周斌 上海鐵路局車輛處

動(dòng)車組二級(jí)檢修計(jì)劃編制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

周斌 上海鐵路局車輛處

隨著高鐵的快速發(fā)展，動(dòng)車所面臨著動(dòng)車組配屬車型復(fù)雜、配屬體量增大、生產(chǎn)組織格局多變、運(yùn)行圖調(diào)整頻繁、交路走行公里數(shù)分散的現(xiàn)狀，導(dǎo)致以傳統(tǒng)的人工測(cè)算方式編排出的檢修月、周計(jì)劃存在著各種問題。通過信息化的手段，建立檢修計(jì)劃智能編制系統(tǒng)，可以更合理、科學(xué)地優(yōu)化動(dòng)車組檢修、上線計(jì)劃，提高動(dòng)車組運(yùn)用檢修效率。

動(dòng)車組；檢修計(jì)劃；智能編排；信息化

當(dāng)前，動(dòng)車組二級(jí)檢修月、周計(jì)劃的編制以傳統(tǒng)的人工測(cè)算方式為主。但是由于配屬車型復(fù)雜、生產(chǎn)組織多變、交路走行公里數(shù)分散、計(jì)劃測(cè)算方式簡(jiǎn)單等因素，導(dǎo)致人工編排的計(jì)劃通常上線率偏低、均衡性較差、兌現(xiàn)率不高，而且時(shí)常發(fā)生修程安排錯(cuò)誤的情況。因此，建立一套動(dòng)車組檢修計(jì)劃智能編制的系統(tǒng)，既可以更合理、科學(xué)地優(yōu)化動(dòng)車組檢修、上線計(jì)劃，提高動(dòng)車組運(yùn)用和檢修效率；同時(shí)也能大大減輕計(jì)劃調(diào)度員、檢修工程師的工作量和工作難度，提高人員工作效率。

1 研發(fā)目標(biāo)

根據(jù)車組配屬、交路信息、檢修能力、庫(kù)線能力等情況，建立可以自動(dòng)編排動(dòng)車組月、周檢修計(jì)劃以及每日動(dòng)車組開行計(jì)劃的計(jì)劃編制平臺(tái)。在保證配屬動(dòng)車組各項(xiàng)修程均在規(guī)定檢修周期內(nèi)完成的基礎(chǔ)上，同時(shí)滿足以下要求：

（1）同時(shí)考慮二級(jí)檢修計(jì)劃與動(dòng)車組開行計(jì)劃，生產(chǎn)檢修計(jì)劃和運(yùn)用計(jì)劃。通過車組擔(dān)當(dāng)交路的走行公里數(shù)來(lái)測(cè)算車組的檢修計(jì)劃，提高計(jì)劃的指導(dǎo)性。

（2）檢修計(jì)劃中各級(jí)修程的測(cè)算應(yīng)盡量貼近檢修周期上限，以提高車組可用率，減少不必要的過度維修，降低維修成本。

（3）檢修計(jì)劃中各項(xiàng)修程的安排應(yīng)相對(duì)均衡，避免末段時(shí)間內(nèi)的高等級(jí)修程集中到達(dá)，導(dǎo)致檢修能力、備用車組無(wú)法滿足的情況。

（4）適應(yīng)一個(gè)計(jì)劃周期內(nèi)，車組配屬量變化或運(yùn)行圖變化對(duì)檢修計(jì)劃測(cè)算產(chǎn)生的影響，以保證檢修計(jì)劃的兌現(xiàn)率。

（5）兼顧動(dòng)車組輪軸相關(guān)修程(輪對(duì)軸承注脂、空心車軸探傷、輪輞輪輻探傷)的檢修安排，在計(jì)劃編制時(shí)必須明確至車廂號(hào)、軸位。

（6）同時(shí)針對(duì)節(jié)假日臨客開行較多的特點(diǎn)，對(duì)部分檢修項(xiàng)目提前安排施修，保證新舊交接期間，各項(xiàng)計(jì)劃的平穩(wěn)過渡。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)基于J2EE的SOA架構(gòu)，采用Spring進(jìn)行組件管理，SpringMVC開發(fā)RESTfulWebService接口，接口數(shù)據(jù)以json格式封裝，利用Ibatis框架構(gòu)建數(shù)據(jù)訪問層，客戶端采用瀏覽器，基于HTML+CSS+JS開發(fā)客戶端頁(yè)面，使用了JQuery框架，通過ajax調(diào)用服務(wù)器端REST接口獲取數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)庫(kù)采用Postgresql，服務(wù)器端運(yùn)行于Tomcat容器內(nèi)，服務(wù)器程序部署于SUSELinux環(huán)境下。

3 算法設(shè)計(jì)

3.1 算法概述

二級(jí)檢修計(jì)劃采用啟發(fā)式算法，通過建立預(yù)測(cè)模型(PredictModel)，采用滾動(dòng)優(yōu)化(RecedingHorizonOptimization)的策略，將無(wú)限時(shí)域的全局優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)的有限時(shí)域問題，通過預(yù)測(cè)模型對(duì)控制策略進(jìn)行性能指標(biāo)的評(píng)估，通過車組的維修實(shí)績(jī)反饋(Feedback)回系統(tǒng)來(lái)修正下一步的優(yōu)化，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)優(yōu)化系統(tǒng)。既考慮了系統(tǒng)中當(dāng)前相對(duì)不變的一些因素，如車組信息、交路信息、維修能力約束等，同時(shí)也將車組故障臨修、交路變更等不確定性因素反饋到系統(tǒng)中，提高了計(jì)劃在不確定因素下的穩(wěn)定性和魯棒性，確保了計(jì)劃的指導(dǎo)性和兌現(xiàn)率。

3.2 目標(biāo)函數(shù)

（1）在制定二級(jí)修計(jì)劃時(shí)，要考慮的是提高檢修效率，提高車組的運(yùn)用效率，同時(shí)盡量讓每日的檢修工作量均衡，故設(shè)計(jì)了以下目標(biāo)：

檢修周期指標(biāo)X

假如車組C1每個(gè)修程檢修時(shí)距上次檢修的時(shí)候的走行公里數(shù)（天數(shù)）為M1，而該修程的公里數(shù)（天數(shù)）周期上限為M：

檢修周期指標(biāo)X1=M1/M；

則該計(jì)劃的檢修周期指標(biāo)X=(X1+X2+....+Xn)/N；

檢修周期指標(biāo)的數(shù)值越高，意味著車組越貼近檢修周期的上限，計(jì)劃安排越為合理。

檢修均衡性指標(biāo)Y

假設(shè)整個(gè)計(jì)劃安排了未來(lái)N天的檢修和開行計(jì)劃，每天檢修的車組數(shù)分別為K1，K2....Kn，則每日平均檢修車組數(shù)為：

K=(K1+K2+...+Kn)/N

檢修均衡性指標(biāo)Y=((1-ABS(K1-K)/K)+(1-ABS(K2-K)/K) +...+(1-ABS(Kn-K)/K))/N；

檢修均衡性指標(biāo)數(shù)值越高，說明車組各項(xiàng)修程安排均衡性越佳。

扣車效率指標(biāo)Z

Z=（扣車次數(shù)×天數(shù)）/總扣車數(shù)量

其中，計(jì)算總扣車數(shù)量的時(shí)候，一個(gè)車扣多次數(shù)量為1；

扣車效率指標(biāo)數(shù)值越高，說明車組無(wú)效扣車次數(shù)越少，扣車效率越高。

車組可用率指標(biāo)

假設(shè)在周期為N天的整個(gè)計(jì)劃中，每天上線運(yùn)行的車組數(shù)分別為U1，U2....Un，備車數(shù)為R1，R2......Rn，每日配屬的車組數(shù)分別為：H1，H2….Hn，則：

可用率指標(biāo)Q=((U1+U2+....+Un)+(R1+R2+....+Rn))/(H1+H2+.... +Hn)

車組可用率指標(biāo)數(shù)值越高，說明一段周期內(nèi)的實(shí)際可用車組數(shù)量越多。

（2）二級(jí)修計(jì)劃的目標(biāo)函數(shù)為O=檢修周期指標(biāo)X×檢修均衡性指標(biāo)Y×扣車效率指標(biāo)

（3）二級(jí)修計(jì)劃的遴選辦法

假如算出N個(gè)二級(jí)修計(jì)劃J1，J2，J3....Jn，其目標(biāo)函數(shù)值分別為O1，O2，....On，則目標(biāo)函數(shù)值最大的前3個(gè)計(jì)劃J1、J2、J3；對(duì)于這三個(gè)計(jì)劃，取可用率指標(biāo)Q最大的一個(gè)計(jì)劃。

4 系統(tǒng)應(yīng)用情況

動(dòng)車組二級(jí)檢修計(jì)劃編制系統(tǒng)于2012年6月完成基本功能的開發(fā)及系統(tǒng)測(cè)試，并在上海南動(dòng)車所試用；2013年4月開始在虹橋動(dòng)車所試用，并針對(duì)虹橋動(dòng)車所動(dòng)車所配屬車型復(fù)雜、配屬體量增大、生產(chǎn)組織格局多變等特點(diǎn)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整；2013年9月開始在南翔動(dòng)車所正式使用，并關(guān)聯(lián)輪軸管理系統(tǒng)以涵蓋輪對(duì)軸承注脂計(jì)劃，截至目前，反映良好。選取該系統(tǒng)在上海動(dòng)車段南翔動(dòng)車所7、8月份人工編排計(jì)劃和11、12月份系統(tǒng)自動(dòng)編排計(jì)劃的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

表1 動(dòng)車組二級(jí)檢修計(jì)劃編制系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)

由表1數(shù)據(jù)可知，通過智能計(jì)劃編排系統(tǒng)編制的動(dòng)車組月檢修計(jì)劃在檢修周期指標(biāo)、均衡性、扣車效率、可用率均得到優(yōu)化，計(jì)劃整體提升平均達(dá)到36%。

5 結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)車組二級(jí)檢修計(jì)劃系統(tǒng)的開發(fā)，解決了當(dāng)前動(dòng)車組檢修計(jì)劃與運(yùn)用計(jì)劃脫節(jié)帶來(lái)的上線率偏低、車組可用率不高、均衡性較差、兌現(xiàn)率不高的問題，適應(yīng)了動(dòng)車組快速發(fā)展的需求，是動(dòng)車組信息化管理的重要組成部分、科學(xué)決策的必要技術(shù)手段、高效作業(yè)的主要標(biāo)志。

責(zé)任編輯：王華 徐偉民
來(lái)稿日期：2014-01-15