張雪華 上海鐵路局機(jī)務(wù)處

機(jī)車能耗分析系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

張雪華 上海鐵路局機(jī)務(wù)處

通過對(duì)機(jī)務(wù)段統(tǒng)計(jì)司機(jī)報(bào)單原始數(shù)據(jù)文件的計(jì)算處理，深度挖掘機(jī)車單耗與機(jī)車運(yùn)用效率指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，及時(shí)反映機(jī)車能耗過程中的異常情況，滿足機(jī)車能耗精細(xì)管理的要求。

機(jī)車；能耗；分析系統(tǒng)；應(yīng)用

機(jī)車牽引用燃料（柴油、電力）消耗成本是鐵路企業(yè)生產(chǎn)成本的支出大項(xiàng)，占機(jī)務(wù)直接生產(chǎn)費(fèi)用支出的85%以上，其支出大小已影響到全局經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，因此，抓好機(jī)車燃料消耗成本控制與分析對(duì)鐵路企業(yè)增收節(jié)支、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。

目前反映機(jī)車燃料消耗與機(jī)車運(yùn)用效率的報(bào)表主要來(lái)自統(tǒng)計(jì)部門，主要有機(jī)車運(yùn)用效率報(bào)表（機(jī)報(bào)-2）、分線別貨運(yùn)機(jī)車運(yùn)用效率報(bào)表（機(jī)報(bào)-2-1）、機(jī)車能源消耗報(bào)表（機(jī)報(bào)-4）、分交路機(jī)車能源消耗報(bào)表（機(jī)報(bào)-5）、分型號(hào)機(jī)車工作成績(jī)綜合報(bào)表（機(jī)報(bào)-8）等，由于機(jī)車擔(dān)當(dāng)交路實(shí)際完成數(shù)據(jù)與現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)報(bào)表對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)之間存在差異以及機(jī)車在統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)擔(dān)當(dāng)不同交路牽引任務(wù)等情況影響，造成部分統(tǒng)計(jì)報(bào)表無(wú)法直接反映機(jī)車擔(dān)當(dāng)交路的能源消耗情況，且日常機(jī)車消耗出現(xiàn)異常情況時(shí)統(tǒng)計(jì)報(bào)表也不能及時(shí)反映，對(duì)機(jī)車能耗控制管理帶來(lái)不利。因此，從強(qiáng)化企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理和過程控制方面出發(fā)，需要對(duì)機(jī)車能源消耗情況做更加精確的統(tǒng)計(jì)與評(píng)價(jià)，同時(shí)機(jī)車日常消耗出現(xiàn)異常情況時(shí)能及時(shí)得到反映，便于采取更為有效的措施來(lái)控制機(jī)車能耗過程，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。

1 影響機(jī)車能耗因素

機(jī)車能源消耗是指機(jī)車擔(dān)當(dāng)交路任務(wù)的整個(gè)過程中所消耗的燃料數(shù)量，主要包括牽引列車、單機(jī)走行、單機(jī)掛車、調(diào)車等情況的消耗，其大小受牽引機(jī)型、交路任務(wù)（列車種類與運(yùn)行路徑）、牽引重量、運(yùn)輸組織、機(jī)車質(zhì)量及氣候條件等因素的影響，其中影響程度較大的有牽引機(jī)型、交路任務(wù)、牽引重量及運(yùn)輸組織。

以內(nèi)燃貨運(yùn)為例，因機(jī)型不同其柴油機(jī)結(jié)構(gòu)、功率、機(jī)車輔助系統(tǒng)消耗功率的不同，造成機(jī)車在擔(dān)當(dāng)同樣交路任務(wù)時(shí)的燃油消耗也不同，合肥機(jī)務(wù)段2014年ND5機(jī)車和DF4B機(jī)車二通道直通貨運(yùn)交路燃油單耗分別為15.84 kg/萬(wàn)t·km和17.51 kg/萬(wàn)t·km（見表1），相差比較明顯；同樣機(jī)型擔(dān)當(dāng)不同交路任務(wù)時(shí)因擔(dān)當(dāng)路徑線路狀況（線路坡度、曲線半徑、限速地點(diǎn)數(shù)量等）、運(yùn)行速度、調(diào)度組織等不同其燃油消耗也不同，如DF4B機(jī)車2014年二通道和皖贛線直通貨運(yùn)交路燃油單耗分別是17.51 kg/萬(wàn)t·km和21.32 kg/萬(wàn)t·km；相同機(jī)型機(jī)車擔(dān)當(dāng)相同交路任務(wù)時(shí)，牽引重量的不同也會(huì)造成機(jī)車單耗不同，如ND5機(jī)車2014年和2013年二通道貨運(yùn)牽引重量分別為3 124 t和3 003 t，相應(yīng)機(jī)車單耗為15.63 kg/萬(wàn)t·km 和15.84 kg/萬(wàn)t·km。

表1 合肥機(jī)務(wù)段貨運(yùn)機(jī)車能耗完成情況

2 機(jī)車能耗分析系統(tǒng)模塊與功能

實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車能耗的精確統(tǒng)計(jì)與評(píng)價(jià)，依靠現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)報(bào)表已無(wú)法滿足這一需求，需通過專門的分析軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)這一要求，機(jī)務(wù)處根據(jù)機(jī)車能耗精細(xì)管理要求，與武漢君宜計(jì)算機(jī)軟件公司聯(lián)合開發(fā)了機(jī)車能耗分析軟件。該分析軟件通過對(duì)機(jī)務(wù)段統(tǒng)計(jì)部門生成的司機(jī)報(bào)單原始數(shù)據(jù)文件計(jì)算處理來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。

圖1 機(jī)車能耗分析系統(tǒng)功能模塊

如圖1為機(jī)車能耗分析系統(tǒng)功能模塊，系統(tǒng)有六個(gè)模塊：定額查詢、異常能耗、能耗查詢、能耗對(duì)比、報(bào)單查詢和系統(tǒng)維護(hù)；每一模塊下面又有若干個(gè)子模塊。

定額查詢模塊功能是統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間范圍內(nèi)貨運(yùn)、行包機(jī)車在相同牽引機(jī)型、交路任務(wù)情況下的機(jī)車單耗與牽引重量大小對(duì)應(yīng)關(guān)系；統(tǒng)計(jì)客運(yùn)機(jī)車按牽引機(jī)型、列車種類及牽引車次分類的能耗完成數(shù)據(jù)；統(tǒng)計(jì)不同作業(yè)地點(diǎn)調(diào)車機(jī)車能耗完成數(shù)據(jù)。

為保證計(jì)算數(shù)據(jù)的精確性，系統(tǒng)采用多次計(jì)算方法來(lái)保障數(shù)據(jù)的精確度，即先對(duì)設(shè)定周期內(nèi)的報(bào)單數(shù)據(jù)按上述分類要求進(jìn)行匯總計(jì)算，考慮到單個(gè)數(shù)據(jù)存在離散特征，系統(tǒng)在同等條件下對(duì)離散性較大（大小值由用戶按需設(shè)定）的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較去除，之后進(jìn)行再次計(jì)算，使得數(shù)據(jù)較為接近正常實(shí)際。

異常能耗模塊功能是對(duì)客運(yùn)、貨運(yùn)、行包和專調(diào)機(jī)車單趟的實(shí)際完成能耗與同等情況下的定額數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算比較，顯示異常能耗（偏離定額數(shù)值較大的部分，偏離值由用戶設(shè)定）情況，并可通過明細(xì)查看對(duì)應(yīng)司機(jī)報(bào)單數(shù)據(jù)情況。

能耗查詢模塊功能是查詢選定時(shí)間范圍內(nèi)客運(yùn)、貨運(yùn)、行包機(jī)車單耗與機(jī)車運(yùn)用效率之間的關(guān)系，分析機(jī)車擔(dān)當(dāng)交路任務(wù)過程中的運(yùn)輸調(diào)度組織等對(duì)機(jī)車能耗大小的影響。主要內(nèi)容包括：牽引機(jī)型、牽引交路、牽引萬(wàn)噸公里、能源消耗、單耗、本務(wù)公里、本務(wù)純運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、本務(wù)旅行時(shí)間、機(jī)車平牽、機(jī)車技速、機(jī)車旅速、機(jī)外停、單機(jī)走行等。

能耗對(duì)比模塊功能是對(duì)客運(yùn)、貨運(yùn)、行包機(jī)車能耗完成情況及相應(yīng)的機(jī)車運(yùn)用效率完成情況按一定時(shí)間范圍進(jìn)行同期對(duì)比或前后環(huán)比，分析機(jī)車能耗變化原因，預(yù)計(jì)機(jī)車能耗變化趨勢(shì)?？紤]到影響機(jī)車能耗因素較多，所以貨運(yùn)、行包機(jī)車能耗完成對(duì)比采用按重點(diǎn)交路分類對(duì)比，客運(yùn)機(jī)車按機(jī)型、車次類別對(duì)比，深度挖掘機(jī)車能耗變化的原因。

報(bào)單查詢模塊功能是查看司機(jī)報(bào)單數(shù)據(jù)情況，可按條件查詢司機(jī)報(bào)單數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)維護(hù)模塊功能是系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算前的用戶參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)過程中中間參數(shù)的設(shè)定及查詢系統(tǒng)用原始數(shù)據(jù)文件入庫(kù)情況；其中的機(jī)車型號(hào)、機(jī)車車號(hào)、工作編碼、統(tǒng)計(jì)區(qū)段、調(diào)車地點(diǎn)、車次區(qū)段、乘務(wù)交路、交路區(qū)段子模塊信息由系統(tǒng)自動(dòng)生產(chǎn)；用戶采用這些子模塊信息進(jìn)行重點(diǎn)交路設(shè)置等操作。

3 機(jī)車能耗分析系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）真實(shí)反映機(jī)車擔(dān)當(dāng)交路單耗完成數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)通過重點(diǎn)交路設(shè)置操作，將機(jī)車實(shí)際交路路徑、運(yùn)別與統(tǒng)計(jì)區(qū)段、運(yùn)別組合有效結(jié)合起來(lái)，解決現(xiàn)有能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表中的牽引區(qū)段工作量、能耗數(shù)據(jù)與機(jī)車擔(dān)當(dāng)交路實(shí)際完成數(shù)據(jù)之間偏差的問題，使得機(jī)車單耗數(shù)據(jù)更能真實(shí)反映機(jī)車運(yùn)用實(shí)際情況，圖2為系統(tǒng)重點(diǎn)交路設(shè)定界面。

圖2 系統(tǒng)重點(diǎn)交路設(shè)定界面

（2）實(shí)現(xiàn)了按機(jī)車實(shí)際擔(dān)當(dāng)交路統(tǒng)計(jì)能耗完成及機(jī)車運(yùn)用效率完成情況，解決了統(tǒng)計(jì)部門按統(tǒng)計(jì)區(qū)段統(tǒng)計(jì)存在偏差的情況，真實(shí)反映機(jī)車擔(dān)當(dāng)交路完成單耗大小與運(yùn)用效率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖3為徐州機(jī)務(wù)段2015年1-7月份HXD2B貨運(yùn)機(jī)車東隴海徐州北連云港方向能耗與效率指標(biāo)完成情況。圖4為上海機(jī)務(wù)段2015年1-7月份HXD1D客運(yùn)機(jī)車Z系列車次能耗完成與效率指標(biāo)完成情況。

圖3 貨運(yùn)機(jī)車單耗與效率指標(biāo)完成情況

圖4 客運(yùn)機(jī)車按車次能耗完成與效率指標(biāo)完成情況

（3）找到貨運(yùn)、行包機(jī)車在相同牽引機(jī)型、牽引交路情況下的牽引重量大小與機(jī)車單耗之間的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，指導(dǎo)運(yùn)輸部門優(yōu)化運(yùn)輸方案、合理編組列車重量，同時(shí)為機(jī)務(wù)段機(jī)車能耗管理人員合理下達(dá)機(jī)車能耗考核指標(biāo)提供支持。圖5 為2015年7月上海機(jī)務(wù)段滬杭線南翔喬司方向HXD1B貨運(yùn)機(jī)車完成單耗與牽引重量變化的曲線圖。

圖5 機(jī)車單耗與牽引重量變化的關(guān)系圖

（4）按照運(yùn)行圖調(diào)整時(shí)間節(jié)點(diǎn)設(shè)定原始（樣本）數(shù)據(jù)處理時(shí)段，系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)并將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)入定額查詢模塊用數(shù)據(jù)中，用戶通過異常能耗模塊即可實(shí)現(xiàn)對(duì)單趟交路能耗完成與定額數(shù)據(jù)的比較操作，并通過設(shè)定的允許偏差值即能實(shí)現(xiàn)對(duì)超標(biāo)情況進(jìn)行捕捉，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的機(jī)車異常消耗（如圖6）。

圖6 上海機(jī)務(wù)段7月份機(jī)車單耗異常情況

4 機(jī)車能耗分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理框架與原始數(shù)據(jù)文件采集

機(jī)車能耗分析系統(tǒng)軟件主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)和瀏覽器顯示三部分組成。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)采用SQL Server 2008；應(yīng)用服務(wù)包含業(yè)務(wù)模型、應(yīng)用流程控制、用戶界面顯示，服務(wù)程序編制采用microsoft visual c#語(yǔ)言；瀏覽器顯示系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，不需要安裝客戶端，用戶只需要在瀏覽器上輸入服務(wù)器的IP地址，就可以訪問本系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)查詢（如圖7）。

圖7 軟件數(shù)據(jù)處理框架圖

圖8 數(shù)據(jù)采集原理圖

機(jī)車能耗分析系統(tǒng)原始統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)文件采集通過系統(tǒng)所在的數(shù)據(jù)服務(wù)器提供Sql Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，自動(dòng)采集路局能耗分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的司機(jī)報(bào)單原始數(shù)據(jù)文件,采集周期為每天1點(diǎn)采集一次，采集范圍為最近3天內(nèi)司機(jī)報(bào)單數(shù)據(jù)文件，并提供采集日志，方便查閱（如圖8）。

5 機(jī)車能耗分析系統(tǒng)功能拓展

機(jī)車能耗分析系統(tǒng)采取直接讀取統(tǒng)計(jì)司機(jī)報(bào)單原始數(shù)據(jù)文件并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，而目前統(tǒng)計(jì)司機(jī)報(bào)單原始數(shù)據(jù)文件中不含列車運(yùn)行過程中司機(jī)操縱機(jī)車的一些影響能耗較大的信息，如列車通過線路限速段后進(jìn)行提速、列車站停啟動(dòng)并進(jìn)行貫通試驗(yàn)后提速等增加機(jī)車油耗的操作在司機(jī)報(bào)單數(shù)據(jù)文件里不反映，但此類因素恰恰對(duì)機(jī)車能耗影響較大。現(xiàn)有的機(jī)車運(yùn)行安全監(jiān)控裝置的記錄文件中有直接反映機(jī)車能耗的柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況、列車起停信息等數(shù)據(jù)，如果對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)開發(fā)，使之能在分析處理統(tǒng)計(jì)原始數(shù)據(jù)文件的基礎(chǔ)上結(jié)合機(jī)車運(yùn)行監(jiān)控器中對(duì)應(yīng)的柴油機(jī)、列車實(shí)時(shí)運(yùn)行速度等信息并進(jìn)行融合處理，則機(jī)車能耗分析系統(tǒng)功能得到極大拓展，能做到對(duì)機(jī)車運(yùn)行過程（即能耗過程）的實(shí)時(shí)分析，從而挖掘經(jīng)濟(jì)的列車操縱方式，指導(dǎo)機(jī)車乘務(wù)員合理經(jīng)濟(jì)操縱機(jī)車，更能滿足機(jī)車能耗精細(xì)管理要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)目前處于功能調(diào)試階段，當(dāng)正常投入使用后，按照設(shè)定的查詢條件，能及時(shí)反映機(jī)車能耗過程中的非正常情況，從而及時(shí)分析并采取針對(duì)措施，遏制非正常情況的持續(xù)發(fā)生；同時(shí)通過軟件計(jì)算展現(xiàn)機(jī)車擔(dān)當(dāng)牽引任務(wù)時(shí)的能耗大小與牽引機(jī)型、牽引重量、運(yùn)行速度、機(jī)外停、單機(jī)走行等的關(guān)系，為運(yùn)輸、調(diào)度部門合理安排列車徑路、編組重量、提高機(jī)車運(yùn)用效率提供數(shù)據(jù)支持，對(duì)鐵路控制運(yùn)輸生產(chǎn)成本支出起到重要的作用。

鐵路機(jī)車統(tǒng)計(jì)規(guī)則（2009版）.

責(zé)任編輯：宋飛 張萼輝

來(lái)稿時(shí)間：2015-12-01