Data drevet vedlikeholdsplanlegging med eksempler fra Jernbaneverket. Jørn Vatn, NTNU/JBV

Transkript

1 Data drevet vedlikeholdsplanlegging med eksempler fra Jernbaneverket Jørn Vatn, NTNU/JBV 1

2 Bakgrunn Jernbaneverket har utviklet verktøy for optimalisering av forebyggende vedlikehold og prioritering av fornyelsesprosjekter Forebyggende vedlikehold = Vedlikehold som utføres før svikt for å redusere sannsynlighet for kritisk svikt Funksjonstest for å avdekke skjulte feil Tilstandskontroll for å avdekke begynnende feilutvikling = «Potensiell feil» Periodiske utskiftinger for å redusere sannsynlighet for svikt = «Spise opp høyre del av badekarskurven» Fornyelse = Utskifting av større jerbanesystemer for å løfte tilstand til tilnærmet «så god som ny» Modellene krever data 2

3 Eksempel: Skinner Følgende hovedaktiviteter inngår i skinnevedlikehold Ultralydinspeksjon for å avdekke sprekker i skinnene Visuell inspeksjon for å avdekke overflatedefekter Feilretting (påleggsveis, skinnekapp osv) ved feil/defekter Skinnesliping for å gjenvinne profil og redusere dynamiske krefter Fornyelse av skinner når utmattingsgrensen nås I foredraget omhandles kun strategier for ultralydinspeksjon Utstyr montert på tog Håndholdt utstyr 3

4 Måleutstyr montert på tog Hastighet = km/t 4

5 Håndholdt måleutstyr (ultralydtralle) Hastighet =5-6 km/dag 5

6 Prinsipper for inspeksjon De ulike jernbanestrekningene blir inspisert typisk hvert år, eller hvert annet år ved hjelp av ultralydtog Toget merker av «mistenkelige» områder, og disse blir manuelt sjekket for å kunne klassifisere feilen For områder med «mange feil» kan man benytte håndholdt tralle i tillegg Å optimalisere ultralydkjøringene betyr å bestemme optimalt intervall for kjøring av ultralydtog, og evt ekstra bruk av håndholdt tralle for delstrekninger 6

7 Basis Dovrebanen (484 km) danner grunnlag for beregningene Modellen utviklet i 2003 la til grunn 43 nye sprekker per år Av disse utviklet typisk 7 to 8 seg til skinnebrudd som ikke ble oppdaget ved ultralydinspeksjon Optimaliseringsspørsmål: Hvor ofte skal ultralydtoget kjøre? Er det områder hvor det lønner seg å foreta ekstra målinger med håndholdt tralle, og hvor ofte? Hva skal strategien være mht å følge opp identifiserte sprekker, omhandles ikke her 7

8 Failure progression Risikomodell K 1 Rail breakage K 2 P-F interval Time Barrier model: Rail quality Ultrasonic inspection Track circuit detection Physical barriers 8

9 Failure progression Skinnekvalitet, frekvens av feil K 1 Rail breakage K 2 P-F interval Time Barrier model: Rail quality Ultrasonic inspection Track circuit detection Physical barriers 9

10 Skinnekvalitet Nye skinner har få defekter Etter hvert som tonnasjen akkumuleres, øker også raten av nye sprekker, f I Zarembski & Palese (2003) foreslår å beskrive den tidsavhengige delen av f I ved: f I (mgt) = (mgt) -1 Hvor mgt er akkumulert antall megatonn, = 3 er en aldringsparameter, og = er en intensitetsparameter f I angir forventet antall nye sprekker per år pr km Rimelig tilpasning for det norske jernbanenettet For Dovrebanen ble f I estimert til 0.15 /km /år (i 2003) 10

11 Failure progression Ultralydinspeksjon K 1 Rail breakage K 2 P-F interval Time Barrier model: Rail quality Ultrasonic inspection Track circuit detection Physical barriers 11

12 Ultralydinspeksjon Mål: Avdekke sprekker (potensiell feil) før de utvikler seg til et skinnebrudd (kritisk svikt) Tid fra en sprekk er detekterbar til skinnebrudd betegnes PF-intervallet 12

13 Illustrasjon av PF-intervallet Failure progression/crack size Critical failure progression (rail breakage) F Detectable failure progression T init P T det T crit Time 13 PF-interval

14 Variasjon i PF-intervallet Lengden av PF-intervallet antas å variere Sprekker kan initieres på ulike steder på skinnen Sprekkveksthastighet avhenger av trafikkbelastning, kvalitet på ballast, temperatur osv Sprekker som utvikler seg raskt er de mest kritiske 14

15 Variasjon i PF-intervallet 35 % 30 % 25 % 20 % 15 % 10 % 5 % 0 % time [months]

16 Fastsettelse av parametere Tre tilnærminger ble brukt for å fastsette PF-intervallet Uttalelse fra norske eksperter Virkelige observasjoner fra det norske jernbanenettet Resultater fra litteraturen (Palese &Zarembski, 2001) Verdier benyttet (på landsbasis, 2003) Forventet verdi av PF-intervallet = PF Mean = 5 år Standardavvik = PF SD = 3 år 16

17 Effektiviteten av ultralydinspeksjon Effektiviteten av ultralydinspeksjon avhenger av Inspeksjonsintervallet, Sannsynligheten, q, for at en sprekk faktisk blir avdekket q avhenger generelt av sprekkstørrelse, ikke inkludert i modellen Kan finne en matematisk modell Q = Q(,q, PF Mean, PF SD ) = Beslutningsvariabel q, PF Mean, PF SD = parametre 17

18 Q( ) = Q(,q, PF Mean, PF SD ) Q( ) = Sannsynlighet for ikke å oppdage sprekk i tide % % PF SD Legend PFMean q % % % % % } } /PF Mean 18

19 Q( ) = Q(,q, PF Mean, PF SD ) Q( ) = Sannsynlighet for ikke å oppdage sprekk i tide % % PF SD Legend PFMean q % % % % % } } /PF Mean 19

20 Failure progression Sporfeltsdeteksjon K 1 Rail breakage K 2 P-F interval Time Barrier model: Rail quality Ultrasonic inspection Track circuit detection Physical barriers 20

21 Sporfeltsdeteksjon De fleste skinnebrudd avdekkes ved sporfeltsdeteksjon Men: Ikke alle sprekker detekteres Deteksjonssannsynlighet er satt til 70% Det kan være for sent; toget er på vei til bruddstedet På sikt vil sporfeltene fjernes til fordel for akseltellere, denne barrieren vil da forsvinne 21

22 Hva skjer etter et skinnebrudd? Failure progression Rail breakage K 1 K 2 P-F interval Time Barrier model: Rail quality Ultrasonic inspection Track circuit detection Physical barriers 22

23 Optimaliseringsmodell Rate av sprekker: f I (mgt) = (mgt) -1 = 0.15 /km/år Effektivitet, ultralyd = 1-Q = 1 - Q(,q, PF Mean, PF SD ) EXCEL modell Effektivitet sporfeltsdeteksjon = 70% Kostnader: Kostnadselement Kostnad for ultralydtog, Trondheim - Oslo Ultralydtralle, per km Planlagt feilretting Ikkeplanlagt feilretting Avsporing Andre skader (ikke avsporing) Verdi NOK NOK NOK NOK NOK NOK 23

24 Dovrebanen: 2003 Nye sprekker per år f I = av disse på to svært dårlige områder som tilsammen utspenner 30 km = intervall for ultralydtog F = Antall ganger per år de 30 km inspiseres ekstra F = 0 F = 2 F = 4 Finn optimal kombinasjon av og F? 24

25 Resultat Kostnader (Millioner kroner) Total kost. (F=0) Total kost. (F=4) Total kost. (F=2) KV kost. (F=2) Ulykkeskost. (F=2) FV kost(f=2) ( =inspeksjonsintervall) 25

26 Data drevet vedlikeholdsplanlegging med eksempler fra Jernbaneverket Hva betyr datadrevet vedlikeholdsplanlegging? Innsamling av erfaringsdata for å estimere modellparametere, evt oppdatere disse Analyse av rotårsaker Systematiske feil kan ofte IKKE motarbeides ved hjelp av vedlikehold krever redesign, endrede prosedyrer for bruk osv Ti-på-topp lister for å finne fokusområder for innsats Husk: Data er ikke bare data om svikt Vi trenger også data om f eks utført vedlikehold, og ikke-utført vedlikehold (etterslep) 26

27 Fokus her: Estimering av parametre I JBV er vi nå i gang med å oppdatere grunnlaget fra 2003 Analysene er ikke ferdige Spørsmål vi ønsker svar på: Er modellen f I (mgt) = (mgt) -1 rimelig? Hva er tallverdier for og? Hva er tallverdiene for PF Mean og PF SD 27

28 JBV klassifisering av skinnefeil Failure progression 0 = Umiddelbar fix 2b 2a 1 F 0 1= Fix i løpet av en måned T det T crit 2a, 2b = Hold under oppsikt PF-interval 28

29 Utfordring, estimering av f I (mgt) = (mgt) -1 Hvert år identifiseres feil, og alle feil klassifiseres Det er ingen eksplisitt kobling til «fjorårets» klassifisering Failure progression T det 1 2a 2b PF-interval F 0 T crit 2a og 2b feil telles opp dobbelt 29

30 Analysetilnærming Feil som ligger på ca samme km-angivelse, og som følger 2b-2a-1-0 regimet antas å være samme fysiske feil, og skal derfor kun telles en gang mht f I (mgt) = (mgt) -1 Analyse av data tyder på at frekvensen er halvert siden 2003 Dette kan skyldes skinnebytte på områder med mange sprekker Det er imidlertid også avdekket at ny leverandør av ultralydtjenester har hatt problemer med kvaliteten på målingene En halvering av frekvens av nye sprekker skulle tilsi at intervallene kan økes Nye modellkjøringer ikke foretatt per dags dato 30

31 Estimering av PF-intervall Utfordringer Vi vet ikke når overgangen mellom tilstander inntreffer Vi har kun målinger for de årlige (toårige) kjøringene Mange 2a og 2b feil finnes IKKE igjen i neste års kjøring Failure progression Dataene tyder på at man i snitt beveger seg et «ett halvt skritt» per år PF Mean foreløpig estimert opp mot 10 år; noe optimistisk 2b 2a 1 F 0 T det T crit 31 PF-interval

32 Spørsmål? 32