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EWMA 기법을 적용한 효율적 철도차량 차축온도검지 모니터링 방법 연구
A Study on Efficient Rolling Stock HBD Monitoring Method Using EWMA Technique 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.1, 2017년, pp.609 - 617  

최석중 (한국철도공사 차세대 KOVIS 추진처) ,  김문홍 (우송대학교 철도경영학과)

초록
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철도는 전 세계적으로 매우 안전하고 중요한 운송 수단 중 하나이다. 그러나 철도시스템이 복잡도가 높아지고 주행거리 증가 등으로 인해 매년 사고가 지속적으로 발생하고 있다. 특히, 고속열차와 화물열차의 경우, 차축베어링 비정상 과열로 인하여 차축베어링의 기능이 소실되면 차축의 불균등한 하중을 초래한다. 따라서, 차축베어링의 비정상 과열은 심각한 사고 또는 차량 탈선의 원인이 될 수 있다. 이에 따라서 현재 고속열차 운행 중 차축의 비정상적인 발열을 검지하기 위하여 차축온도검지장치(Hot Box Detector, HBD)가 설치되어 운영되고 있다. 본 연구에서는 비정상 차축 과열 발생시, 이를 빠르고 효율적으로 검지하기 위하여 지수가중이동평균(EWMA) 기법을 적용한 차축온도 모니터링 방법을 제안하였다. 또한 제안한 방법에 대하여 통계적으로 설계하였다. 본 연구에서 제안하는 방법은 현재의 차축온도검지 모니터링 방법과 비교하여 비정상 과열의 발생에 대하여 더 좋은 성능으로 평가되었으며 그 수행도는 최대 170% 향상되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Railways are one of the safest and most important transportation systems in the world. On the other hand, due to the increasing complexity of the railway system and the running distance of rail vehicles, railway accidents occur continuously every year. In particular, in the case of high-speed trains...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 비정상 차축베어링 발열이 발생할 경우, 기존 방법에 비하여 빠르고 정확하게 검지할 수 있는 새로운 방법을 제시하고자 한다.
  • 본 연구에서는 차축베어링 발열을 더 빠르고 민감하게 검지하여 차축 고장을 더 빨리 예측하기 위한 새로운 차축온도검지모니터링 방법을 제안하였다. 또한, 제안된 차축온도검지모니터링 방법의 성능을 비교·분석하기 위하여 과거 실제 사고 사례 데이터를 적용하여 각 방법들 간 수행도를 측정하여 분석 및 비교하였으며 그에 대한 연구 결과는 다음과 같다
  • 본 연구에서는 차축온도검지장치를 통해 수신되는 비정상 차축 발열 온도에 대하여 빠르고 정확하게 검지하기 위한 지수가중이동평균(Exponentially Weighted Moving Average: EWMA) 기법을 적용한 새로운 차축 온도 모니터링 방법을 제시하고 통계적으로 이를 설계한다. 또한, 제안된 방법의 성능을 평가하기 위하여 실제 과거 사례 데이터를 기준으로 기존의 차축온도 모니터링 방법과의 수행도를 산출 및 분석하여 차축베어링 비정상 발열 발생시, 각 방법들 간 성능을 분석하여 수행도를 비교 평가한다.
  • 본 절에서는 기존의 차축온도검지모니터링 방법보다 비정상 차축베어링 발열에 대하여 더 민감하고 효율적인 지수가중이동평균(exponentially weighted moving average) 기법을 적용한 새로운 차축온도검지모니터링 방법을 제안하기 위한 통계적 설계를 수행한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
철도란 무엇인가? 철도는 전 세계적으로 매우 안전하고 중요한 운송 수단 중 하나이다. 그러나 철도시스템이 복잡도가 높아지고 주행거리 증가 등으로 인해 매년 사고가 지속적으로 발생하고 있다.
고속 및 화물열차에 차축베어링이 이상이 생김으로써 발생하는 문제는 무엇인가? 그럼에도 불구하고 철도에서는 매년 중대한 사고들이 간헐적으로 꾸준하게 발생하고 있다. 특히, 고속 및 화물열차의 경우 차축베어링의이상 발열로 윤활이 충분하지 않을 경우, 차축베어링은 그 기능을 소실하게 되고 이로 인해 차축의 불균등한 하중으로 인해 열차의 탈선까지 초래할 수 있다.
국내 차축온도검지장치 현황은 어떠한가? 국내의 경우, 경부선과 호남선에 총 38개소가 약 20∼40Km 간격으로 설치되어 운용 중에 있다. 이에 따라 비정상 차축 발열을 얼마나 빠르고 정확하게 검지하여 통보하느냐는 철도차량의 안전 확보 관점에서 매우 중요한 요소이다.
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참고문헌 (10)

  1. E. Eisenbrand, "Hot box detection in European railay networks", RTR Special 2011, pp. 1-11, 2011. 

  2. Minister of Land, Infrastructure and Transport, 2015 Statistical Year Book of MOLIT. pp. 722-736, Huimun Printing Corp., 2015. 

  3. J. S. Choi, "Introduction of Hot Box Detector(HBD) technology trend of European railway network", Journal of Korean Society for Railway, pp. 21-26, 2012. 

  4. G. H.. Choi, Y. H. Kim, S. M. Baik, G. S. Bing, "Study on the Utilization of HBD in the Conventional Speed-up Lines", Proc. of 2nd Conference on Korea Safety Management & Science, pp. 233-243, April, 2012. 

  5. X. Liu, M. R. Saat, C. Barkan, "Analysis of Causes of Major Train Derailment and Their Effect on Accident Rates", Journal of the Transportation Research Board, pp.154-163, 2012. DOI: https://doi.org/10.3141/2289-20 

  6. D.C. Montgomery, Introduction to Statistical Quality Control 5th Edition. pp. 300-416, John Wiley & Sons. Inc., 2005. 

  7. S. W. Roberts, "Control Chart Tests Based on Geometric Moving Average", Technometrics, pp. 239-250, 1959. DOI: https://doi.org/10.1080/00401706.1959.10489860 

  8. E. P. Hong, C. W. Kang, H. W. Kang, "Development of CV Control Chart Using EWMA Technique", Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering, pp. 114-120, 2008. 

  9. Lu. C. W, M. R. Reynolds, "EWMA control charts for monitoring the mean of autocorrelated processes", Journal of Quality Technology, pp. 166-188, 1999. 

  10. J. M. Lucas, M. S. Saccucci, "Exponentially Weighted Moving Average Control Schemes:Properties and Enhancements", Technometrics, pp. 1-12, 1990. DOI: https://doi.org/10.1080/00401706.1990.10484583 

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