The maintenance of rail vehicles and infrastructure plays a critical role in reducing delays, preventing malfunctions, and ensuring the economic efficiency of rail transportation companies. Predictive maintenance systems powered by supervised machine learning offer a promising approach by detecting failures before they occur, reducing unscheduled downtime, and improving operational efficiency. However, the success of such systems depends on high quality labeled data, necessitating user centered labeling interfaces tailored to annotators needs for Usability and User Experience. This study introduces a cost effective predictive maintenance system developed in the federally funded project DigiOnTrack, which combines structure borne noise measurement with supervised learning to provide monitoring and maintenance recommendations for rail vehicles and infrastructure in rural Germany. The system integrates wireless sensor networks, distributed ledger technology for secure data transfer, and a dockerized container infrastructure hosting the labeling interface and dashboard. Train drivers and workshop foremen labeled faults on infrastructure and vehicles to ensure accurate recommendations. The Usability and User Experience evaluation showed that the locomotive drivers interface achieved Excellent Usability, while the workshop foremans interface was rated as Good. These results highlight the systems potential for integration into daily workflows, particularly in labeling efficiency. However, areas such as Perspicuity require further optimization for more data intensive scenarios. The findings offer insights into the design of predictive maintenance systems and labeling interfaces, providing a foundation for future guidelines in Industry 4.0 applications, particularly in rail transportation.


翻译:轨道车辆与基础设施的维护对减少延误、预防故障及保障铁路运输企业的经济效益具有关键作用。基于监督式机器学习的预测性维护系统通过提前检测故障、减少非计划停机时间并提升运营效率,展现出广阔应用前景。然而,此类系统的成功依赖于高质量的标注数据,需要以用户为中心的标注界面,以满足标注人员在可用性与用户体验方面的需求。本研究介绍了联邦资助项目DigiOnTrack中开发的经济型预测性维护系统,该系统结合结构噪声测量与监督学习,为德国乡村地区的轨道车辆及基础设施提供监测与维护建议。系统整合了无线传感器网络、用于安全数据传输的分布式账本技术,以及承载标注界面与仪表板的容器化Docker基础设施。火车司机与车间领班对基础设施和车辆故障进行标注,以确保建议的准确性。可用性与用户体验评估表明:机车司机界面的可用性评级为'优秀',车间领班界面评级为'良好'。这些结果凸显了系统融入日常工作流程的潜力,尤其在标注效率方面。然而,在'界面明晰性'等领域仍需针对数据密集型场景进一步优化。研究结果为预测性维护系统及标注界面的设计提供了见解,为未来工业4.0应用(特别是铁路运输领域)的规范制定奠定了基础。

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