錢建強

（上海鐵路局 上海動車段，上海 200070）

CRH2型動車組三級檢修關鍵故障輔助分析系統(tǒng)的設計與實現

錢建強

（上海鐵路局 上海動車段，上海 200070）

本文采用分層取樣法對CRH2型動車組三級檢修中積累的故障進行統(tǒng)計分析，綜合考慮隨機樣本的發(fā)生率和重要性，以加權平均法計算加權得分，評定形成關鍵故障處理數據庫。通過開發(fā)基于B/S網絡架構的輔助分析系統(tǒng)，實現分級用戶管理、故障數據添加、模糊查詢等功能，方便現場作業(yè)人員實時獲取正確的關鍵故障處理技術指南，從而提高動車組檢修效率和檢修質量。

CRH2；動車組；三級檢修；關鍵故障；分析系統(tǒng)

截至2015年7月底，上海動車段已配屬動車組485組（折算成標準組），體量較大。按照走行公里數，上海動車段每年都有大量動車組集中到三級修修程，近兩年，每年均要承擔動車組三級修任務約130組。同時，由于動車組運用時間較長，運行區(qū)間跨度較大，外部環(huán)境因素多變，導致設備設施損傷、老化，設備性能普遍下降，故障有上升趨勢。檢修任務繁重且故障形式多樣，這些都對動車組高級修的檢修質量和生產進度提出了嚴峻挑戰(zhàn)。

為提高動車組三級修檢修質量和故障處理效率，本文通過對上海動車段三級檢修工作中多年積累的故障數據進行分析，以科學合理的方法篩選出關鍵故障，有針對性制定故障處理技術指南和故障處理流程圖，設計編制CRH2型動車組三級修關鍵故障輔助分析系統(tǒng)（以下簡稱故障分析系統(tǒng)），將關鍵故障納入系統(tǒng)管理，實現作業(yè)人員實時查詢、檢索、學習，為現場故障處理提供正確的故障處理技術指南，加快動車組故障的排查和處理進度，確保動車組檢修質量和提高檢修效率。

1 系統(tǒng)概述

1.1 研究目標

故障分析系統(tǒng)的研究目標是將關鍵故障形成數據庫后納入故障分析系統(tǒng)，動車組出現類似問題時，現場作業(yè)人員可實時獲取專業(yè)、全面的處理技術指南。本系統(tǒng)須達到3大目標：（1）通過一定的關鍵故障篩選算法，篩選出關鍵故障數據并形成關鍵故障數據庫；（2）實現分級用戶管理、故障數據添加，以便完善故障處理數據庫；（3）實現模糊查詢，便于現場作業(yè)人員通過故障分析系統(tǒng)查詢，程序給出相應的故障處理技術指南。

1.2 邏輯架構

系統(tǒng)功能采用分層架構設計，既增強了系統(tǒng)開發(fā)部署的靈活性，同時也加強了系統(tǒng)的安全性，如圖1所示 。

圖1 CRH2型動車組三級修關鍵故障輔助分析系統(tǒng)邏輯架構

1.3 網絡架構

CRH2型動車組三級修關鍵故障輔助分析系統(tǒng)依托鐵路計算機網，采用B/S網絡架構（即Browse/ Server架構），由段集中部署在鐵路計算機網的內部局域網中，各網絡節(jié)點通過瀏覽器進行數據交互，如圖2所示 。

圖2 B/S網絡架構圖

相對于傳統(tǒng)的C/S架構（即Client/Server架構），B/S架構的好處在于：

（1）B/S架構是一種瘦客戶端的架構，它可以將所有核心部分集中在服務器上，后續(xù)所有軟件維護、系統(tǒng)升級、程序改進等工作量都集中在服務器上，實現了客戶端免維護。

（2）B/S架構具有很好的跨平臺性能，可以很好地支持Windows、Linux、Unix及Mac OS等主流操作系統(tǒng)。利用先進的系統(tǒng)重用技術，降低了系統(tǒng)管理難度，節(jié)約了后續(xù)開發(fā)維護成本。

（3）B/S架構帶有很強的網絡交互性優(yōu)勢。通過局域網或互聯網，在瀏覽器前端方便地進行系統(tǒng)交互操作，從而消除地域限制，實時獲取權威解決方案。

2 關鍵故障篩選算法設計

2.1 關鍵故障算法概述

以上海動車段積累的大量故障數據為基礎，綜合考慮多項關鍵指標，通過量化計算篩選出來的故障統(tǒng)稱關鍵故障。關鍵故障篩選算法是故障分析系統(tǒng)的核心技術。

故障發(fā)生率是篩選關鍵故障的主要依據。為確定關鍵故障占故障總數比率，采用隨機抽樣統(tǒng)計方法，抽樣要求：（1）選取不同年份修竣的若干動車組故障數據進行統(tǒng)計，排除集中發(fā)生的傾向性故障干擾；（2）每次抽樣調查樣本重復率不大于40%，確保統(tǒng)計結果準確；（3）試驗人群為車間各班組隨機抽調，抽調后相對固定，基本代表車間人員故障處理水平；（4）隨機抽樣調查先后進行3次，以排除偶然因素干擾。3次抽樣調查結果為：常見故障（不影響檢修修時，對動車組運行安全無影響，處理難度不高）的故障占比分別為74.9%、71.2%、79.9%，即關鍵故障占比分別為25.1%、28.8%、20.1%。因此，可以得出結論，常見故障占比約為70%～80%，即關鍵故障在故障總數中占比約為20%～30%，計為（25±5）%。關鍵故障中不同發(fā)生率的故障占抽樣總故障數量的比率如表1所示。

表1 關鍵故障中不同發(fā)生率的故障占抽樣總故障數量的比率列表

以上海動車段目前積累的CRH2型車組三級修故障庫為基礎，統(tǒng)計出不同故障發(fā)生率的故障占故障總數比率如表2所示。

表2 不同故障發(fā)生率的故障占故障總數比率列表

根據表2可知，當選取故障發(fā)生率大于40%（或者更?。┑墓收蠟楦甙l(fā)故障并納入關鍵故障數據庫時，僅此一項，關鍵故障數據庫所選取的故障數據就占故障總數的32.2%（或者更大），超過（25±5）%的標準范圍。而當我們將故障發(fā)生率大于50%的故障視為高發(fā)故障并納入關鍵故障數據庫時，高發(fā)故障（故障發(fā)生率超過50%的故障）占故障總數的14.4%，關鍵故障數據庫中高發(fā)故障與低發(fā)故障比率約為1.36:1（關鍵故障占故障總數比率取標準值25%），與表1基本吻合。

綜上所述，我們將故障發(fā)生率高于或等于50%的故障稱為高發(fā)故障；故障發(fā)生率低于50%的故障稱為低發(fā)故障。高發(fā)故障直接列入關鍵故障數據庫。低發(fā)故障需要綜合考慮多種因素進行篩選，從中選取關鍵設備故障、處理復雜度高、社會影響大、對修時影響明顯的故障，作為關鍵故障列入關鍵故障數據庫。其他故障視為一般性故障，不列入關鍵故障數據庫。

2.2 故障發(fā)生率計算

為了讓故障發(fā)生率的統(tǒng)計更合理,我們采用分層取樣法對故障進行統(tǒng)計分析。把總體分成若干個類型組，然后從各個類型組中按一定比例隨機抽選。為了樣本更具代表性，選取的樣本數量隨當年動車組檢修量同比遞增。假設某故障為G，在X年中的平均故障發(fā)生率為：

式（1）中：

（1）M1、M2、…、MX分別為X年樣本中G故障發(fā)生的次數；

（2）N1、N2、…、NX分別為X年中每年所選取的動車組樣本數量。

且符合：

其中：

（2）Ni為第i年所選出的動車組樣本數量；

（3）1≤i≤X；

（4）Zi為第i年的動車組檢修總數量。

分層取樣法可以排除動車組運行的不同時期發(fā)生的傾向性故障對故障發(fā)生率統(tǒng)計結果產生的干擾，使故障發(fā)生率統(tǒng)計結果更為科學合理，更能反映故障發(fā)生的趨勢和集中點。

2.3 高發(fā)故障統(tǒng)計

高發(fā)故障是關鍵故障的主要組成部分。根據統(tǒng)計出的平均故障發(fā)生率，當時，該故障為高發(fā)故障。

示例：

裙板鎖滑牙故障相關信息如表3所示。

表3 裙板鎖滑牙故障信息

根據表3信息可知，裙板鎖滑牙故障發(fā)生率為：

由上式可知，裙板鎖滑牙故障的發(fā)生率大于50%，屬于高發(fā)故障。

2.4 低發(fā)故障統(tǒng)計

低發(fā)故障中的重點故障也是關鍵故障中的重要組成部分。根據統(tǒng)計出的平均故障發(fā)生率，發(fā)生率的故障屬于低發(fā)故障。為了能準確篩選出低發(fā)故障中關鍵故障，我們考慮故障發(fā)生頻率、故障所屬系統(tǒng)的重要程度、社會影響大?。ㄖ饕怯绊懧每褪孢m度導致的投訴）、故障解決難易程度、檢修進度受阻概率5個方面因素，根據各個因素的得分和權重，通過加權平均法得出故障的綜合得分，綜合得分超過40分的可列為關鍵故障。具體篩選算法如表4所示。

表4 關鍵故障篩選算法

其中，加權平均法計算公式為：

式（2）中：

f1,f2,f3,…,fk為權。

假設故障G的得分為X1=98，X2=100，X3=55，X4=25，X5=21，那么根據加權平均法計算公式可以算出G的得分：

由上式可知，故障G可列為關鍵故障。

3 故障分析系統(tǒng)實現

3.1 開發(fā)平臺

由于上海動車段高級修場內部網絡節(jié)點（如辦公電腦、工位機等）分布廣泛，且都已接入鐵路內部網絡，可以相互共享信息數據。現場作業(yè)人員可方便的在任何位置通過這些網絡終端，實時獲取相關支持文件。因此故障分析系統(tǒng)在內部網絡信息系統(tǒng)基礎上進行拓展和開發(fā)是經濟科學、切實可行的。

3.2 系統(tǒng)硬件組成

服務器型號：Lenovo ThinkCenter

操作系統(tǒng)：Windows Server 2012 Standard Eva-luation X64

內存參數：1.00 G

CPU參數：Intel(R) Core(TM) Duo CPU E8400 @ 3.00 GHz

瀏覽器版本：Firefox 35.0.1

系統(tǒng)配置：Apache Tomcat &Oracle后臺數據庫

軟件架構：B/S架構

3.3 軟件實現

（1）權限控制

該軟件用戶分為3個等級，按照權限由大到小排序分別是：段級管理員用戶、車間管理員用戶、普通用戶。段級管理員用戶僅有一個，車間管理員用戶由段級管理員用戶指定，可以有多個不同的車間管理員用戶。高權限級別的用戶可以根據需要對低權限用戶進行注冊、銷戶、權限分配、密碼修改等操作。

（2）數據庫管理

該軟件數據庫為Oracle關系型數據庫，支持標準SQL語句查詢。主要分為用戶名數據表、權限管理表和關鍵故障數據表3個表，分別用于用戶名、用戶權限和故障數據集合管理。

（3）功能管理

軟件主要具備3個模塊：登陸模塊、主操作模塊和后臺管理模塊。

登陸模塊功能：用戶必須正確輸入用戶名和密碼方可進入系統(tǒng)。具備IP控制功能，只有經過允許的網絡節(jié)點才可登陸故障分析系統(tǒng)，確保故障分析系統(tǒng)數據的可控性，同時降低故障分析系統(tǒng)的訪問壓力，確保現場作業(yè)人員快速、流暢訪問系統(tǒng)。

主操作模塊功能：主操作模塊是軟件的主界面。根據權限不同，可以進行關鍵故障數據的添加、查詢、修改、刪除、打印、導出、統(tǒng)計等操作。

后臺管理模塊：后臺管理模塊主要實現了對用戶名及用戶權限進行管理。

4 系統(tǒng)優(yōu)點

（1）關鍵故障篩選算法科學有效。采用分層取樣法對故障進行統(tǒng)計分析,排除了時間傾向性故障的干擾，同時綜合考慮多重因素,形成關鍵故障處理數據庫。建立了一整套完善的關鍵故障量化評價界定算法。

（2）系統(tǒng)架構先進。采用了先進的B/S網絡架構，該架構以其瘦客戶端和跨平臺的特點，在確保網絡性能的基礎上，降低了后續(xù)維護成本，提高了其通用性。

（3）故障分析系統(tǒng)實用性強。故障分析系統(tǒng)整合了大量關鍵故障案例，從所屬系統(tǒng)、故障描述、原因分析對關鍵故障進行了深度剖析，并給出了切實可行、全面詳實的故障處理技術指南，對現場故障處理提供了強大的技術支持。

（4）故障分析系統(tǒng)界面友好，使用方便，各項操作簡明易懂，現場作業(yè)人員可快速掌握該系統(tǒng)的使用方法，具備普遍推廣使用的基本條件。

5 結束語

目前，故障分析系統(tǒng)已在上海動車段高級修場投入使用，通過工位機，高級修作業(yè)人員可實時檢索查詢關鍵故障處理方法和流程并參照處理，從而提高了動車組故障處理的效率和質量，保證了動車組檢修進度與質量，為動車組安全運行提供了堅實保障。

[1]鐵道部運輸局.動車組管理信息系統(tǒng)總體方案[R].北京：鐵道部運輸局，2009.

[2]錢建強.CRH2型動車組三級修電氣調試故障分析及建議[J].鐵道機車車輛，2013，33（5）：72-74.

[3]張笑天，麻 磊，張紹哲，等.動車組關鍵配件信息追溯條形碼管理系統(tǒng)的設計與實現[J].鐵路計算機應用，2014，23（1）：18-21.

責任編輯 付 思

Key Fault aided Analyzing System for CRH2 EMU Level 3 maintenance

QIAN Jianqiang
( Shanghai Depot of EMU,Shanghai Railway Administration,Shanghai 200070,China)

In this paper,stratifed sampling method was used to count and analyze the faults of CRH2 EMU Level 3 maintenance.It was compromised the occurrence rate and importance of random sample,calculated the weighted score by weighted average method to form the key fault processing database.Through the development of Key Fault aided Analyzing System based on B/S network framework,the management of classifed users,added fault data,fuzzy query and other functions were implemented.It was convenient for the feld operation personnel to obtain real-time processing of key fault,so as to improve the effciency and quality of EMU maintenance.

CRH2;EMU;Level 3 maintenance;key fault;analyzing system

U266.2∶U279∶TP39

A

1005-8451（2016）06-0013-05

2015-11-30

上海鐵路局科研計劃項目（2014011）。

錢建強，高級工程師。