| 연구개발개요 |
○ 철도차량의 유지보수 비용 절감, 운영 데이터 이력 활용 증대, 주요장치 상태진단 및 예측을 통하여 안전성을 향상하기 위해서는 시간기반(TBM)에서 상태기반 유지보수(CBM)로 패러다임 변화가 필요○ 운전자 중심의 기존 TCMS(열차종합제어장치)에서 정비원 중심의 『차상상태기반 진단 및 예측 시스템』 개발이 중요 ○ 모바일 등 지원 시스템 활용하고 노후/습성 철도차량 주요장치의 상태를 모니터링함으로써 운영사별 최적 유지보수 자동화 전략을 수립하고자 함. 또한 본 과제 성과물로부터 Global after sales market and O&M 시장 경쟁력 확보- 철도차량(일반 또는 도시)의 경정비 검수의 효율화·자동화를 위하여 IoT, 빅데이터 등 IT 기술을 적용하여 상태검지 데이터를 수집하고, 주요부품의 상태를 진단？향후 상태를 예측하고, 최적 유지보수를 위한 유지보수 지원시스템 개발함
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| 최종목표 |
철도차량 주요장치 자가상태진단 및 유지보수 지원시스템 개발○ 유지보수 효율화·자동화를 위한 철도차량 차상 상태 진단 및 예측 기술개발 - 도시철도차량 2종(전동차, 코레일/서울교통공사), 일반철도차량 1종(ITX-새마을, 코레일) - 차상주요장치(BOU(Break Operating Unit), DCU(Door Control Unit), HVAC(Heating Ventilation & Air Conditioning), Air compressor, SIV(Static Inverter),CI(Converter/Inverter) 등)와 주요 열화부품(전력용콘덴서, 축상베어링, 전장품류(배터리/배전반/케이스 내부 최소 1종) 등)○ 예지정비를 위한 능동유지보수 지원시스템 개발 - 사용연수(1년, 7년, 20년 이상)에 따른 3개 노선(수인선, ITX-새마을, 8호선) 차량기지 - 운용 중 기능확인과 빅데이터 분석 수명예측(각 2편성, 년간 5만km이상 데이터 구축)
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| 연구내용 및 범위 |
○ (1세부) 철도차량 차상 상태 진단 및 예측 기술개발 - 차상 데이터를 이용한 차상주요장치 상태 진단 및 예측 전략 수립 : 도시/일반철도차량(7 또는 8호선, 수인선, ITX-새마을) 기술사양 요구사항 분석 : 상태진단 및 예측시스템 개념설계, 테스트베드 구축방안 등 추진 전략 수립 - 주요부품 열화모델 및 복합진단 기술 개발 : 주요 열화부품(전력용콘덴서, 축상베어링, 전장품류(배터리/배전반/케이스 내부 최소 1종) 등) : 시계열 데이터 기반 차량 상태진단 알고리즘 개발 - 차상주요장치 상태 진단 및 예측 모델 개발 : 시스템 S/W, H/W 레이아웃 개발, TCMS와 『차상주요장치 상태 진단 및 예측 시스템』 간 I/F : 『차상주요장치 상태 진단 및 예측 시스템』 기본/상세설계 및 모니터링 계획수립 (BOU, DCU, HVAC, Air compressure, SIV, CI 등) - 차상 상태 진단 및 예측 시스템 개발 : 시제품(『차상주요장치 상태 진단 및 예측 시스템』) 제작 및 성능평가 : 국내 철도안전법 형식승인, 개조관련 법규 및 운영사 안전성 검토 - 차상 상태 진단 및 예측 시스템 시험검증 및 현장 평가 : 도시/일반철도차량(7 또는 8호선, 수인선 / ITX-새마을) 3개 차종에 대한 년간 5만km 이상 시험검증○ (2세부) 능동대응 유지보수 지원시스템 개발 - 기존 유지보수 시스템 연계 방안 : 기존(도시/일반철도차량) 유지보수시스템 연계를 위한 요구사항 도출 - 최적 유지보수 자동화 전략 수립 : 능동형(데이터기반과 모델기반 혼합형) 유지보수 전략 수립 - 검수 데이터 수집·분석 플랫폼 및 차량상태 가시화 기술 : 검수 데이터, 차상상태진단 데이터 및 주요부품(열화) 데이터의 통합 플랫폼 구축 : 플랫폼 연계 차량 상태 가시화(S/W) 개발 - 차상주요장치의 유지보수시기 예측 등 최적 유지보수 지원시스템 개발 : 플랫폼 연계 차량 상태 가시화(S/W) 탑재 : 능동형 유지보수 관점에서 빅데이터 기반 최적 유지보수(예지정비 주기) 지원 시스템 개발(H/W) - 모바일 등 유지보수 효율화 지원 시스템 개발 : 영상기반 유지보수 지원 시스템 개발(H/W 1종, 컨텐츠 10종) : 2D/3D모델 기반 유지보수 교육 컨텐츠 개발(8종) - 유지보수 지원시스템 시험검증 및 현장평가 : 3개 노선(7 또는 8호선, 수인선 / ITX-새마을)과 3개 차종에 대한 년간 5만km 이상 시험검증 : 현장평가에 의한 공인기관 인증- (현재)TCMS는 Train Control and Monitoring System으로써 차내 장치들을 제어 및 모니터링하는 열차 정보 관리 시스템(철도안전법상 형식승인 철도용품)은 개조 시 인증/승인이 필요함(최소 6개월)- (본 컨소시엄 개념)차상주요장치 상태진단 및 예측시스템은 별도의 서버를 구축하여 기존 TCMS의 데이터와 차상 주요장치의 센싱(열화모델) 빅데이터로부터 차량정비원 관점에서 차량 상태진단 및 예측함. → 계층화된 TCMS(신조차) + 차상주요장치 상태진단 및 예측 시스템(기존차량에서도 활용)- (대불선과 종합시험선로(오송) 노선 한계) 테스트베드는 본 연구 특성상 운영기관에서 요구하는 현차시험 기간과 운영기관 요구 운행거리 불만족- 대불선:12km, 오송종합시험선로:13km- 차세대전동차는 철도안전법 개정 이전 차량으로써, 제작사승인 및 철도형식승인 미적용 → 영업선 운행 불가- (본 컨소시엄 개념)목표 주행거리 최소 5만km/년 : 코레일 경정비 LI-3 기준(4.5만km/년), 서울교통공사 LI-4 기준(4만km) : 한국철도공사 영업선(다편성) : 경부선: 441.7km, 수인선: 19.9km : 서울교통공사 영업선(다편성) : 8호선: 17.7km- (본 컨소시엄 개념)대상차량은 사용연수에 따른 열화특성을 검토하기 위해 3개 사용연수로 구분하여 선정함 : 수인선 전동차(1년)/ITX-새마을(7년)/8호선 전동차(20, 27년) : 신규 차량구매사양서에 CBM 항목 반영되어 신조차량은 제외함- 차량기지와 차상서버 간 통신보안 관련 애로기술을 다각적 검토 : 시흥차량사업소(수인선 전동차) : LTE-R(~‘19.12 구축 예정) : 부산차량사업소(ITX-새마을) : RTD 방식(망분리), 국정원 협의함 : 모란차량기지(8호선 전동차) : 무선통신보안 폐쇄망 추가 설치 필요
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