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毕业设计（论文）
设计题目：轨道交通机电设备故障预测与健康管理系统的构建
专业：轨道机电
班级：22轨道机电
学号：2270701105
姓名：周宸羽
指导老师：李广济
起讫日期：2025年4月20～2025年4月27日
摘要
本文聚焦于轨道交通机电设备故障预测与健康管理系统的构建。首先阐述研究背景、意义及现状，介绍轨道交通机电设备相关概念、作用与发展历程。接着论述故障预测与健康管理系统的理论基础，对机电设备故障特征进行分析。然后构建故障预测模型，设计健康管理系统架构与功能模块并进行开发集成。之后说明系统的实施过程，包括部署配置、数据处理等。通过国内外案例对比及实际应用案例分析，总结经验启示。研究综合多领域成果，为轨道交通机电设备的故障预测与健康管理提供有效方案，有助于保障设备稳定运行。
关键词：轨道交通机电设备；故障预测与健康管理系统；故障预测模型；健康管理系统架构；案例分析
目录
1.结论
1.1研究背景 4
1.2研究意义 4
1.3轨道交通机电设备故障预测与健康管理系统的研究现状 5
1.4本文主要研究内容 6
2.轨道交通机电设备概述 6
2.1轨道交通机电设备的定义与分类 6
2.2轨道交通机电设备的作用与重要性 7
2.3轨道交通机电设备的发展历程 7
3.故障预测与健康管理系统的理论基础 8
3.1故障预测与健康管理系统的概念 8
3.2故障预测与健康管理系统的关键技术 9
3.3故障预测与健康管理系统的理论框架 9
4.轨道交通机电设备故障特征分析 10
4.1故障数据的收集与处理 10
4.2故障模式识别与分类 10
4.3故障特征提取与分析 11
5.轨道交通机电设备故障预测模型构建 11
5.1故障预测模型的选取与比较 11
5.2基于机器学习的故障预测模型构建 12
5.3模型训练与验证 12
6.轨道交通机电设备健康管理系统的构建 13
6.1系统架构设计 13
6.2系统功能模块划分 13
6.3系统开发与集成 14
7.轨道交通机电设备故障预测与健康管理系统的实施 15
7.1系统部署与配置 15
7.2数据采集与处理 15
7.3故障预测与健康评估 16
8.轨道交通机电设备故障预测与健康管理系统的案例分析 16
8.1国内外案例对比分析 16
8.2系统在某轨道交通机电设备中的应用 17
9.总结………………...18
参考文献 19
致谢…………………..20
第一章绪论
1.1研究背景
我国城市快速发展，城市轨道交通线网的不断扩张，使得其机电装备系统日趋复杂和智能化。中国的轨道里程以每年5.8%的速度在世界范围内持续增长，目前已经超过了10000km。在城市轨道交通系统中，机电装备主要由电力系统、信号系统、通风空调系统等12种不同类型的装备构成，它们的工作状况关系到列车的运行安全性和可靠性。美国联邦铁道部门统计，由电气和机械故障引起的运行故障约为43%，而常规的周期维修方式具有维护成本高、响应速度慢等缺点。在这种情况下，故障预报与健康管理（PHM）能够通过对故障的实时监控、故障预警以及状态评价等手段，使“事后检修”变为“预防检修”。德国西门子的实际应用结果显示，使用该系统后，设备失效率下降了35%，维修费用下降了28%。物联网、大数据、人工智能等新兴领域的快速发展为健康管理体系的构建奠定了坚实的理论基础。但由于其数据融合困难，故障模式复杂，使得目前的故障诊断系统在实时性和准确性上仍然存在较大的问题，迫切需要建立与之相匹配的智能故障预警和健康管理系统。
1.2研究意义
轨道电气设备是轨道运营中的关键部件，其正常工作状况对轨道运营的安全、可靠起到至关重要的作用。由于城市轨道交通路网的规模越来越大，运行周期越来越长，其失效引发的安全风险与经济损失也越来越突出。采用常规的“周期维护”、“后维护”等方式，已经很难适应现代化城市轨道交通装备的高可靠运行需求。建立故障预测和健康管理体系，可以对设备运行状态进行监测，对潜在故障进行预测，并对其健康状况进行评估，从而达到从被动维护到主动防范的目的。这种改造不但可以有效地减少因意外事故造成的运行风险，而且可以对维护资源进行合理分配，提高装备服役年限，具有重要的经济与社会意义[1]。在理论上，本项目将物联网、大数据分析、人工智能等多学科交叉融合