Modeling of railway system maintenance and availability by means of Colored Petri nets

• Autorzy: Song H. , Schnieder E.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2018.2.08

Warianty tytułu

PL

Modelowanie utrzymania ruchu i gotowości systemu kolejowego za pomocą kolorowych sieci Petriego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Prognostics and health management (PHM) technologies permit actionable information to enable proper decision-making for improving systems’ performance. With the increasing requirements placed on the rail systems’ availability, better maintenance decisions should be evaluated before practical application. The aim of this work is to build maintenance models and estimate the performance of considered maintenance decisions regarding the rail system’s reliability and availability by means of Colored Petri nets. As a high-level formalization method, Colored Petri nets provide different color sets, which are suitable to represent different maintenance attributions. The maintenance models are evaluated at both the structure and parameterization levels. At the structure level, the structure correctness of the maintenance models is evaluated by using the state space analysis. At the parameterization level, specific maintenance decisions are illustrated. With various maintenance parameters, comparisons of system reliability and availability are made with the results obtained with the Colored Petri nets model.

PL

Technologie prognostyki i zarządzania zdrowiem (PHM) dostarczają praktycznych danych, które umożliwiają podejmowanie właściwych decyzji w zakresie poprawy wydajności systemów. Wraz z rosnącymi wymaganiami dotyczącymi gotowości systemów kolejowych, rośnie potrzeba oceny decyzji dotyczących utrzymania ruchu przed ich wprowadzeniem w życie. Celem przedstawionej pracy było zbudowanie modeli utrzymania ruchu oraz oszacowanie za pomocą kolorowych sieci Petriego możliwości realizacji rozważanych decyzji konserwacyjnych dotyczących niezawodności i gotowości systemu kolejowego. Kolorowe sieci Petriego to metoda o wysokim poziomie formalizacji, którą w przedstawionej pracy wykorzystano do reprezentacji za pomocą różnych zestawów kolorów, różnych atrybutów utrzymania ruchu. Modele utrzymania ruchu oceniano zarówno na poziomie struktury jak i parametryzacji. Na poziomie struktury, poprawność struktury modeli utrzymania ruchu oceniano za pomocą analizy przestrzeni stanów. Na poziomie parametryzacji, zilustrowano konkretne decyzje dotyczące konserwacji. Niezawodność i gotowość systemu przy różnych parametrach utrzymania ruchu porównano z wynikami uzyskanymi za pomocą modelu kolorowych sieci Petriego.

Słowa kluczowe

EN

prognostics and health management; colored Petri nets; railway system; maintenance; availability

PL

prognostyka i zarządzanie zdrowiem; kolorowe sieci Petriego; system kolejowy; utrzymanie ruchu; gotowość

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 20, no. 2
• Strony: 236--243
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Song H.

• Institute for Traffic Safety and Automation Engineering, Braunschweig Technische Universität Braunschweig Hermann-Blenk-Straße 42 38108 Braunschweig, Germany

autor

Schnieder E.

• Institute for Traffic Safety and Automation Engineering, Braunschweig Technische Universität Braunschweig Hermann-Blenk-Straße 42 38108 Braunschweig, Germany

Bibliografia

• 1. Antoni M, Ammad N. Formal validation method and tools for Frenchcomputerized railway interlocking systems, 2008: 99-106.
• 2. Bertsche B. Reliability in automotive and mechanical engineering: determination of component and system reliability. Springer Science & Business Media, 2008.
• 3. Birolini A. Reliability engineering. Heidelberg: Springer, 2007.
• 4. Dersin P, Valenzuela R C. Application of non-Markovian stochastic Petri nets to the modeling of rail system maintenance and availability, Simulation Conference (WSC), Proceedings of the 2012 Winter. IEEE, 2012: 1-12.
• 5. Garmabaki A H S, Ahmadi A, Ahmadi M. Maintenance optimization using multi-attribute utility theory. Current Trends in Reliability, Availability, Maintainability and Safety. Springer, Cham 2016: 13-25, https://doi.org/10.1007/978-3-319-23597-4_2.
• 6. Jensen K, Kristensen L M. Coloured Petri nets: modelling and validation of concurrent systems. Springer Science & Business Media, 2009, https://doi.org/10.1007/b95112.
• 7. Katukoori V K. Standardizing availability definition. University of New Orleans, New Orleans, La., USA, 1995.
• 8. Kowalski M, Magott J, Nowakowski T, et al. Analysis of transportation system with the use of Petri nets. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2011: 48-62.
• 9. Macchi M, Garetti M, Centrone D, et al. Maintenance management of railway infrastructures based on reliability analysis. Reliability Engineering & System Safety 2012, 104: 71-83, https://doi.org/10.1016/j.ress.2012.03.017.
• 10. Meier-Hirmer C, Riboulet G, Sourget F, et al. Maintenance optimization for a system with a gamma deterioration process and intervention delay: application to track maintenance. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part O: Journal of Risk and Reliability 2009, 223(3): 189-198, https://doi.org/10.1243/1748006XJRR234.
• 11. Miyagi P E, Riascos L A M. Modeling and analysis of fault-tolerant systems for machining operations based on Petri nets. Control Engineering Practice 2006, 14(4): 397-408, https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2005.02.002.
• 12. Morant A, Gustafson A, Söderholm P. Safety and availability evaluation of railway signalling systems, Current Trends in Reliability, Availability, Maintainability and Safety. Springer International Publishing 2016: 303-316, https://doi.org/10.1007/978-3-319-23597-4_22.
• 13. Quiroga L, Slovak R, Wegele S, et al. Petri nets based simulation and optimisation of railway maintenance processes. FORMS/FORMAT, 2008.
• 14. Song H, Liu J, Schnieder E. Validation, verification and evaluation of a Train to Train Distance Measurement System by means of Colored Petri Nets. Reliability Engineering & System Safety 2017, 164: 10-23, https://doi.org/10.1016/j.ress.2017.03.001.
• 15. Schnieder E, Schnieder L, Müller J R. Conceptual foundation of dependable systems modelling[J]. IFAC Proceedings Volumes 2009, 42(5): 198-202, https://doi.org/10.3182/20090610-3-IT-4004.00039.
• 16. Zhao L, Thulasiraman K, Ge X, et al. Failure Propagation Modeling and Analysis via System Interfaces. Mathematical Problems in Engineering 2016, 2016.
• 17. Zhang T, Cheng Z, Liu Y, et al. Maintenance scheduling for multi-unit system: a stochastic Petri-net and genetic algorithm based approach. Eksploatacja I Niezawodnosc- Maintenance and Reliability 2012 (3): 256-264.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).