Система диагностики подвижного состава
и
помощи принятия
решений
Система диагностики подвижного состава
и
помощи принятия
решений
СДПС это инновационная программно-аппаратная система весового контроля подвижного состава железнодорожного транспорта, позволяющая владельцам железнодорожной инфраструктуры получать данные об объемах перевозимых грузов, выявлять нарушения загрузки единиц подвижного состава железнодорожного транспорта и на основе анализа данных динамической нагрузки ходовой части подвижного состава (ПС) рекомендовать техническую диагностику железнодорожного транспортного средства и железнодорожного пути.
Основные потребительские качества системы диагностики подвижного состава и помощи принятия решения:
- анализ состояния пути на основе осциллограммы проездов подвижного состава;
- анализ состояния подвижного состава на основе осциллограммы проездов подвижного состава;
- отображение в графическом интерфейсе информации о выявленных отклонениях;
- архивирование результатов измерения и синхронизация с базой данных в режиме реального времени;
- отображение показаний датчиков и их СКО по каждой измерительной линии КТ;
- контроль работоспособности весоконтрольного оборудования;
- разделение пользователей по ролям\группам: администратор, техническая поддержка, клиент;
- подключение пользователей с различным уровнем доступа к просмотру служебной информации и настройке системы;
- загрузка и обновление данных весоконтрольных объектов с описанием их клиентов из CRM-системы производителя (статус измерительной линии контрольной точки, серийный (заводской) номер, компания (референс-заказчик), информация о пользователе, модификация, комплектация, классы точности, технические параметры, дата и номер последней поверки, гарантийные сроки и прочее);
- автоматическое создание задач для технической поддержки производителя в случае обнаружения неработоспособности оборудования;
- автоматическая отправка письма по электронной почте с оповещением о нарушении и оценкой риска выявленного нарушения;
- подсчет и вывод статистики о работе системы за выбранный период по количеству сообщений о срабатывании оповещения о нарушений или работоспособности системы каждого типа;

Данная система позволяет в любое время получать полную информацию по состоянию ПС с учетом транспортируемого груза, информацию по проведению работы в случае выявленных нарушений, в том числе, оценку риска нарушения.

Научная новизна применяемых в инновационном продукте решений.

На протяжении последних 20 лет существующие тенденции развития комплексов весового контроля железнодорожного подвижного состава указывают на необходимость автоматизированных безфундаментных систем взвешивания, которые бы не просто передавали информацию об объемах перевозимых грузов, но и выявляли нарушения транспортировки груза и эксплуатации единиц подвижного состава. Рассмотрение единства двух задач обусловлено требованиями к оптимизации логистических и коммерческих учетных операций по транспортировке грузов предприятий, а также минимизацией расходов на техническое обслуживание подвижного состава в период его активной эксплуатации. Решению данной проблемы посвящена разработка весов рельсовых тензометрических компании ООО «СТАТЕРА» – ВРТ.

Магистральные системы весового контроля железнодорожного состава в движении уже получили достаточно широкую популярность среди модернизаторов ЖД инфраструктуры, однако многие из них в параметрах или используемых технологиях и методах не отвечают современным требованиям к функциональным возможностям технических средств взвешивания. Во-первых, необходимо обладать информацией не просто о весе подвижного состава, а о перегрузе/недогрузе или неравномерной загрузке вагона по колесам во время движения ПС через измерительные линии. Во-вторых, разработанная система должна удовлетворять требованиями к простому монтажу, не нарушающему конструкцию существующего эксплуатируемого рельсового пути и не ограничивая скоростной режим транзитных поездов. Наконец, важно обеспечить возможность дистанционного мониторинга рабочего состояния подвижного состава, в частности колесного износа, для выявления на ранних стадиях возможных неисправностей колёс подвижного состава. Поставленные проблемы определяют не только технологическую значимость решения, но и определяют его научную составляющую – метод диагностики технического состояния единицы подвижного состава на основе вертикального воздействия колеса подвижного состава на железнодорожный путь.

ВРТ – вагонные весы, которые не требуют механической доработки пути и не уступают по характеристикам классическим решениям. ВРТ устанавливаются клеевым способом в межшпальном пространстве на эксплуатируемые рельсы. Без строительных работ, без разрезания, сверления, или какого-либо другого механического вмешательства в эксплуатируемые пути. Взвешивание производится в движении без ограничения скорости движения транзитных подвижного состава. Принцип действия весов ВРТ основан на преобразовании аналоговых сигналов датчиков деформации рельса под действием колесной нагрузки в цифровые сигналы, которые обрабатываются по заданным алгоритмам модернизируемого программного обеспечения.

Получаемая информация обрабатывается разработанными алгоритмами аналитики дефектов и повреждений. Принцип работы алгоритма основан на определении результатов измерений, которые превышают заданные уровни допуска дефекта или находятся на границе допустимых значений. Согласно полученным результатам пользователю программного обеспечения ВРТ выдается предупреждение с данными о единице подвижного состава, временем ее регистрации и заключением о степени необходимости проверки конкретного колеса.

В рамках научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы проведены научно-исследовательские работы по определению корреляционных оценок между измеряемыми параметрами и параметрами износа колеса подвижного состава. На основании имеющихся данных о взаимосвязи износа колеса и значений измеряемых параметров системой ВРТ проведена ОКР, посвященная значительной модернизации программного обеспечения диагностики технического состояния единицы подвижного состава на основе вертикального воздействия колеса подвижного состава на железнодорожный путь, а также внедрен программный модуль системы поддержки принятия решений для предоставления оператору ПК максимально полной информации по тревожной ситуации, в том числе, и подробные сведения об объекте диагностики. Оператору будет предоставлен сценарий реагирования на тревожную ситуацию, при этом процедура реагирования будет зависеть от типа ситуации, параметров подвижного состава и степени угрозы. Сценарии будут разрабатываться по мере разработки и масштабирования программного модуля диагностики технического состояния подвижного состава, а также внутренних регламентов предприятия. Система диагностики подвижного состава относится к Decision Support System (системам поддержки принятия решений) гибридного класса, который включает в себя модели взаимодействия с данными Suggestion models (система построения логических выводов на основе правил) и File Drawer Systems (система предоставления доступа к нужным данным).
Составные части СДПС
СДПС представляет из себя комплекс программно-аппаратных средств:
Весоизмерительный комплекс и источник телеметрических данных
Клиентское Web-приложение для сбора, аналитики и отображения информации
Нейронная сеть для поиска аномалий телеметрических данных
Web-приложения информирования работоспособности оборудования
ВРТ
Весы рельсовые тензометрические
Программно-аппаратная система включает в себя весы рельсовые тензометрические (ВРТ) и программное обеспечение сбора данных колесного измерения распределенной массы движущихся вагонов, с целью дальнейшей обработки и аналитики их для поддержки принятия решений о планируемой технической диагностике и проведении мероприятий организационного плана.
Весы рельсовые тензометрические – ВРТ
ВРТ является авторской запатентованной разработкой инженеров ООО «СТАТЕРА».
ВРТ предназначены для поколесного, поосного, потележечного, повагонного измерения массы порожних и груженых единиц ПС в составе поезда без расцепки и/или поездов в целом с сухими, твердыми, а также жидкими грузами без ограничений по вязкости (в том числе ГСМ).

ВРТ представляет из себя одно или несколько ГПУ, установленных на действующем участке железнодорожного пути в межшпальном пространстве и подключенные к Весовому компьютеру.

Принцип действия ВРТ основан на преобразовании аналоговых сигналов датчиков деформации рельса под действием колесной нагрузки в цифровые сигналы, которые обрабатываются, по заданным алгоритмам весовой программой. По этим данным формируются масса вагонов, масса состава, масса его фрагментов и скорости их прохождения через измерительный участок пути.
Компания выпускает системы весового и диагностического контроля железнодорожного транспорта в движении ВРТ с 2012 г. Весы фиксируют колесные и осевые нагрузки, вес вагона, локомотива и состава в целом. При проезде через весы состав автоматически разбивается на составные части: вагоны и локомотивы с определением их типа независимо от чередования в составе. Дополнительно определяются осевые скорости всех вагонов и локомотивов.
Функциональное назначение:
колесное измерение в движении массы вагонов, массы фрагментов состава и массы состава в целом, а также диапазон осевых скоростей на измерительном участке 300 мм пути, колесных и осевых нагрузок железнодорожного транспорта любой модификации.

Основные потребительские качества:
- монтирование ВРТ происходит на эксплуатируемые рельсы в межшпальном пространстве без вмешательства в строение пути. На имеющиеся рельсы устанавливается набор датчиков, измеряющих деформацию рельса под давлением колес вагона;
- взвешивание проходящих по весам вагонов происходит в автоматическом режиме, без участия оператора, круглосуточно;
- монтаж, обслуживание и ремонт оборудования можно производить без остановки движения. Время монтажа – 4 часа;
- установка на наклонном пути, в повороте, на любом виде рельс без потери класса точности;
- двустороннее направление движения при взвешивании;
- неограниченная транзитная скорость движения;
- вероятность безотказной работы весов за 2000 часов, не менее 0,95;
- средний ресурс работы весов 20 млн. вагонов;
- срок службы не менее 10 лет;
- весы выпускаются в соответствии с требованиями ГОСТ 8.647-2015 «Весы вагонные автоматические. Метрологические и технические требования. Методы испытаний» и технической документацией (ТУ 4274-002-12117842-2018) изготовителя ООО «СТАТЕРА».

Компанией установлено более 150 систем динамического взвешивания.
ИС
Информационная систем
Система для обработки, хранения, поиска информации поступающей с оборудования и сотрудников
Информационная система является WEB-приложением для отображения и работы с СДПС.

Преимущества ИС:
- структурирование информации поступаемой с оборудования;
- удобный интерфейс отображения объемной информации для дальнейшего анализа и редактирования;
- возможность управления сотрудниками и правами доступа к информации;
- отображение статистики в инфографике.

Информационная система состоит из следующих блоков отображения информации:
В Информационной системе реализована система ролей:
Пользователь
Может просматривать только то оборудование, которое принадлежит группе, в которой он состоит, и использовать функционал, который приобрела компания, к которой он относится
Техническая поддержка
Имеет возможность просматривать любое оборудование и любую информацию, однако внести изменения он не может
Администратор
Обладает возможностью просматривать любое оборудование и любую доступную в системе информацию, вносить в нее изменения, создавать пользователей и добавлять новое оборудование
Конструктор оборудования

Добавление новых устройств и новых типов оборудования реализовано в конструкторе оборудования.
Данная система позволяет создавать внутри информационной системы любое оборудование, для этого необходимо определить его тип.
ТИП оборудования - это внутренняя структура согласно которой данные с оборудования будут отображаться внутри информационной системы.
В процессе создания необходимо будет определить общее название такого оборудования (например: ВЕСЫ) и структуру данных, которую оборудование считывает и отправляет в систему (например: общий вес/название вагона). Функционал создания доступен только администратору системы.
В Информационной системе реализован функционал Групп и Ролей:
Система групп
Реализована система ролей, которая включает в себя список пользователей и список оборудования, доступ к которому необходимо предоставить этим пользователям. Внутри каждой группы определен список возможностей - действий которые доступны по отношению к оборудованию, которое находится в этой же группе
Система компаний
Структура данных для хранения информации о компаниях-клиентах системы. Внутри компании хранится общая информация о владельце компании и объектов, которые за ней закреплены.
Система объектов
Объекты являются внутренним определением, которое отражает понятие "Станция". За каждый объектом закрепляется оборудование.
Мобильное приложение

Для оперативного контроля и удобства работы было разработано мобильное приложение по Android и iOS. Мобильное приложение адаптировано для использования на различных устройствах, оно полнофункциональное и позволят выполнять все операции аналогичные Web-приложения.
Ссылка на скачивания доступна по запросу.

Push-уведомления

Система пуш-уведомлений включает в себя список различных событий (состояний) при которых пользователям с разными ролями приходят уведомления.
Администратор:
- Добавление новых пользователей;
- Добавление нового объекта-станции;
- Изменение роли пользователя.

Пользователь:
- Получение новых замеров с оборудования;
- Создание отчета по оттариванию;
- Прикрепление компании.

Техническая поддержка:
- Ошибки в оборудовании (некорректная информация или неправильная попытка записи данных с оборудования);
- Ошибка приложения (системы).
Темы оформления

Для более удобного восприятия реализована смена темы: Тёмная и Светлая
Искра
ИСКРА - интеллектуальная система классификации
и распознавания аномалий, система поиска
аномалий в осциллограммах проездов подвижных
составов, генерируемых программным
обеспечением ВРТ.
Принцип работы
Принцип работы заключается в воздействии силы тяжести взвешиваемого груза происходит преобразование деформаций упругих элементов датчиков деформации тензорезисторных в аналоговый электрический сигнал, который поступает в плату преобразователя каждого рельса, где осуществляется его преобразование в нормализованные цифровые сигналы. Далее цифровые сигналы(телеметрические данные) поступают в Весовой компьютер, где обрабатываются в соответствии с заданным алгоритмом и результат взвешивания по различным параметрам запроса отображается на мониторе Весового компьютера.
Передаваемые цифровые сигналы на Весовом компьютере накапливаются в специальном буфере оперативной памяти заданное количество Точек, при заполнении буфера более ранние точки удаляется и записываются новые. Весовая программа по изменениям полусумм показаний датчиков определяет осуществление наезда колеса на каждый ИКН и начинает запись показаний полусумм в специальный файл осциллограмм и заканчивает запись через заданный интервал времени(Постосциллограмма) после проезда последнего колеса ПС, при это подставляя данные из буфера(Предосциллограмма) в начало файла.
Направления исследования
В качестве направлений исследований были выбраны следующие:
- визуальный анализ некоторой части осциллограмм, отделение потенциально «хороших» и «плохих» осциллограмм;
- применение нейронных сетей с использованием различных методов и алгоритмов анализа для выявления всех возможных аномалий;
- сопоставление выявленных аномалий с фактическими неисправностями.
Объектом исследования научно-исследовательской работы выступало одно колесо каждой единицы подвижного состава, ось единицы подвижного состава и сама единица подвижного состава.

ВРТ состоят из одного или нескольких грузоприемного устройства. Осциллограмма взвешивания подвижного состава содержит телеметрическую информацию о каждой единице подвижного состава, каждой оси и каждом колесе единицы подвижного состава. С установленных объектов произведен сбор более 100 000 000 измерений колесных нагрузок в качестве объектов исследования научно-исследовательской работы.
Визуальный анализ
Используя входящее в состав Весовой программы средство просмотра файлов осциллограмм был произведен визуальный анализ и выявление наличия отклонений в исследуемых объектах НИР.
По результатам анализа были определены некоторые проявляющиеся закономерности, в том числе подтверждено, что весовая система ВРТ может начинать чувствовать возрастающее изменение деформации в рельсе, вызываемое нагрузкой при приближении колеса к ГПУ, еще за несколько метров до проезда колеса через ГПУ и убывающее изменение деформации при отдалении колеса.

Расстояние чувствительности нагрузки на проанализированных объектах различно, но среднее составляет ~4 м (измерительный участок). Данное расстояние зависит от типа шпал, эпюры шпал, расстояния от датчика до точки опоры рельса на шпалу, параллельности шпал.

В весоизмерительной системе ВРТ могут применяться несколько ГПУ, которые располагаются на расстоянии друг от друга. Сам измерительный участок составляет всего 200 мм.

Тем самым в рамках системы расширяется область чувствительности, а также некоторые измерительные участки могут накладываться, что позволяет событиям проявляться в результатах фиксации проезда по нескольким ГПУ в разной степени. А могут, наоборот, располагаться так, что их измерительные участки не будут пересекаться.

По результаты визуального анализа определены основные дефекты подвижного состава:
- проблемы с плоскостью катания колеса (выщербина, ползун, навар);
- удары в осях и колесах, «Продавленный купол»;
- галопирование вагона;
- смещения центра одной оси в тележке или всей тележки вагона;
- «Плато вне нуля», когда измерения заканчиваются в иной зоне чем начинаются, что свидетельствует или об остановке на весах, или о неисправности оборудования фиксации.

Определены основные дефекты состояния пути:
- просадка ближайших к ГПУ шпал (3-4 шпалы, в том числе и с одной стороны) перед куполом;
- плохое крепление рельсов;
- удары о стыки при проезде;
- смещение шпал.
Нейронные сети
Для выявления и описания всех дефектов были использованы нейронные сети, проведена проверка различных методов и алгоритмов анализа. Определены различные алгоритмы для определения тех или иных деффектов, была создана обучающая выборка аномалий для обучения нейронной сети – классификатора.
Преимущества для пользователей:
1. Обширная информация о состоянии весового оборудования;
2. Превентивная диагностика и устранение неисправностей на ранних этапах, а следовательно, экономия средств на дорогостоящем ремонте;
3. Предотвращение аварийных ситуаций, вызванных
износом или неправильной конфигурацией ЖД
объектов.

Определение и выделение аномалий:
1. На основе анализа групп объектов, выделенных алгоритмами кластеризации;
2. На основе уже известных аномалий;
3. На основе ручного анализа визуальных паттернов поведения осциллограмм проездов.
Система мониторинга
Система мониторинга является частью СДПС и представляет из себя Web-приложение доступное через Internet.
Система мониторинга представляет из себя сервер агрегации технической информации весов рельсовых для взвешивания в движении ВРТ-04 и ВРТ-04М и самостоятельно проверяет их работоспособность, выводит информацию о его работоспособности в графическом интерфейсе, а также оповещает ответственных сотрудников клиента по электронной почте и создает техническую заявку в технической поддержке компании СТАТЕРА. Интерфейс системы мониторинга позволяет не только просмотреть текущий статус доступного оборудования клиента, но и получить техническую информацию о серийном номере, адресе и координатах места установки, классах точности, максимальной нагрузке, комплектации и модификации, сроки гарантии и технического облуживания, дате и номере свидетельства действующей поверки.
К основным возможностям Системы мониторинга относятся:
- разграничение доступа пользователей по ролям, группам и организациям;
- отображение списка доступного для мониторинга оборудования;
- быстрое отображение наличия ошибок в работе оборудования с помощью цветовых индикаторов в списке оборудования;
- отображение даты и времени последнего сеанса обмена данными с оборудованием;
- автоматическое уведомление пользователей о наличии проблем с оборудованием по электронной почте;
- автоматическое создание тикетов(задач) технической поддержке ООО «СТАТЕРА» для оперативного реагирования;
- отображение основной информации по оборудованию(серийный номер, адрес и координаты классы точности, комплектация и модификация, дата монтажа, сроки гарантии и технической поддержки, дата и номер свидетельства о поверке);
- информация об ошибках в работе системы и весовых линий;
- информация о показаниях датчиков;
- печать отчетов по объекту, системе и измерительным линиям;
- в разработке аналитика осциллограмм для оперативного определения нарушений в верхнем строении пути, просадок шпал, дефектов подвижного состава и т.д.;
- в разработке возможность добавления стороннего оборудования в систему;
- в разработке возможность удаленного доступа к весовому компьютеру как через локальную сеть, так и через интернет, непосредственно через систему мониторинга без применения специализированного программного обеспечения(импортозамещение).
Система мониторинга отслеживает:
  • 1
    Работу весовой программы
    количество перезапусков программы
  • 2
    Корректность данных
    количество пакетов с неверной структурой
  • 3
    Физическое подключение
    счетчик сообщений о закрытии порта
  • 4
    Корректность взвешивания
    корректность телеметрических данных
  • 5
    Показания датчиков
    отслеживает изменения в показаниях датчиков
  • 6
    Доступность оборудования
    пропажа пинга с камеры, сетевого оборудования и пр.
Скриншоты приложения:
Звонок в компанию:
8 863 226-02-75
Техническая поддержка
Отдел продаж
8 863 226-02-75
Организационные вопросы
8 863 226-02-75
ООО «СТАТЕРА»
ИНН 6168062791
344091, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Пескова, здание 1 строение 1, комната 77