周元輝

摘要 文章在梳理公路機(jī)電設(shè)備狀態(tài)評(píng)測(cè)技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)的基礎(chǔ)上，圍繞馬爾可夫鏈分析模型在公路機(jī)電設(shè)備狀態(tài)評(píng)測(cè)的分析應(yīng)用技術(shù)，介紹了馬爾科夫鏈分析模型，闡述了基于馬氏鏈的公路機(jī)電設(shè)備故障分析過(guò)程，并通過(guò)案例分析展示和驗(yàn)證了該分析評(píng)測(cè)技術(shù)的工程適用性，對(duì)公路機(jī)電設(shè)備養(yǎng)護(hù)管理和狀態(tài)評(píng)測(cè)實(shí)際應(yīng)用有技術(shù)參考意義。

關(guān)鍵詞 公路機(jī)電；設(shè)備壽命；狀態(tài)評(píng)測(cè)；馬爾可夫鏈；應(yīng)用研究

中圖分類號(hào) TN06文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）16-0138-03

0 引言

馬爾可夫鏈分析法是獲取裝備系統(tǒng)現(xiàn)有的運(yùn)行信息，構(gòu)成系統(tǒng)狀態(tài)結(jié)構(gòu)分類和轉(zhuǎn)移概率矩陣，預(yù)測(cè)系統(tǒng)在現(xiàn)有情況下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后將達(dá)到的狀態(tài)[1]。該方法對(duì)設(shè)備管理和決策具有參考意義。通過(guò)對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備維修數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)高速公路機(jī)電設(shè)備存在各種狀態(tài)轉(zhuǎn)移，可以用馬爾可夫鏈對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，根據(jù)機(jī)電裝備故障率曲線判別裝備的有效運(yùn)行周期，可以預(yù)估設(shè)備功效狀態(tài)，預(yù)防事故產(chǎn)生，降低養(yǎng)護(hù)投入成本，延長(zhǎng)公路機(jī)電設(shè)備的使用壽命。

1 馬爾科夫鏈分析模型

2 基于馬氏鏈的公路機(jī)電設(shè)備故障分析

3 公路機(jī)電設(shè)備有效使用壽命周期判斷

可根據(jù)曲線擬合計(jì)算原理，通過(guò)擬合線斜率突變，獲得馬氏分析故障累計(jì)頻率曲線斜率突變分界點(diǎn)，見(jiàn)圖3所示。

圖3曲線顯示，從O點(diǎn)到A點(diǎn)，從A點(diǎn)到B點(diǎn)，曲線斜率是穩(wěn)定的，B點(diǎn)后曲線斜率明顯增大。從O點(diǎn)到A點(diǎn)，正常使用情況下設(shè)備的有效運(yùn)行周期是22個(gè)月，即根據(jù)該期間故障累積曲線的平穩(wěn)狀態(tài)。曲線斜率在A點(diǎn)后上升，意味著自A點(diǎn)起，有效運(yùn)行周期結(jié)束。A點(diǎn)之后，設(shè)備處于磨損失效期，此時(shí)故障率增加，整體故障率曲線逐漸增大提升幅度，并在B點(diǎn)再度出現(xiàn)斜率拐點(diǎn)。B點(diǎn)后，故障率再度增加，此時(shí)雖未達(dá)到裝備的極限壽命，經(jīng)維修后設(shè)備雖可繼續(xù)使用，但是其投入產(chǎn)出比、安全可靠性等已嚴(yán)重下降，可考慮更換裝備。

運(yùn)用同樣的方法，可以判斷公路其他機(jī)電裝備的有效運(yùn)行周期。選取清河總站收費(fèi)站的所有智控欄桿設(shè)備，利用馬爾可夫鏈方法得出裝備的極限概率分布圖。根據(jù)欄桿機(jī)的設(shè)備維修數(shù)據(jù)，運(yùn)用極限概率轉(zhuǎn)移法，得出概率分布圖和裝備故障概率曲線圖，如圖4所示。

因?yàn)樽詣?dòng)跨欄機(jī)設(shè)備投入使用，第1個(gè)月至第25個(gè)月的故障概率≤0.27，在第25個(gè)月以后，故障概率明顯增加，裝備進(jìn)入磨損失效期。前25個(gè)月，約2年時(shí)間，是裝備的健康運(yùn)行周期，到第65個(gè)月后，裝備故障率的平均曲線達(dá)到峰值點(diǎn)，在第65個(gè)月以后，裝備故障率降低，原因是化學(xué)腐蝕、裝備嚴(yán)重老化等原因，不得不更換主要部件或檢修設(shè)備，此時(shí)裝備的故障率雖然會(huì)降低，但還沒(méi)有達(dá)到健康使用的極限壽命，還可以繼續(xù)使用。但是其投入產(chǎn)出比、安全可靠性等已嚴(yán)重下降，可考慮更換裝備。

根據(jù)自動(dòng)跨欄機(jī)的累計(jì)故障次數(shù)，驗(yàn)證浴盆波動(dòng)曲線的拐點(diǎn)，如圖5所示。

根據(jù)自動(dòng)跨欄機(jī)累計(jì)失敗次數(shù)曲線的斜率，判斷M點(diǎn)和N點(diǎn)為分界點(diǎn)。從O點(diǎn)到M點(diǎn)（第25個(gè)月）曲線斜率相對(duì)穩(wěn)定，M點(diǎn)后曲線斜率增大，維修故障次數(shù)增加。到達(dá)N（第65個(gè)月）點(diǎn)后曲線斜率又上升，故障維修次數(shù)明顯增加。分界點(diǎn)M和N由故障的累積頻率曲線定義。判斷M點(diǎn)和N點(diǎn)是故障維修次數(shù)的突變點(diǎn)，用裝備壽命和裝備健康狀態(tài)的關(guān)系來(lái)解釋M點(diǎn)（第25個(gè)月）前者是裝備的正常工作狀態(tài)，故障概率穩(wěn)定是由浴盆波動(dòng)曲線確定的設(shè)備的意外失效期，也就是說(shuō)設(shè)備的有效壽命是25個(gè)月（大約2a）從M到N的曲線段是設(shè)備的磨損失效期，這是因?yàn)樵O(shè)備零件存在老化或磨損情況，導(dǎo)致維修和故障概率上升。N點(diǎn)之后，曲線的斜率增大，故障累計(jì)次數(shù)增加，顯示N點(diǎn)前給予維護(hù)，屬于正常運(yùn)行周期的常規(guī)維護(hù)，而N點(diǎn)后明顯顯示維修次數(shù)增加，說(shuō)明設(shè)備處于頻發(fā)故障期。該時(shí)段已經(jīng)接近設(shè)備報(bào)廢階段，其間設(shè)備在適當(dāng)維修的前提下還可以繼續(xù)運(yùn)行使用一個(gè)時(shí)程，但是在此期間的設(shè)備維護(hù)績(jī)效比有所降低，繼續(xù)使用或者給予高投入維修，會(huì)增加投入成本，此時(shí)候可以考慮更換新裝備。

通過(guò)對(duì)兩種公路機(jī)電裝備故障概率的研究，研究結(jié)果顯示，馬爾可夫鏈方法可以判別公路機(jī)電裝備的有效運(yùn)行周期，幫助高速公路管理部門有效維護(hù)機(jī)電設(shè)備，預(yù)測(cè)設(shè)備健康狀態(tài)，及時(shí)處理運(yùn)行中裝備的各種突發(fā)故障，保證高速公路交通流的高效通行。

4 結(jié)語(yǔ)

該文旨在探討公路機(jī)電設(shè)備健康應(yīng)用壽命周期馬爾科夫鏈評(píng)測(cè)技術(shù)。馬爾科夫鏈分析模型分析方法是獲取裝備系統(tǒng)的在運(yùn)行信息，構(gòu)成系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)分類和轉(zhuǎn)移概率矩陣，預(yù)測(cè)系統(tǒng)在現(xiàn)有情況下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后將達(dá)到的狀態(tài)。利用馬爾可夫鏈可以預(yù)測(cè)和分析公路機(jī)電裝備的故障，根據(jù)機(jī)電裝備故障率曲線判別裝備的有效運(yùn)行周期，預(yù)估設(shè)備功效狀態(tài)，預(yù)防事故產(chǎn)生，降低養(yǎng)護(hù)投入成本，延長(zhǎng)公路機(jī)電設(shè)備的使用壽命。該文結(jié)合案例分析，介紹和展示了公路機(jī)電設(shè)備故障和健康應(yīng)用壽命周期馬氏鏈分析方法和過(guò)程。根據(jù)曲線擬合計(jì)算原理，通過(guò)擬合線斜率突變，獲得馬氏分析故障累計(jì)頻率曲線斜率突變分界點(diǎn)，是該分析技術(shù)的一個(gè)重要分析結(jié)果可視化特點(diǎn)，該特點(diǎn)使有效運(yùn)行周期的狀態(tài)邊界揭示更加直觀清晰，使設(shè)備狀態(tài)目前所處階段更加一目了然。

參考文獻(xiàn)

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