRegressive Integrated Moving Average)모형을 통해 상태진단 예측값을 산출하는 것을 포함할 수 있다.It may include calculating a condition diagnosis predicted value from the score data through an ARIMA (AutoRegressive Integrated Moving Average) model.

본 발명의 실시예에 따라서 상기 ARIMA 모형을 수립하는 단계는,Establishing the ARIMA model according to an embodiment of the present invention,

상기 점수 데이터의 정상성을 확인하는 단계-비정상 데이터의 경우 차분으로 정상 데이터를 산출함-;confirming the normality of the score data - calculating normal data by difference in case of abnormal data;

예측기간 및 minAIC(Akaike Information Criterion)를 정의하고 초기 세팅하는 단계;Defining and initial setting a prediction period and minAIC (Akaike Information Criterion);

Autoregressive 차수에 따라 시계열 데이터를 도출하는 단계;Deriving time series data according to an autoregressive order;

MLE(Maximum Likelihood Estimation) 방법을 통해 ARMA 모형 모수(p, q)를 추정하는 단계;Estimating ARMA model parameters (p, q) through Maximum Likelihood Estimation (MLE) method;

모형 적합도인 AIC(p, q)를 산출하는 단계-상기 AIC(p, q)는 아래 식으로 정의되고, 여기서

Figure 112021135714918-pat00001
는 예측 오차의 분산, N은 모형 수립 시 데이터 수임.Calculating AIC (p, q), which is the goodness of fit of the model - the AIC (p, q) is defined by the formula below, where
Figure 112021135714918-pat00001
is the variance of the prediction error, and N is the number of data when establishing the model.

Figure 112021135714918-pat00002
-;
Figure 112021135714918-pat00002
-;

상기 AIC(p, q)가 minAIC보다 작고, 차수 p와 q가 log(N) 이상인 경우, 다음 1-단계의 상태진단 예측값을 산출하는 단계; 및If the AIC(p, q) is less than minAIC and the degrees p and q are greater than or equal to log(N), calculating a state diagnosis predicted value of the next step 1; and

예측기간, p, q를 1단계씩 올리면서 정의된 상기 예측기간까지 상기 시계열로 정리하는 단계부터 상기 상태진단 예측값을 산출하는 단계를 반복하는 단계를 포함할 수 있다.It may include repeating the step of calculating the condition diagnosis prediction value from the step of arranging the prediction period into the time series up to the defined prediction period by increasing the prediction periods p and q by one step.

본 발명의 실시예에 따라서 상기 유지보수 일정을 산출하는 단계는,Calculating the maintenance schedule according to an embodiment of the present invention,

철도차량의 비가용편성 최소화, 유지보수 전 잔여 상태진단 예측값 최소화, 동일기간 발생되는 유지보수 작업 최소화를 모두 고려하여 유지보수 일정을 산출할 수 있다.The maintenance schedule can be calculated by considering all of the minimization of unavailability of railway vehicles, the minimization of the residual condition diagnosis prediction value before maintenance, and the minimization of maintenance work occurring during the same period.

본 발명의 실시예에 따라서 상기 유지보수일정 산출을 위한 목적함수는 아래의 식으로 정의될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the objective function for calculating the maintenance schedule may be defined by the following equation.

MIN

Figure 112021135714918-pat00003
MIN
Figure 112021135714918-pat00003

이때,At this time,

i : 철도 차량 편성에 대한 인덱스, i=1, 2, …Ii: index for rolling stock formation, i=1, 2, … I

j : 철도 차량 편성별 타이어에 대한 인덱스, j=1, 2, …Jj: Index of tires for each train group, j = 1, 2, . . . J

k : 철도 차량 비가용 편성 수에 대한 인덱스, k=0, 1, 2, …Ik: Index of the number of unavailable trains, k=0, 1, 2, … I

(최대비가용편성 = 총철도 차량편성) (Maximum cost of ownership = total number of trains)

n : 조치작업 수에 대한 인덱스, n=0, 1, 2, …Nn: Index of the number of action tasks, n=0, 1, 2, … N

t : 기간에 대한 인덱스, t=1, 2, …Tt : index for period, t=1, 2, … T

P1 k : 비가용 편성 수에 따른 페널티 가중치P 1 k : Penalty weight according to the number of unavailable formations

Dkt : 기간 t에서 철도 차량 비가용 편성 수를 결정하는 변수D kt : variable that determines the number of unavailable trains in period t

(k편 비가용하면 Dkt=1, 아니면 0)(D kt =1 if k flight unavailable, otherwise 0)

P2 : 가중치 P2 : Weight

Rijt : 기간 t에서 철도 차량 i편성 j타이어에 대한 조치전 잔여 상태점수R ijt : Remaining condition score before action for railroad car i organization j tire in period t

P3 n : 가중치P 3 n: Weight

Ynt : 기간 t에서 조치작업 수를 결정하는 변수 (n개 작업시 Ynt=1, 아니면 0)를 의미함.Y nt : means a variable that determines the number of action tasks in period t (Y nt =1 for n tasks, otherwise 0).

본 발명의 일 실시예에 따라서 철도 시스템 부품의 상태를 예측하기 위하여 부품 상태에 대한 진단 점수 데이터를 수집하는 데이터 수집부;상기 점수 데이터로부터 ARIMA 모형을 적용하여 일정기간 동안의 철도 시스템 부품의 상태진단을 예측하는 상태진단 예측값 산출부; 및According to an embodiment of the present invention, a data collection unit for collecting diagnostic score data for component states in order to predict the state of railroad system components; diagnosing the state of railroad system components for a certain period of time by applying an ARIMA model from the score data a state diagnosis prediction value calculation unit that predicts; and

상기 상태진단 예측값으로부터 목적함수를 통해 철도 시스템 부품의 유지보수일정을 산출하는 유지보수일정 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는,Characterized in that it comprises a maintenance schedule calculation unit for calculating the maintenance schedule of railway system parts through an objective function from the condition diagnosis predicted value,

철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출장치를 제공할 수 있다.It is possible to provide an optimized maintenance schedule calculator for railway system parts.

본 발명에 따른 철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출방법 및 그 장치를 이용하면 계획기간 동안 철도 차량의 가용률을 최대화할 수 있다.Using the optimized maintenance schedule calculation method and device for railway system components according to the present invention, it is possible to maximize the availability rate of railway vehicles during the planning period.

또한, 역치값에 도달하기 전 일정 기간내에만 부품의 교체가 가능하도록 하여 비용절감의 효과도 얻을 수 있게 된다.In addition, it is possible to obtain an effect of cost reduction by allowing parts to be replaced only within a certain period before reaching the threshold value.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if the effects are not explicitly mentioned here, it is added that the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and their provisional effects are treated as described in the specification of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 최적화된 유지보수 일정 산출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 ARIMA 모형에 따라 상태진단 예측값을 산출하는 것을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 각 부품에 대한 ARIMA 모형에 따라 산출된 예측값을 나타낸 도면이다.
도 5는 철도 차량 편성별 유지보수 일정을 나타낸 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
1 is a block diagram of a device for calculating an optimized maintenance schedule for railway system components according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for calculating an optimized maintenance schedule according to the present invention.
3 is a flowchart illustrating the calculation of condition diagnosis prediction values according to the ARIMA model.
4 is a diagram showing predicted values calculated according to the ARIMA model for each part.
5 is a diagram showing a maintenance schedule for each train group.
It is revealed that the accompanying drawings are illustrated as references for understanding the technical idea of the present invention, and thereby the scope of the present invention is not limited thereto.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. In the description of the present invention, if it is determined that a related known function may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention as an obvious matter to those skilled in the art, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 본 발명에 따른 철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출방법 및 그 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a method for calculating an optimized maintenance schedule for railway system parts according to the present invention and an embodiment of the device will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

본 발명은 철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정을 산출하는 방법에 관한 것으로서, 크게 일정 계획기간 동안 철도 차량의 가용률을 최대화하면서, 부품의 역치(threshold) 발생시점 이전의 한정된 기간내에만 부품의 교체 등의 유지보수가 가능하도록 하여 비용절감의 효과를 얻기 위한 것이다. The present invention relates to a method for calculating an optimized maintenance schedule for railway system parts, and largely maximizes the availability rate of railway vehicles during a certain planning period, while replacing parts only within a limited period before the threshold of parts occurs. It is to obtain the effect of cost reduction by enabling maintenance of

또한 조치작업이 동일기간에 일정 수준 이상으로 발생하지 않도록 함으로써 정비기지에서 처리할 수 있는 처리용량을 초과하지 않도록 관리할 수 있다.In addition, it is possible to manage not to exceed the processing capacity that can be processed at the maintenance base by preventing action work from occurring at a level higher than a certain level in the same period.

이를 위하여 본 발명은 철도 시스템 부품의 상태진단 예측값을 산출하고, 이로부터 여러 제약조건을 도입하여 유지보수 일정을 산출하는 것을 특징으로 한다.To this end, the present invention is characterized in that a predicted value of a condition diagnosis of a railway system component is calculated, and a maintenance schedule is calculated by introducing various constraints therefrom.

도 1은 본 발명에 따른 철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출장치의 구성도이다. 1 is a block diagram of a device for calculating an optimized maintenance schedule for railway system components according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출장치(100, 이하 '유지보수 일정 산출장치'라 함)는 데이터 수집부(110), 상태진단 예측값 산출부(120), 유지보수 일정 산출부(130)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the optimized maintenance schedule calculator (100, hereinafter referred to as 'maintenance schedule calculator') of the railway system parts according to the present invention includes a data collection unit 110, a condition diagnosis predicted value calculator ( 120), and a maintenance schedule calculator 130.

데이터 수집부(110)는 철도 시스템 부품의 상태를 예측하기 위하여 부품 상태에 대한 진단 점수 데이터를 수집하게 된다. 구체적으로는 철도 시스템 부품 중 철도 운행과 관련되어 유지보수가 요구되는 부품의 상태에 대한 구체적인 진단에 대한 점수 값을 수집하는 것이다. 예를 들어, 철도 시스템 부품의 건전성에 대한 상태를 진단하고 이에 대한 결과를 수치화하여 점수로 데이터 수집부에 입력할 수 있다. The data collection unit 110 collects diagnostic score data for component states in order to predict the state of railroad system components. Specifically, it is to collect score values for a specific diagnosis of the condition of parts requiring maintenance related to railway operation among railway system parts. For example, the condition of the health of railway system parts may be diagnosed, and the result may be digitized and input into a data collection unit as a score.

이렇게 수집된 점수 데이터는 일정기간 동안의 철도 시스템 부품의 상태를 진단하기 위한 자료로 사용될 수 있다. 데이터 수집부(110)에서 모은 점수 데이터는 정상 데이터와 비정상 데이터를 모두 포함할 수 있다.The score data collected in this way can be used as data for diagnosing the condition of railway system components for a certain period of time. The score data collected by the data collection unit 110 may include both normal data and abnormal data.

이에 본 발명은 상태진단 예측값 산출부(120)가 ARIMA 모형을 통하여 일정기간 동안의 철도 시스템 부품의 상태진단을 예측하게 된다. Accordingly, in the present invention, the condition diagnosis prediction value calculation unit 120 predicts the condition diagnosis of railway system parts for a certain period through the ARIMA model.

이후 유지보수 일정 산출부(130)는 목적함수를 이용하여 철도 시스템 부품의 유지보수 일정을 산출하게 된다. 이때 목적함수는 계획기간 별 비가용 편성에 대한 패널티와 유지보수 전 잔여 상태점수의 합, 그리고 동일기간 일정 작업수 이상 발생된 조치작업 패널티의 합을 최소화하는 방향으로 설계된다.Thereafter, the maintenance schedule calculation unit 130 calculates the maintenance schedule of railway system components using the objective function. At this time, the objective function is designed in the direction of minimizing the sum of the penalty for non-availability by planning period, the sum of the remaining condition points before maintenance, and the sum of the penalty for actions that occur over a certain number of tasks during the same period.

도 2는 본 발명에 따른 최적화된 유지보수 일정 산출 방법을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method for calculating an optimized maintenance schedule according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출방법은 진단 점수 데이터 수집 단계, 상태진단 예측값 산출 단계, 유지보수 일정 산출 단계를 포함한다.As shown in FIG. 2 , the method for calculating an optimized maintenance schedule for railway system components according to the present invention includes a diagnostic score data collection step, a condition diagnosis prediction value calculation step, and a maintenance schedule calculation step.

진단 점수 데이터 수집 단계는 철도 시스템 부품의 상태에 대한 진단 점수 데이터를 수집하는 것으로서, 실측을 통해 얻은 철도 시스템 부품에 대한 상태 진단 점수이다. The diagnostic score data collection step is to collect diagnostic score data on the state of railway system parts, which are condition diagnosis scores for railway system parts obtained through actual measurement.

본 발명에 따른 일 실시예로서 아래 표는 경전철 타이어의 건전성에 대한 상태진단 결과를 나타낸다. 타이어의 상태진단 점수는 매일 하루 1개의 상태진단 점수를 측정하고 이를 수집할 수 있다. As an embodiment according to the present invention, the table below shows the condition diagnosis results for the soundness of light rail tires. As for the condition diagnosis score of the tire, one condition diagnosis score per day can be measured and collected.

타이어 상태진단 점수는 1 ~ 100점 사이값으로 정의될 수 있다 (100 = 제일 좋음, 1 = 제일 나쁨).The tire condition diagnosis score can be defined as a value between 1 and 100 points (100 = best, 1 = worst).

날짜date 편성organization 차호chaho 위수order 타이어 IDtire id 상태진단 점수condition diagnosis score 2021-11-302021-11-30 1One 4001 4001 1One 4001-14001-1 6161 2021-11-302021-11-30 1One 4001 4001 22 4001-24001-2 5959 2021-11-302021-11-30 1One 4001 4001 33 4001-34001-3 6565 2021-11-302021-11-30 1One 4001 4001 44 4001-44001-4 6363 2021-11-302021-11-30 1One 4101 4101 1One 4101-14101-1 7979 2021-11-302021-11-30 1One 4101 4101 22 4101-24101-2 8080 2021-11-302021-11-30 1One 4101 4101 33 4101-34101-3 8181 2021-11-302021-11-30 1One 4101 4101 44 4101-44101-4 8080

또한 특정 타이어의 ID별 시계열로 상태진단 점수를 아래와 같이 데이터 정리할 수 있다.In addition, the condition diagnosis score can be organized as follows in a time series by ID of a specific tire.

날짜date 편성organization 차호chaho 위수order 타이어 IDtire id 상태진단 점수condition diagnosis score 2021-11-302021-11-30 1One 4001 4001 1One 4001-14001-1 6161 2021-11-292021-11-29 1One 4001 4001 1One 4001-14001-1 5959 2021-11-282021-11-28 1One 4001 4001 1One 4001-14001-1 6161 2021-11-272021-11-27 1One 4001 4001 1One 4001-14001-1 6060 2021-11-262021-11-26 1One 4101 4101 1One 4001-14001-1 5959 2021-11-252021-11-25 1One 4101 4101 1One 4001-14001-1 6464 2021-11-242021-11-24 1One 4101 4101 1One 4001-14001-1 6363 2021-11-232021-11-23 1One 4101 4101 1One 4001-14001-1 6666

이러한 데이터를 이용하여 철도 시스템 부품의 상태진단 예측값을 산출하게 된다. 이때 예측값을 산출하는 단계는 상태진단 점수 데이터로부터 ARIMA(AutoRegressive Integrated Moving Average)모형을 통해 상태진단 예측값을 산출하게 된다.These data are used to calculate the condition diagnosis prediction value of railway system parts. At this time, in the step of calculating the predicted value, the condition diagnosis predicted value is calculated from the condition diagnosis score data through the ARIMA (AutoRegressive Integrated Moving Average) model.

이러한 상태진단 점수 데이터가 정상 데이터인 경우, Autoregressive Moving Average (ARMA)(p, q) 모형의 일반적인 형태를 따르게 될 것이다. If these condition score data are normal data, they will follow the general form of the Autoregressive Moving Average (ARMA)(p, q) model.

ARMA 모형의 일반적인 형태는 다음과 같다.The general form of the ARMA model is as follows.

Figure 112021135714918-pat00004
Figure 112021135714918-pat00004

여기서, p는 Autoregressive(AR)의 차수, q는 Moving Average(MA)의 차수,

Figure 112021135714918-pat00005
는 AR의 모수,
Figure 112021135714918-pat00006
는 MA의 모수,
Figure 112021135714918-pat00007
는 정상 데이터이고
Figure 112021135714918-pat00008
은 백색잡음(White Noise)를 나타낸다. Here, p is the order of Autoregressive (AR), q is the order of Moving Average (MA),
Figure 112021135714918-pat00005
is the parameter of AR,
Figure 112021135714918-pat00006
is the parameter of MA,
Figure 112021135714918-pat00007
is the normal data
Figure 112021135714918-pat00008
represents white noise.

시계열 데이터의 정상성을 확인하기 위하여 KPSS 검정을 이용한다. KPSS test is used to confirm the stationarity of time series data.

KPSS(Kwiatkowski-Phillips-Schmidt-Shin Test) 검정은 시계열 데이터의 정상성을 검정하는 방법으로 단위근(Unit-root) 검정방법 중 하나로서, 일반적인 단위근 검정법과 반대로 귀무가설이 "시계열이 정상 시계열(stationary)이다"라고 설정하며 반대로 대립가설을 "시계열이 비정상 시계열(non stationary)이다"라고 설정하여 검정하는 방법을 말한다.The KPSS (Kwiatkowski-Phillips-Schmidt-Shin Test) test is one of the Unit-root test methods to test the stationarity of time series data. )" and, conversely, the alternative hypothesis is set as "the time series is non stationary".

KPSS 검정을 통해 데이터의 정상성(data stationarity)를 확인하고, 정상성을 나타내지 않는 데이터를 차분(differencing) 데이터를 산출하게 된다.Data stationarity is confirmed through the KPSS test, and differencing data is calculated for data that does not represent stationarity.

비정상 데이터를 포함하는 경우 이를 차분하여 정상데이터로 산출한 다음 ARIMA 모형에 따라 상태진단 예측값을 산출하게 된다.If abnormal data is included, it is differentiated and calculated as normal data, and then the condition diagnosis prediction value is calculated according to the ARIMA model.

Figure 112021135714918-pat00009
Figure 112021135714918-pat00009

여기서

Figure 112021135714918-pat00010
는 정상 아닌 데이터, d는 차분 차수를 나타낸다.here
Figure 112021135714918-pat00010
is non-normal data, and d represents the difference order.

도 3은 ARIMA 모형에 따라 상태진단 예측값을 산출하는 것을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating the calculation of condition diagnosis prediction values according to the ARIMA model.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 상태진단 예측값을 산출하는 것은 ARIMA 모형의 수립을 하는 것을 포함한다.As shown in FIG. 3, calculating the condition diagnostic prediction value according to the present invention includes establishing an ARIMA model.

ARIMA 모형의 적용을 위하여 상기 점수 데이터의 정상성을 확인한다. 비정상 데이터의 경우 차분으로 정상 데이터를 산출하게 된다. 이후 예측기간 및 minAIC(Akaike Information Criterion)를 정의하고 초기 세팅하는 단계를 진행한다. For the application of the ARIMA model, the normality of the score data is confirmed. In the case of abnormal data, normal data is calculated by difference. Thereafter, a step of defining a prediction period and minAIC (Akaike Information Criterion) and initial setting is performed.

그 다음 Autoregressive 차수에 따라 시계열 데이터를 도출하고, MLE(Maximum Likelihood Estimation) 방법을 통해 ARMA 모형 모수(p, q)를 추정하게 된다. Then, time series data is derived according to the autoregressive order, and the ARMA model parameters (p, q) are estimated through the MLE (Maximum Likelihood Estimation) method.

그 다음 모형 적합도인 AIC(p, q)를 산출하게 된다. 이때 AIC(p, q)는 아래 식으로 정의되고, 여기서

Figure 112021135714918-pat00011
는 예측 오차의 분산, N은 모형 수립 시 데이터 수를 나타낸다.Then, AIC(p, q), which is the goodness of fit of the model, is calculated. At this time, AIC(p, q) is defined by the equation below, where
Figure 112021135714918-pat00011
is the variance of the prediction error, and N is the number of data when establishing the model.

Figure 112021135714918-pat00012
Figure 112021135714918-pat00012

산출된 AIC(p, q)가 minAIC보다 작고, 차수 p와 q가 log(N) 이상인 경우, 다음 1-단계의 상태진단 예측값을 산출하게 된다. When the calculated AIC(p, q) is smaller than minAIC and the order p and q are greater than log(N), the next step 1 state diagnosis prediction value is calculated.

이후 정의된 상기 예측기간까지 예측기간, p, q를 1단계씩 올리면서 시계열로 정리하는 단계부터 상태진단 예측값을 산출하는 단계를 반복적으로 진행하게 된다.Thereafter, the step of arranging the prediction periods, p, and q in a time series while raising the predicted periods by one step until the defined prediction period, and the step of calculating the condition diagnosis prediction value are repeatedly performed.

도 4는 각 부품에 대한 ARIMA 모형에 따라 산출된 예측값을 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing predicted values calculated according to the ARIMA model for each part.

도 4에 도시된 바와 같이 52일 간의 ARIMA 모형을 통해 예측된 각 타이어에 대한 상태진단 예측값을 보여주고 있다. 즉 각각의 타이어마다 미래의 상태에 대한 예측값을 산출함으로써, 이를 바탕으로 타이어의 유지보수 계획을 산출할 수 있는 것이다.As shown in FIG. 4, the condition diagnosis prediction value for each tire predicted through the 52-day ARIMA model is shown. That is, by calculating a predicted value for the future state of each tire, it is possible to calculate a tire maintenance plan based on this.

유지보수 일정을 산출하는 단계는 철도차량의 비가용편성 최소화, 유지보수 전 잔여 상태진단 예측값 최소화, 동일기간 발생되는 유지보수 작업 최소화를 모두 고려하여 유지보수 일정을 산출하게 된다.In the step of calculating the maintenance schedule, the maintenance schedule is calculated by considering all of the minimization of non-availability of railway vehicles, the minimization of the residual condition diagnosis prediction value before maintenance, and the minimization of maintenance work occurring during the same period.

철도 차량의 가용률을 극대화하기 위해서 종래에는 타이어의 상태가 양호함에도 불구하고 이를 교체하거나 유지보수하는 가능성이 존재하였다. 또한 유지보수나 교체 작업이 동일 기간에 동시에 집중적으로 발생될 가능성도 있다.Conventionally, in order to maximize the availability of railway vehicles, there is a possibility of replacing or maintaining tires even when the tires are in good condition. In addition, there is a possibility that maintenance or replacement work may occur simultaneously and intensively in the same period.

이에 따라서 각 타이어의 추정된 역치(threshold) 시점 이전에 한정된 기간내에만 유지보수 등의 조치가 가능하도록 제한하고, 각 타이어의 유지보수 전 잔여 상태점수를 최소화하는 것을 고려하는 것이다. 또한 유지보수 작업이 일정기간에 집중되지 않도록 동일 기간에 일정 수준 이상 발생하지 않도록 제한할 수 있다.Accordingly, it is considered that measures such as maintenance are possible only within a limited period prior to the estimated threshold of each tire, and that the remaining state score before maintenance of each tire is minimized. In addition, maintenance work can be limited so that it does not occur more than a certain level in the same period so that it is not concentrated in a certain period.

이러한 점을 반영하여 유지보수 일정계획 수립을 위한 목적함수를 도출하였다. Reflecting these points, an objective function for establishing a maintenance schedule was derived.

이때 목적함수는 아래와 같은 가정하에 이루어졌다.At this time, the objective function was made under the following assumptions.

1) 각 철도 차량의 타이어별 현재 상태점수는 알려져 있다.1) The current condition score for each tire of each railway vehicle is known.

2) 계획기간 동안 각 철도 차량의 타이어별 상태점수는 예측 가능하고 확정적이다.2) During the planning period, the condition score for each tire of each railroad car is predictable and definitive.

3) 타이어의 사용 가능한 최소한의 상태점수(threshold)는 알려져 있고, 계획기간 동안 모든 타이어에 대해서 사용 불가능한 상태점수가 발생하는 것을 허용하지 않는다. (이는 각 타이어에 대해서 threshold 발생 시점을 기준으로 그 이전 기간에 유지보수가 필요한 것을 의미한다.)3) The minimum usable condition score (threshold) of a tire is known, and it is not allowed to generate unusable condition scores for all tires during the planning period. (This means that maintenance is required in the previous period based on the threshold occurrence time for each tire.)

4) 각 타이어에 대한 유지보수작업 형태는 단일하고, 유지보수작업 후 최고의 상태점수로 회복되어 계획기간 동안 추가적인 유지보수는 필요없다. 4) The maintenance work type for each tire is single, and additional maintenance is not required during the planning period as it is restored to the highest condition score after maintenance work.

5) 각 타이어에 대한 유지보수는 단일 기간에 완료된다.5) Maintenance for each tire is completed in a single period.

6) 각 타이어의 유지보수기간 동안 해당 타이어가 장착된 철도차량은 비가용상태가 된다.6) During the maintenance period of each tire, the railroad car equipped with the tire becomes unavailable.

7) 철도 차량의 다른 유지보수 일정계획을 고려하지 않는다.7) Do not consider other maintenance schedules of rolling stock.

상술한 가정하에서 철도차량의 비가용편성 최소화, 유지보수 전 잔여 상태진단 예측값 최소화, 동일기간 발생되는 유지보수 작업 최소화를 모두 고려하여 유지보수 일정을 수립하기 위한 목적함수를 도출하였다.Under the above assumptions, the objective function for establishing the maintenance schedule was derived by considering the minimization of unavailability of railway vehicles, the minimization of the residual condition diagnosis prediction value before maintenance, and the minimization of maintenance work occurring during the same period.

이에 따른 목적함수는 아래와 같다. The resulting objective function is as follows.

MIN

Figure 112021135714918-pat00013
MIN
Figure 112021135714918-pat00013

즉, 철도차량의 비가용편성에 대한 패널티, 유지보수 전 잔여 상태진단 예측값, 동일기간 일정 작업수 이상 발생된 유지보수 작업에 대한 패널티의 합이 최소가 되도록 유지보수 계획을 설정하는 것이다. In other words, the maintenance plan is set so that the sum of the penalty for non-availability of railway vehicles, the estimated value of residual condition diagnosis before maintenance, and the penalty for maintenance work that occurs more than a certain number of work during the same period is minimized.

상술한 목적함수에 있어서 인덱스, 입력파라미터 및 의사결정변수는 아래와 같다.In the above-described objective function, the index, input parameters, and decision-making variables are as follows.

i : 철도 차량 편성에 대한 인덱스, i=1, 2, …Ii: index for rolling stock formation, i=1, 2, … I

j : 철도 차량 편성별 타이어에 대한 인덱스, j=1, 2, …Jj: Index of tires for each train group, j = 1, 2, . . . J

k : 철도 차량 비가용 편성 수에 대한 인덱스, k=0, 1, 2, …Ik: Index of the number of unavailable trains, k=0, 1, 2, … I

(최대비가용편성 = 총철도 차량편성) (Maximum cost of ownership = total number of trains)

n : 조치작업 수에 대한 인덱스, n=0, 1, 2, …Nn: Index of the number of action tasks, n=0, 1, 2, … N

t : 기간에 대한 인덱스, t=1, 2, …Tt : index for period, t=1, 2, … T

P1 k : 비가용 편성 수에 따른 페널티 가중치P 1 k : Penalty weight according to the number of unavailable formations

Dkt : 기간 t에서 철도 차량 비가용 편성 수를 결정하는 변수D kt : variable that determines the number of unavailable trains in period t

(k편 비가용하면 Dkt=1, 아니면 0)(D kt =1 if k flight unavailable, otherwise 0)

P2 : 가중치 P2 : Weight

Rijt : 기간 t에서 철도 차량 i편성 j타이어에 대한 조치전 잔여 상태점수R ijt : Remaining condition score before action for railroad car i organization j tire in period t

P3 n : 가중치P 3 n: Weight

Ynt : 기간 t에서 조치작업 수를 결정하는 변수 (n개 작업시 Ynt=1, 아니면 0)Y nt : A variable that determines the number of action tasks in period t (Y nt =1 for n tasks, otherwise 0)

도 5는 철도 차량 편성별 유지보수 일정을 나타낸 도면이다. 상술한 목적함수에 따라서 산출된 유지보수 일정계획 화면으로서, 본 화면에서는 산출되는 유지보수 작업수 및 비가용 편성수만이 개시되어 있지만, 더 자세하게는 유지보수를 요하는 해당 타이어에 대한 구체적인 정보를 더 포함할 수 있다.5 is a diagram showing a maintenance schedule for each train group. As a maintenance schedule planning screen calculated according to the above-described objective function, only the calculated number of maintenance work and the number of unavailable trains are disclosed on this screen, but in more detail, specific information on the tire requiring maintenance is further provided. can include

이처럼 본 발명은 철도차량의 비가용편성 최소화, 유지보수 전 잔여 상태진단 예측값 최소화, 동일기간 발생되는 유지보수 작업 최소화를 모두 고려하여 철도 차량 편성별 최적의 유지보수 일정계획을 산출함으로써, 계획기간 동안 철도 차량의 가용율을 최대화하면서, 한편으로 비용도 절감할 수 있게 된다.As such, the present invention calculates the optimal maintenance schedule plan for each train organization by considering all of the minimization of the unavailability of railroad vehicles, the minimization of the residual state diagnosis prediction value before maintenance, and the minimization of maintenance work occurring during the same period, so that during the planning period While maximizing the availability of rail vehicles, it is also possible to reduce costs on the one hand.

또한 철도 차량의 타이어 유지보수 최적화 일정계획에 관하여 다양한 가정 및 목적 정의에 따른 제약식이 적용될 수 있다.In addition, constraints according to various assumptions and purpose definitions can be applied to the schedule plan for optimizing the tire maintenance of railway vehicles.

1) 계획기간 동안 사용 불가능한 상태점수가 발생하는 것을 허용하지 않는 경우 아래와 같은 제약식을 갖을 수 있다.1) In the case of not allowing unusable state points to occur during the planning period, the following constraints can be applied.

Figure 112021135714918-pat00014
Figure 112021135714918-pat00014

이때 Smin은 사용 불가능한 상태점수(threshold)를 의미한다.At this time, S min means an unusable state score (threshold).

상술한 제약식은 계획기간 동안 필요한 조치를 통하여 모든 타이어의 상태점수가 사용 가능한 최소한의 상태점수(threshold) 이상이어야 됨을 의미하며, 최대 I × J × T개의 제약식이 존재한다.The above-mentioned constraint expression means that the condition points of all tires must be greater than the minimum usable condition score (threshold) through necessary measures during the planning period, and there are maximum I × J × T number of constraint expressions.

2) 각 타이어에 대한 조치작업 형태는 단일하고, 조치작업 후 최고의 상태점수로 회복되어 계획기간 동안 추가적인 조치는 필요없는 경우 아래와 같은 제약식을 갖을 수 있다.2) The type of action work for each tire is single, and if additional action is not required during the planning period after the action is restored to the highest condition score, the following constraints can be applied.

Figure 112021135714918-pat00015
Figure 112021135714918-pat00015

상술한 제약식은 계획기간 동안 최대 1회 이하의 조치만을 고려하도록 제약하며, 최대 I × J 개의 제약식이 존재한다.The above-mentioned constraint formula restricts to consider only one action or less during the planning period, and there are maximum I × J constraint formulas.

Figure 112021135714918-pat00016
Figure 112021135714918-pat00016

이때, NSijt는 아무런 조치가 없는 경우 기간 t에서 철도 차량 i편성 j타이어에 대한 추정 상태점수를 의미하고, Stop는 조치 후 추가적인 조치가 필요없는 최고의 상태점수를 의미하며, Xijt는 기간 t에서 철도 차량 i편성 j타이어에 대한 조치 유무 (교체 1, 아니면 0)를 의미한다.At this time, NS ijt means the estimated condition score for railroad car i formation j tire in period t when no action is taken, Stop means the highest condition score that does not require additional action after action, and X ijt means period t means whether or not there is an action (replacement 1, otherwise 0) for railway vehicle i organization j tires.

상술한 제약식은 기간 t 및 그 이전 기간에서 철도 차량 i편성 j타이어에 대한 조치가 일어나면 타이어의 상태점수가 추가적인 조치가 필요없는 최고의 상태점수인 Stop로 바뀌고, 조치가 없으면 처음 추정한 상태점수인 NSijt가 됨을 의미하며, 최대 I × J × T개의 제약식이 존재한다.In the above-mentioned constraint formula, if an action on the tire of train i organization j occurs in the period t and the previous period, the condition score of the tire changes to Stop , which is the highest condition score that does not require additional action, and if there is no action, the first estimated condition score It means that it becomes NS ijt , and there are maximum I × J × T constraints.

3) 유지보수 작업수 계산을 위한 제약식3) Constraints for calculating the number of maintenance operations

Figure 112021135714918-pat00017
Figure 112021135714918-pat00017

상술한 제약식은 각 기간 t에서 최소 0에서 최대 N개의 조치작업이 발생할 수 있다는 것을 의미하며, 최대 T개의 제약식이 존재한다.The above-described constraint expression means that a minimum of 0 to a maximum of N actions can occur in each period t, and there are maximum T number of constraints.

Figure 112021135714918-pat00018
Figure 112021135714918-pat00018

상술한 제약식은 각 기간 t에서 구체적으로 발생되는 작업의 수를 결정하는 제약식으로 최대 T개의 제약식이 존재한다.The above constraint formula is a constraint formula that determines the number of jobs specifically generated in each period t, and there are a maximum of T constraint formulas.

4) 비가용 편성수 계산을 위한 제약식4) Constraints for calculating the number of unavailable programs

Figure 112021135714918-pat00019
Figure 112021135714918-pat00019

이때, Zit는 기간 t에서 철도 차량 i편성에 대한 조치 유무 (점검 1, 아니면 0)를 의미한다. At this time, Zit means whether or not an action has been taken for train i organization in period t (check 1, otherwise 0).

상술한 제약식은 각 기간 t에서 편성 i에 부착된 타이어에 조치작업이 발생하면 편성 i를 조치작업에 따른 비가용 편성으로 산정하기 위한 제약식으로, 최대 I × T개의 제약식이 존재한다.The above-described constraint formula is a constraint formula for calculating formation i as an unavailable formation according to the action task when an action work occurs on a tire attached to formation i in each period t, and there are a maximum of I × T number of constraint expressions.

Figure 112021135714918-pat00020
Figure 112021135714918-pat00020

상술한 제약식은 각 기간 t에서 최소 0에서 최대 I개의 비가용 편성 댓수가 발생할 수 있다는 것을 의미하며, 최대 T개의 제약식이 존재한다.The above constraint expression means that a minimum of 0 to a maximum of I unavailable units can occur in each period t, and there are a maximum of T number of constraints.

Figure 112021135714918-pat00021
Figure 112021135714918-pat00021

상술한 제약식은 각 기간 t에서 비가용 편성 수를 결정하는 제약식으로, 최대 T개의 제약식이 존재한다.The above constraint equation is a constraint equation for determining the number of unavailable teams in each period t, and there are a maximum of T constraint equations.

5) 조치 시 잔여 상태점수 계산을 위한 제약식5) Constraints for calculating the residual state score at the time of action

Figure 112021135714918-pat00022
Figure 112021135714918-pat00022

이때 Rijt는 기간 t에서 철도 차량 i편성 j타이어에 대한 조치전 잔여 상태점수를 의미한다.At this time, Ri ijt means the remaining condition score before the action for the railway vehicle i organization j tires in period t.

상술한 제약식은 각 기간 t에서 철도 차량 i편성 j타이어에 대한 조치가 일어나면 현재의 상태점수를 잔여 상태점수로 기록하고, 조치가 일어나지 않으면 0으로 기록하는 제약식으로, 최대 I × J × T개의 제약식이 존재한다.The above-described constraint equation is a constraint equation that records the current state score as the remaining state score if an action on the railroad vehicle i formation j tire occurs in each period t, and records 0 if no action occurs. Maximum I × J × T constraints exist.

이처럼 다양한 제약식을 통해 다양한 가정 및 목적 정의에 맞추어 철도 시스템 부품의 유지보수에 대한 최적화된 일정계획을 수립할 수 있게 된다.Through these various constraints, it is possible to establish an optimized schedule plan for the maintenance of railway system parts according to various assumptions and purpose definitions.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.The protection scope of the present invention is not limited to the description and expression of the embodiments explicitly described above. In addition, it is added once again that the protection scope of the present invention cannot be limited due to obvious changes or substitutions in the technical field to which the present invention belongs.

100: 유지보수 일정 산출장치
110: 데이터 수집부
120: 상태진단 예측값 산출부
130: 유지보수 일정 산출부
100: maintenance schedule calculator
110: data collection unit
120: state diagnosis prediction value calculation unit
130: maintenance schedule calculation unit

Claims (14)

철도 시스템을 구성하는 부품의 유지보수 일정을 산출하는 유지보수 일정 산출방법에 있어서,
철도 시스템 부품의 상태에 대한 진단 점수 데이터를 수집하는 단계;
상기 진단 점수 데이터로부터 철도 시스템 부품의 상태진단 예측값을 산출하는 단계;
상기 상태진단 예측값으로부터 철도 시스템 부품의 유지보수 일정을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 예측값을 산출하는 단계는,
상기 진단 점수 데이터로부터 ARIMA(AutoRegressive Integrated Moving Average)모형을 통해 상태진단 예측값을 산출하는 것을 포함하며,
상기 ARIMA 모형을 수립하는 단계는,
상기 점수 데이터의 정상성을 확인하는 단계-비정상 데이터의 경우 차분으로 정상 데이터를 산출함-;
예측기간 및 minAIC(Akaike Information Criterion)를 정의하고 초기 세팅하는 단계;
Autoregressive 차수에 따라 시계열 데이터를 도출하는 단계;
MLE(Maximum Likelihood Estimation) 방법을 통해 ARMA 모형 모수(p, q)를 추정하는 단계;
모형 적합도인 AIC(p, q)를 산출하는 단계-상기 AIC(p, q)는 아래 식으로 정의되고, 여기서
Figure 112022112352721-pat00023
는 예측 오차의 분산, N은 모형 수립 시 데이터 수임.
Figure 112022112352721-pat00024
-;
상기 AIC(p, q)가 minAIC보다 작고, 차수 p와 q가 log(N) 이상인 경우, 다음 1-단계의 상태진단 예측값을 산출하는 단계; 및
정의된 상기 예측기간까지 예측기간, p, q를 1단계씩 올리면서 상기 시계열로 정리하는 단계부터 상기 상태진단 예측값을 산출하는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출방법.
In the maintenance schedule calculation method for calculating the maintenance schedule of the parts constituting the railway system,
collecting diagnostic score data on the condition of rail system components;
Calculating a condition diagnosis prediction value of a railway system component from the diagnosis score data;
Calculating a maintenance schedule for railway system parts from the condition diagnosis prediction value;
Calculating the predicted value,
Calculating a condition diagnosis prediction value through an ARIMA (AutoRegressive Integrated Moving Average) model from the diagnosis score data,
The step of establishing the ARIMA model,
confirming the normality of the score data - calculating normal data by difference in case of abnormal data;
Defining and initial setting a prediction period and minAIC (Akaike Information Criterion);
Deriving time series data according to an autoregressive order;
Estimating ARMA model parameters (p, q) through Maximum Likelihood Estimation (MLE) method;
Calculating AIC (p, q), which is the goodness of fit of the model - the AIC (p, q) is defined by the formula below, where
Figure 112022112352721-pat00023
is the variance of the prediction error, and N is the number of data when establishing the model.
Figure 112022112352721-pat00024
-;
If the AIC(p, q) is less than minAIC and the degrees p and q are greater than or equal to log(N), calculating a state diagnosis predicted value of the next step 1; and
Characterized in that it includes repeating the step of calculating the condition diagnosis prediction value from the step of arranging the forecast period, p, q by one step until the defined prediction period, and arranging them into the time series.
A method for calculating an optimized maintenance schedule for railway system components.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 유지보수 일정을 산출하는 단계는,
철도차량의 비가용편성 최소화, 유지보수 전 잔여 상태진단 예측값 최소화, 동일기간 발생되는 유지보수 작업 최소화를 모두 고려하여 유지보수 일정을 산출하는 것을 특징으로 하는,
철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출방법.
According to claim 1,
Calculating the maintenance schedule,
Characterized in that the maintenance schedule is calculated by considering all of the minimization of unavailability of railway vehicles, the minimization of the residual condition diagnosis prediction value before maintenance, and the minimization of maintenance work occurring during the same period,
A method for calculating an optimized maintenance schedule for railway system components.
제4항에 있어서,
상기 유지보수일정 산출을 위한 목적함수는 아래의 식으로 정의되는 것을 특징으로 하는,
철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출방법.
MIN
Figure 112021135714918-pat00025

이때,
i : 철도 차량 편성에 대한 인덱스, i=1, 2, …I
j : 철도 차량 편성별 타이어에 대한 인덱스, j=1, 2, …J
k : 철도 차량 비가용 편성 수에 대한 인덱스, k=0, 1, 2, …I
(최대비가용편성 = 총철도 차량편성)
n : 조치작업 수에 대한 인덱스, n=0, 1, 2, …N
t : 기간에 대한 인덱스, t=1, 2, …T
P1 k : 비가용 편성 수에 따른 페널티 가중치
Dkt : 기간 t에서 철도 차량 비가용 편성 수를 결정하는 변수
(k편 비가용하면 Dkt=1, 아니면 0)
P2 : 가중치
Rijt : 기간 t에서 철도 차량 i편성 j타이어에 대한 조치전 잔여 상태점수
P3 n : 가중치
Ynt : 기간 t에서 조치작업 수를 결정하는 변수 (n개 작업시 Ynt=1, 아니면 0)를 의미함.
According to claim 4,
Characterized in that the objective function for calculating the maintenance schedule is defined by the following equation,
A method for calculating an optimized maintenance schedule for railway system components.
MIN
Figure 112021135714918-pat00025

At this time,
i: index for rolling stock formation, i=1, 2, … I
j: Index of tires for each train group, j = 1, 2, . . . J
k: Index of the number of unavailable trains, k=0, 1, 2, … I
(Maximum cost of ownership = total number of trains)
n: Index of the number of action tasks, n=0, 1, 2, … N
t : index for period, t=1, 2, … T
P 1 k : Penalty weight according to the number of unavailable formations
D kt : variable that determines the number of unavailable trains in period t
(D kt =1 if k flight unavailable, otherwise 0)
P2 : Weight
R ijt : Remaining condition score before action for railroad car i organization j tire in period t
P 3 n: Weight
Y nt : means a variable that determines the number of action tasks in period t (Y nt =1 for n tasks, otherwise 0).
제1항에 있어서,
상기 진단 점수 데이터는,
철도 시스템 부품의 상태에 대한 진단 점수 데이터를 수집하는 것으로서, 실측을 통해 얻은 철도 시스템 부품에 대한 상태진단 점수를 의미하는 것을 특징으로 하는,
철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출방법.
According to claim 1,
The diagnostic score data,
It is characterized by collecting diagnosis score data on the condition of railway system parts, which means the condition diagnosis score for railway system parts obtained through actual measurement,
A method for calculating an optimized maintenance schedule for railway system components.
제1항에 있어서,
상기 철도 시스템 부품은,
경전철 타이어 인것을 특징으로 하는,
철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출방법.
According to claim 1,
The railway system parts,
Characterized in that it is a light rail tire,
A method for calculating an optimized maintenance schedule for railway system components.
철도 시스템 부품의 상태를 예측하기 위하여 부품 상태에 대한 진단 점수 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
상기 진단 점수 데이터로부터 일정기간 동안의 철도 시스템 부품의 상태진단을 예측하는 상태진단 예측값 산출부; 및
상기 상태진단 예측값으로부터 목적함수를 통해 철도 시스템 부품의 유지보수일정을 산출하는 유지보수일정 산출부를 포함하고,
상기 상태진단 예측값 산출부는,
상기 진단 점수 데이터로부터 ARIMA(AutoRegressive Integrated Moving Average)모형을 통해 상태진단 예측값을 산출하는 것을 포함하며,
상기 ARIMA 모형을 수립하는 방법은,
상기 점수 데이터의 정상성을 확인하는 단계-비정상 데이터의 경우 차분으로 정상 데이터를 산출함-;
예측기간 및 minAIC(Akaike Information Criterion)를 정의하고 초기 세팅하는 단계;
Autoregressive 차수에 따라 시계열 데이터를 도출하는 단계;
MLE(Maximum Likelihood Estimation) 방법을 통해 ARMA 모형 모수(p, q)를 추정하는 단계;
모형 적합도인 AIC(p, q)를 산출하는 단계-상기 AIC(p, q)는 아래 식으로 정의되고, 여기서
Figure 112022112352721-pat00031
는 예측 오차의 분산, N은 모형 수립 시 데이터 수임.
Figure 112022112352721-pat00032
-;
상기 AIC(p, q)가 minAIC보다 작고, 차수 p와 q가 log(N) 이상인 경우, 다음 1-단계의 상태진단 예측값을 산출하는 단계; 및
정의된 상기 예측기간까지 예측기간, p, q를 1단계씩 올리면서 상기 시계열로 정리하는 단계부터 상기 상태진단 예측값을 산출하는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출장치.
a data collection unit that collects diagnostic score data for parts states in order to predict the state of railway system parts;
a condition diagnosis prediction value calculation unit that predicts condition diagnosis of railway system components for a certain period from the diagnosis score data; and
A maintenance schedule calculation unit that calculates a maintenance schedule for railway system parts through an objective function from the condition diagnosis prediction value,
The state diagnosis prediction value calculation unit,
Calculating a condition diagnosis prediction value through an ARIMA (AutoRegressive Integrated Moving Average) model from the diagnosis score data,
The method of establishing the ARIMA model,
confirming the normality of the score data - calculating normal data by difference in case of abnormal data;
Defining and initial setting a prediction period and minAIC (Akaike Information Criterion);
Deriving time series data according to an autoregressive order;
Estimating ARMA model parameters (p, q) through Maximum Likelihood Estimation (MLE) method;
Calculating AIC (p, q), which is the goodness of fit of the model - the AIC (p, q) is defined by the formula below, where
Figure 112022112352721-pat00031
is the variance of the prediction error, and N is the number of data when establishing the model.
Figure 112022112352721-pat00032
-;
If the AIC(p, q) is less than minAIC and the degrees p and q are greater than or equal to log(N), calculating a state diagnosis predicted value of the next step 1; and
Characterized in that it includes repeating the step of calculating the condition diagnosis prediction value from the step of arranging the forecast period, p, q by one step until the defined prediction period, and arranging them into the time series.
Optimized maintenance scheduling calculator for rail system components.
삭제delete 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 유지보수 일정 산출부는,
철도차량의 비가용편성 최소화, 유지보수 전 잔여 상태진단 예측값 최소화, 동일기간 발생되는 유지보수 작업 최소화를 모두 고려하여 유지보수 일정을 산출하는 것을 특징으로 하는,
철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출장치.
According to claim 8,
The maintenance schedule calculator,
Characterized in that the maintenance schedule is calculated by considering all of the minimization of unavailability of railway vehicles, the minimization of the residual condition diagnosis prediction value before maintenance, and the minimization of maintenance work occurring during the same period,
Optimized maintenance scheduling calculator for rail system components.
제11항에 있어서,
상기 유지보수일정 산출을 위한 목적함수는 아래의 식으로 정의되는 것을 특징으로 하는,
철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출장치.
MIN
Figure 112022091934116-pat00033

이때,
i : 철도 차량 편성에 대한 인덱스, i=1, 2, …I
j : 철도 차량 편성별 타이어에 대한 인덱스, j=1, 2, …J
k : 철도 차량 비가용 편성 수에 대한 인덱스, k=0, 1, 2, …I
(최대비가용편성 = 총철도 차량편성)
n : 조치작업 수에 대한 인덱스, n=0, 1, 2, …N
t : 기간에 대한 인덱스, t=1, 2, …T
P1 k : 비가용 편성 수에 따른 페널티 가중치
Dkt : 기간 t에서 철도 차량 비가용 편성 수를 결정하는 변수
(k편 비가용하면 Dkt=1, 아니면 0)
P2 : 가중치
Rijt : 기간 t에서 철도 차량 i편성 j타이어에 대한 조치전 잔여 상태점수
P3 n : 가중치
Ynt : 기간 t에서 조치작업 수를 결정하는 변수 (n개 작업시 Ynt=1, 아니면 0)를 의미함.
According to claim 11,
Characterized in that the objective function for calculating the maintenance schedule is defined by the following equation,
Optimized maintenance scheduling calculator for rail system components.
MIN
Figure 112022091934116-pat00033

At this time,
i: index for rolling stock formation, i=1, 2, … I
j: Index of tires for each train group, j = 1, 2, . . . J
k: Index of the number of unavailable trains, k=0, 1, 2, … I
(Maximum cost of ownership = total number of trains)
n: Index of the number of action tasks, n=0, 1, 2, … N
t : index for period, t=1, 2, … T
P 1 k : Penalty weight according to the number of unavailable formations
D kt : variable that determines the number of unavailable trains in period t
(D kt =1 if k flight unavailable, otherwise 0)
P2 : Weight
R ijt : Remaining condition score before action for railroad car i organization j tire in period t
P 3 n: Weight
Y nt : means a variable that determines the number of action tasks in period t (Y nt =1 for n tasks, otherwise 0).
제8항에 있어서,
상기 진단 점수 데이터는,
철도 시스템 부품의 상태에 대한 진단 점수 데이터를 수집하는 것으로서, 실측을 통해 얻은 철도 시스템 부품에 대한 상태진단 점수를 의미하는 것을 특징으로 하는,
철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출장치.
According to claim 8,
The diagnostic score data,
It is characterized by collecting diagnosis score data on the condition of railway system parts, which means the condition diagnosis score for railway system parts obtained through actual measurement,
Optimized maintenance scheduling calculator for rail system components.
제8항에 있어서,
상기 철도 시스템 부품은,
경전철 타이어 인것을 특징으로 하는,
철도 시스템 부품의 최적화된 유지보수 일정 산출장치.



According to claim 8,
The railway system parts,
Characterized in that it is a light rail tire,
Optimized maintenance scheduling calculator for rail system components.



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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180081396A (en) * 2017-01-06 2018-07-16 서울교통공사 System Of City Railway RAMS Integrated Management
KR20190131845A (en) * 2018-05-17 2019-11-27 정규식 System and method for predicting error of electric rail car

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