陳香明

摘 要：隨著機車制造水平的發(fā)展提升，網(wǎng)絡通信技術(shù)、檢測技術(shù)、智能自診斷廣泛應用到機車控制系統(tǒng)，機車內(nèi)部過程數(shù)據(jù)是機車檢修的關(guān)鍵依據(jù)。本文將以HXD1C型電力機車數(shù)據(jù)分析為例，闡述機車數(shù)據(jù)檢修過程?，F(xiàn)階段大量采用檢修數(shù)據(jù)管理平臺對檢修機車進行數(shù)據(jù)挖掘的過程，提示數(shù)據(jù)檢修的關(guān)鍵技術(shù)即：網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、電子標簽、數(shù)據(jù)挖掘，從而實現(xiàn)檢修機車狀態(tài)性預防修。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分析;數(shù)據(jù)挖掘;網(wǎng)絡數(shù)據(jù);電子標簽

隨著機車制造現(xiàn)代化技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡通信技術(shù)、檢測技術(shù)、智能診斷技術(shù)越來越多地應用到機車的控制系統(tǒng)。HXD1C型電力機車作為其中典型代表，其配置了中國南車株洲電力機車研究所（簡稱株洲所）研發(fā)的機車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)DTECS，具備通信管理、故障診斷、信息顯示和事件記錄等功能[1]，類似于飛機的“黑匣子”。隨著CMD（中國機車遠程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)）在和諧機車上的逐步配置，針對和諧機車的各類數(shù)據(jù)的下載與分析已成為機車整備過程的首要環(huán)節(jié)，結(jié)合和諧機車設備的各類故障提示，分析機車事件記錄及參照6A設備相關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù)，切實診斷發(fā)現(xiàn)機車各類故障隱患，進行針對性的故障處理。

隨著網(wǎng)絡信息技術(shù)的發(fā)展，針對機車數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)也逐步應用開發(fā)，機車數(shù)據(jù)現(xiàn)已采用數(shù)據(jù)庫信息化管理，由此將積累了大量的機車應用過程數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，便能了解配屬機車存在的普遍性故障、周期性故障、總結(jié)發(fā)現(xiàn)檢修機車特有的慣性故障、部件壽命等重要信息，依托上述數(shù)據(jù)深度挖掘?qū)⒛苋嬲莆諜C車狀態(tài)，實現(xiàn)檢修機車的狀態(tài)性預防修。本文將簡單介紹針對和諧機車數(shù)據(jù)檢修的關(guān)鍵技術(shù)：網(wǎng)絡數(shù)據(jù)技術(shù)、電子信息標簽、數(shù)據(jù)挖掘。

1 HXD1C機車數(shù)據(jù)分析

HXD1C機車數(shù)據(jù)分析是針對機車配置的DTECS系統(tǒng)，通過株洲所開發(fā)的專用軟件下載并分析存儲于中央處理單元（CCU）事件記錄模塊（ERM）中嚴重故障數(shù)據(jù)或事件數(shù)據(jù)。嚴重故障數(shù)據(jù)是機車控制系統(tǒng)根據(jù)各部件運行狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)智能分析篩選出的影響機車運行非正常數(shù)據(jù)后，即時顯示在司機室的智能顯示屏（IDU）上，提示的故障信息有效指導司機操作及檢修維護。其中事件數(shù)據(jù)是基礎數(shù)據(jù)來源，是機車控制系統(tǒng)按300ms的周期全程記錄機車的各類運行、狀態(tài)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分析的基本過程如下：數(shù)據(jù)分析人員根據(jù)機車嚴重故障數(shù)據(jù)的提示，篩選梳理出真實合理的故障點，針對性地分析故障時段相關(guān)的過程數(shù)據(jù)，例如機車運行過程中的機車速度、部件溫度、壓力等模擬信號、控制系統(tǒng)邏輯信號、接觸器狀態(tài)等信息，結(jié)合電氣原理圖、制動機控制管路圖等資料，有效地分析造成機車故障的原因并指明故障處所，從而對故障進行有針對性的處理。經(jīng)過大量實踐證明：HXD1C機車數(shù)據(jù)分析能對機車故障具備導向性，確實能有效地發(fā)現(xiàn)機車故障隱患，及時處理便能有效減低機車故障率。

綜合分析：HXD1C機車數(shù)據(jù)分析的過程，能否從機車嚴重故障數(shù)據(jù)提示中判別出真實的故障點，并能結(jié)合事件數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)故障產(chǎn)生的原因及脈絡，準確判斷出故障點，將成為數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵。此時影響數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，集中在如下兩點：

①數(shù)據(jù)分析員的業(yè)務能力。分析員從嚴重故障數(shù)據(jù)提示，結(jié)合過程事件數(shù)據(jù)、機車設計原理圖挖掘出故障點，需要進行大量的分析實踐，才能形成故障處理的相關(guān)經(jīng)驗。數(shù)據(jù)分析員積累經(jīng)驗的過程也是逐步了解機車各項性能的過程。分析人員的業(yè)務能力便是正確分析的首要問題。

②機車數(shù)據(jù)分析的及時性及故障處理的有效性。機車故障的發(fā)生往往是隨機的，然而故障的演變過程卻普遍具有規(guī)律性。若能在故障發(fā)生的初期將隱患徹底處理，避免其造成更大影響，以此保證線上機車運行良好。實踐說明：機車數(shù)據(jù)下載分析的及時性及故障處理的有效性是關(guān)鍵。機車從入庫、檢修、整備、出庫、運用的整個過程中，進行機車數(shù)據(jù)下載分析的時間卻是有限的，因此必須要建立相關(guān)的數(shù)據(jù)信息平臺，保證機車故障處理的覆蓋率及效能。

針對上述兩個突出問題從快捷有效及時的角度考慮，建立了機車數(shù)據(jù)分析及故障處理網(wǎng)絡信息平臺應用于整備過程的故障處理。該分析平臺由專家診斷服務器、手持終端、無線基站組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖 1 ?機車數(shù)據(jù)分析及故障處理網(wǎng)絡信息平臺

專家診斷服務器是其中的核心部件，對傳輸?shù)綑C車嚴重故障數(shù)據(jù)進行逐條分析，篩選出機車故障隱患。其具備如下功能：

①數(shù)據(jù)管理功能。專家服務器將實時收集機車運行數(shù)據(jù)并分類存儲于數(shù)據(jù)庫中，用于故障日常檢索、追蹤。

②固化分析經(jīng)驗。針對大量機車數(shù)據(jù)，服務器必須具備快速篩選故障隱患的功能，需要搭建數(shù)據(jù)篩選條件庫。服務器程序?qū)⒎治鋈藛T的經(jīng)驗轉(zhuǎn)換成數(shù)字化判斷條件的軟件辨識庫，對經(jīng)驗進行固化。

③具備智能管理功能。服務器不僅存儲數(shù)據(jù)，同時具備數(shù)據(jù)智能管理功能。能按車型、車號、部件、故障類別等進行統(tǒng)計管理;能對經(jīng)驗辨識庫的條件進行編輯調(diào)整;能自動形成數(shù)據(jù)管理日常文檔。

機車數(shù)據(jù)分析及故障處理網(wǎng)絡信息平臺工作過程：機車入庫整備時，數(shù)據(jù)采集人員將手持終端連接至機車ERM模塊，同時設置車型、車號，采用株洲所專用軟件下載機車嚴重故障數(shù)據(jù)。嚴重故障數(shù)據(jù)成功下載后，手持終端立即將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳輸至專家診斷服務器。

專家診斷服務器接收到數(shù)據(jù)后，按車型、車號分類的嚴重數(shù)據(jù)存儲至指定文件夾;服務器對嚴重故障數(shù)據(jù)進行解析處理后將數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)庫;專家專斷系統(tǒng)對解析后的數(shù)據(jù)按辨識庫的標準進行逐條判別，自動篩選出故障隱患數(shù)據(jù)項。

專家診斷服務器將故障隱患項提示給數(shù)據(jù)分析員。數(shù)據(jù)分析員對經(jīng)過初步篩選的數(shù)據(jù)項點，進行再判斷。若判斷確實為故障點，將立刻向檢修、整備班組報活，將故障消除在機車整備過程中，確保出庫機車良好。

采用該數(shù)據(jù)分析平臺對入庫整備機車檢修，有效減輕了人工下載轉(zhuǎn)儲、數(shù)據(jù)處理的時間，提升了機車整備的層次。同時基于數(shù)據(jù)庫的存儲方式更利于對機車過程數(shù)據(jù)管理，切實提高了數(shù)據(jù)分析的及時性及可靠性。

采用機車數(shù)據(jù)分析及故障處理網(wǎng)絡信息平臺適合整備機車趟檢特點。機車整備過程中，根據(jù)運行周期故障提示內(nèi)容，對故障進行針對性的快速處理，以保證整備出庫機車質(zhì)量。

和諧機車入庫檢修的過程，相對于機車整備的檢查范圍、時間都比較長，檢修質(zhì)保周期也更長，因此檢修出庫機車的質(zhì)量要求也更高。此時全面了解檢修機車的整體狀態(tài)將成為機車檢修的首要環(huán)節(jié)。和諧機車檢修時，根據(jù)機車相關(guān)數(shù)據(jù)履歷，對機車部件壽命狀態(tài)、慣性故障、季節(jié)性故障等內(nèi)容進行評估鑒定，形成檢修機車的特有方案，從而實現(xiàn)和諧型機車的針對性檢修，將整體提升機車質(zhì)量狀態(tài)。

2 機車數(shù)據(jù)檢修

機車數(shù)據(jù)檢修是結(jié)合和諧機車的數(shù)據(jù)特點，依托數(shù)據(jù)網(wǎng)絡信息平臺，不僅實現(xiàn)了機車檢修過程的“四按三化”要求記名檢修功能，還需具備匯集機車各項過程數(shù)據(jù)，同時具備指導現(xiàn)場機車檢修的交互功能。數(shù)據(jù)檢修的過程是在對機車進行數(shù)據(jù)履歷管理基礎上進行的功能升級，是現(xiàn)階段大數(shù)據(jù)時代針對和諧機車檢修進行的一種探索。

現(xiàn)階段針對機車數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)，往往僅針對機車整備、檢修、運用的日常維護、保養(yǎng)、運用等方面進行數(shù)據(jù)的存儲管理，并未從機車自身技術(shù)特點進行搭建，同時上述系統(tǒng)之間平臺彼此相對獨立，數(shù)據(jù)平臺基礎不同，造成機車過程信息數(shù)據(jù)掌握不全面，不能整體把握機車的各種狀態(tài)信息，無法實現(xiàn)機車的狀態(tài)預防修。若要實現(xiàn)機車全面數(shù)據(jù)檢修首先要建立統(tǒng)一的網(wǎng)絡系統(tǒng)平臺，建立與檢修、整備、運用的數(shù)據(jù)平臺交互通道，能及時有效收集、匯總各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，形成檢修機車特有數(shù)據(jù)履歷。機車開始檢修時，專業(yè)技術(shù)員分析診斷機車履歷數(shù)據(jù)后向檢修人員下達專業(yè)的指導意見，因此網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、信息技術(shù)是數(shù)據(jù)檢修的基礎。

機車數(shù)據(jù)檢修必然涉及對人員、材料、工藝數(shù)據(jù)等多重信息的管理，此時也需要建立相應標記檢修過程的數(shù)據(jù)管理手段，從而實現(xiàn)檢修各過程的數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理。借鑒物流電子技術(shù)發(fā)展與進步，以RFID（無線射頻識別）[2]、NFC（近域通信）[3]為代表的電子標簽技術(shù)能定位管理物品、設備及人員，同時能存儲一定的數(shù)據(jù)信息。采用電子標簽便能對無數(shù)據(jù)屬性的內(nèi)容進行數(shù)據(jù)標記，從而實現(xiàn)檢修過程的相關(guān)內(nèi)容變成可規(guī)范操作的數(shù)據(jù)單元，使檢修相關(guān)的每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)及單元完成數(shù)據(jù)化，進入信息管理平臺。電子標簽技術(shù)是實現(xiàn)單元過程數(shù)據(jù)化的重要手段。

數(shù)據(jù)檢修的過程不僅需要對檢修單個機車數(shù)據(jù)進行整理、歸納，還需要根據(jù)車型、部件、季節(jié)等進行批次分析，經(jīng)過對比聯(lián)想等手段，總結(jié)故障產(chǎn)生的規(guī)律與周期。經(jīng)過數(shù)據(jù)檢修后發(fā)現(xiàn)：機車的數(shù)據(jù)必須要進行數(shù)據(jù)挖掘，提煉出可用信息。

機車整備過程應用的機車數(shù)據(jù)分析及故障處理網(wǎng)絡信息平臺，對機車數(shù)據(jù)分析員的過程進行了系統(tǒng)性的固化，有效提高數(shù)據(jù)處理的效能，從而使分析人員將精力更好地放在故障處理本身，保證了整備出庫機車的質(zhì)量。針對入庫檢修機車同樣需要建立基于網(wǎng)絡信息的數(shù)據(jù)檢修平臺，必須要能最大限度地收集、處理機車相關(guān)運行數(shù)據(jù)，進行分類別、多層次、分周期的數(shù)據(jù)挖掘過程，從而提煉出適合檢修機車的數(shù)據(jù)信息。在數(shù)據(jù)檢修平臺積累數(shù)據(jù)信息的過程，需要建立相應的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，提高數(shù)據(jù)檢修的效能?；谏鲜黾夹g(shù)，初步搭建了數(shù)據(jù)檢修平臺。

2.1 數(shù)據(jù)檢修平臺技術(shù)要求

數(shù)據(jù)檢修平臺要能匯集機車整備、檢修、運用數(shù)據(jù)，具有電子標簽處理數(shù)據(jù)化功能，具備一定的數(shù)據(jù)挖掘能力，同時具備專業(yè)指導現(xiàn)場的交互窗口。通過分析上述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，確定數(shù)據(jù)檢修平臺技術(shù)要求如下：

①系統(tǒng)采用基于瀏覽器/服務器（Browser/Server）結(jié)構(gòu)，ASP.NET技術(shù)進行網(wǎng)絡編程。

②采用數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理（SQL Server 2008）。

③數(shù)據(jù)檢修平臺能自動匯總機車相關(guān)平臺數(shù)據(jù)庫信息，能建立不同類型數(shù)據(jù)庫（Oracle、SQL、MySQL）之間須要建立進行同步數(shù)據(jù)通道，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)互通。

④機車數(shù)據(jù)在網(wǎng)頁上呈現(xiàn)過程簡潔明了，過程清晰，提供數(shù)據(jù)走勢及數(shù)據(jù)統(tǒng)計篩選等功能。

⑤機車檢修過程中，針對檢修關(guān)鍵部件、工藝、人員采用電子條碼、RFID、NFC等技術(shù)進行數(shù)據(jù)化管理，配置搭建數(shù)據(jù)化接口，依據(jù)檢修流程按相關(guān)要求更新電子數(shù)據(jù)。

⑥數(shù)據(jù)平臺具備數(shù)據(jù)挖掘功能，能編輯數(shù)據(jù)篩選條件，自動篩選處理各類數(shù)據(jù)信息，能具備提示關(guān)鍵檢修信息點。

⑦具備數(shù)據(jù)交互功能，各專業(yè)技術(shù)員通過分析機車全過程數(shù)據(jù)，提煉挖掘機車存在的各類故障隱患，并提示班組作業(yè)人員檢修處理，切實做到機車故障的辨證施治。

⑧數(shù)據(jù)檢修平臺具備數(shù)據(jù)管理功能，將統(tǒng)計收集檢修故障及處理方法，形成機車檢修獨立履歷檔案。系統(tǒng)能自動生成日、周、月各類數(shù)據(jù)表格，并留有相應數(shù)據(jù)接口。

2.2 狀態(tài)預防性檢修

機車檢修數(shù)據(jù)平臺搭建后，自動匯總機車整備、檢修、運用過程數(shù)據(jù)，形成檢修機車特有電子履歷。各專業(yè)技術(shù)員在分析機車數(shù)據(jù)后，通過現(xiàn)場交互接口下發(fā)專業(yè)檢修意見，采用數(shù)據(jù)檢修平臺對機車檢修將消除如下兩類故障隱患：

①消除檢修機車特有的慣性故障。慣性故障的發(fā)生具有一定的規(guī)律性，與運行的環(huán)境、壽命周期及部件特性相互關(guān)聯(lián)。若數(shù)據(jù)挖掘過程中同一車型或個別機車反復出現(xiàn)相同變化趨勢，必須要引起重視。此時對入庫檢修機車應詳細分析故障源各部關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、邏輯信號數(shù)據(jù)、部件特點等內(nèi)容，進行有針對性的處理，減少或減低故障周期性影響。

②消除機車突發(fā)性、全面爆發(fā)的典型故障。此類故障多集中為材料及部件壽命到期、線路老化、設計程序相關(guān)的短期問題。針對典型故障，一定要在故障出現(xiàn)的初期進行及時的防控。多發(fā)典型故障必須擴大檢查，及時反饋處理避免大范圍出現(xiàn)影響機車應用。

在數(shù)據(jù)檢修系統(tǒng)中，專業(yè)技術(shù)員必須在機車入庫檢修前對機車進行全面地“會診”，依托分析數(shù)據(jù)結(jié)合原理圖，向各專業(yè)班組針對性下發(fā)機車檢修提示信息。各班組檢修人員在完成修程項目的過程中，結(jié)合相關(guān)提示進行針對性處理，并及時反饋處理情況。采用數(shù)據(jù)檢修方式能消除機車慣性故障和普遍存在的典型故障，從而實現(xiàn)和諧機車的狀態(tài)預防修。

3 數(shù)據(jù)檢修的展望

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡技術(shù)、檢測技術(shù)、診斷技術(shù)的發(fā)展，檢修生產(chǎn)過程中對數(shù)據(jù)的依賴將不斷加深，有效挖掘機車各項數(shù)據(jù)將逐步成為指導機車檢修的重要手段。和諧機車在未來配置CMD系統(tǒng)（中國機車遠程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)），屆時機車的各項數(shù)據(jù)將能實時傳輸，機車數(shù)據(jù)檢修也將具備遠程指導作用，為實現(xiàn)機車跨局長交路提供技術(shù)支持，提高機車運用效率和管理水平，數(shù)據(jù)檢修的概念也將延伸至機車全過程。

同時隨著越來越多的網(wǎng)絡化、信息化的智能設備也將應用到機車檢修的各環(huán)節(jié)，和諧機車數(shù)據(jù)檢修的范疇也將逐漸得到拓展，檢修管理過程也將趨于扁平化，屆時數(shù)據(jù)檢修過程的交互性也將越來越完善，將能實現(xiàn)檢修過程的實時記錄，現(xiàn)場檢修過程的遠程指導。

參考文獻：

[1]株洲南車時代電氣股份有限公司.網(wǎng)絡控制系統(tǒng)（DTECS）使用維護說明書.

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[3]王洋洋.針對NFC技術(shù)的云端體系架構(gòu)研究[D].西南大學，2013.