何 鵬1，謝 宣1，張 渝，趙 波，錢微冬

(1.中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司機務(wù)部，甘肅 蘭州 730000；2.北京主導(dǎo)時代科技有限公司，北京 100070)

0 引言

輪對屬于機車走行部的重要組成部分，其質(zhì)量關(guān)系到整個列車的運行安全，輪對承載著機車的全部重量并與鋼軌高速摩擦，惡劣的使用環(huán)境會導(dǎo)致輪對會出現(xiàn)擦傷、裂痕、磨損等，一旦出現(xiàn)較大的擦傷、裂損或者磨損導(dǎo)致部分指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，可能發(fā)生嚴(yán)重的事故。因此，為保證機車的安全運行，需定期檢修機車輪對，但隨著機車數(shù)量的增加，輪對檢修工作日益加重，輪對管理趨于復(fù)雜化，所以急需研究關(guān)于輪對健康的科學(xué)管理方式。

中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司通過現(xiàn)代通信及計算機等技術(shù)，實現(xiàn)整備檢修、檢測數(shù)據(jù)自動化采集，整備流程、整備質(zhì)量逐步由人控向機控轉(zhuǎn)變，使得機務(wù)整備大步向“能力適應(yīng)、流程順暢、設(shè)備先進(jìn)、信息同步”的新時代邁進(jìn)。

1 建設(shè)思路及目標(biāo)

通過制定信息化數(shù)據(jù)接口規(guī)范，利用機務(wù)段的既有網(wǎng)絡(luò)使入庫動態(tài)檢測設(shè)備、庫內(nèi)自動化檢修設(shè)備、手持設(shè)備全面聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司層面檢測大數(shù)據(jù)分析平臺，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范管理，規(guī)范入庫檢修作業(yè)流程、報警數(shù)據(jù)閉環(huán)管理，實現(xiàn)檢測設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化管理、性能評估分析，利用大數(shù)據(jù)分析診斷方法，提供機車維修策略及建議。該系統(tǒng)的具體建設(shè)目標(biāo)如下。

1.1 實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動交換和管理

利用現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機軟件技術(shù)采集LY輪對故障動態(tài)檢測、LE車底圖像監(jiān)測、SJ受電弓動態(tài)檢測、LHZ空心軸檢測、LZM實心軸檢測、手持等設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)自動上傳匯總和遠(yuǎn)程查看，超限報警數(shù)據(jù)閉環(huán)管理，檢測數(shù)據(jù)可追溯管理。

1.2 實現(xiàn)輪對檢修履歷電子化管理

深入理解國家鐵路集團(tuán)公司管理辦法、蘭州局的管理辦法，深入研究各檢修流程和操作規(guī)定，將各檢修作業(yè)抽象成系統(tǒng)功能，通過系統(tǒng)配置控制不同角色的功能，提升不同角色專業(yè)技能。如小輔修、鏇修、落輪(換裝)、中修、備品檢修等機車檢修履歷電子化管理，方便數(shù)據(jù)分析及查詢。

1.3 實現(xiàn)輪對檢修流程規(guī)范化管理

通過將角色功能、角色權(quán)限等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)通過登錄信息配置不同角色的權(quán)限，根據(jù)管理辦法的規(guī)定進(jìn)行流程控制，保證每一步都可靠準(zhǔn)確實現(xiàn)輪對診斷及大數(shù)據(jù)分析。

1.4 實現(xiàn)輪對健康診斷數(shù)據(jù)分析

利用時間序列法與回歸分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等數(shù)學(xué)模型結(jié)合大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的缺陷發(fā)展規(guī)律總結(jié)及車輪磨耗趨勢分析，建立到限模型，實現(xiàn)了到限時間及到限里程預(yù)測，實現(xiàn)機車關(guān)鍵部件(輪對)的壽命預(yù)警及機車健康狀態(tài)的綜合評價，為機車提供經(jīng)濟、可靠的運用維修策略。同時，利用大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析(報警數(shù)據(jù)專家診斷)、機車運用環(huán)境(車型、線路等)綜合分析、設(shè)備診斷等功能。

1.5 實現(xiàn)設(shè)備管理

通過建立相關(guān)設(shè)備檔案，實時監(jiān)控輪對檢測設(shè)備運行狀態(tài)，評估設(shè)備使用性能，提醒維護(hù)保養(yǎng)，保障輪對檢測設(shè)備性能。

1.6 實現(xiàn)信息交互

通過提供標(biāo)準(zhǔn)信息化接口，可快速實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的交互，如機車整備管理系統(tǒng)獲取提票、提票報活記錄，機車27系統(tǒng)獲取機車走行里程信息，6 A系統(tǒng)獲取走行部車載監(jiān)測結(jié)果，減少人為因素導(dǎo)致的信息流失，同時提高分析人員工作效率。

2 系統(tǒng)建設(shè)

2.1 系統(tǒng)開發(fā)

機車健康管理“一輪一檔”系統(tǒng)涉及到輪對運用檢修各環(huán)節(jié)，主要對輪對技術(shù)質(zhì)量、風(fēng)險、物資、輪對履歷檔案、設(shè)備進(jìn)行管理。

1)設(shè)備級傳輸協(xié)議的研究開發(fā)，采用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)?？紤]到接口的安全性、可靠性、實時性和維護(hù)便利性，數(shù)據(jù)傳輸軟件與設(shè)備間采取Web Services和消息2種數(shù)據(jù)交換方式。采用WebService傳輸規(guī)范，用于各種自動化檢修設(shè)備將檢測的結(jié)果數(shù)據(jù)，傳輸?shù)较到y(tǒng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，供管理軟件讀取進(jìn)行分析，同時設(shè)備軟件也可通過本協(xié)議，從服務(wù)端獲取輪對檔案更新信息，以同步設(shè)備中的機車檔案信息。利用DWR，將消息及時傳遞給接收人。可通過網(wǎng)頁傳送、郵寄發(fā)送和短信發(fā)送。例如系統(tǒng)下達(dá)小輔修計劃，即可在下一秒通過網(wǎng)頁消息提醒、郵寄、短信、手機APP等方式提示給作業(yè)人員，提高工作效率。文件上傳通過flash+Open Office+Flex Paper Viewer實現(xiàn)。三大功能聯(lián)合使用，實現(xiàn)了文件上傳以及預(yù)覽的功能。

2)海量數(shù)據(jù)存儲研究開發(fā)，采用成熟的分布式數(shù)據(jù)庫存儲。著系統(tǒng)的不斷運用及功能的擴展，系統(tǒng)數(shù)據(jù)將會日益龐大，單個磁盤根本無法滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的存儲空間、存儲性能以及存儲安全的要求。系統(tǒng)采用獨立磁盤冗余陣列(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)技術(shù)，磁盤陣列由很多獨立的磁盤，組合成一個容量巨大的磁盤組，利用個別磁盤提供數(shù)據(jù)所產(chǎn)生加成效果提升整個磁盤系統(tǒng)效能。利用這項技術(shù)，將數(shù)據(jù)切割成許多區(qū)段，分別存放在各個硬盤上。

3)深入理解國家鐵路集團(tuán)有限公司、中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司機務(wù)系統(tǒng)的管理辦法，研究各檢修流程和操作規(guī)定，將各檢修作業(yè)抽象成系統(tǒng)功能，通過系統(tǒng)配置控制不同角色的功能，提升不同角色專業(yè)技能。通過將角色功能、角色權(quán)限等信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)通過登錄信息配置不同角色的權(quán)限，根據(jù)管理辦法的規(guī)定進(jìn)行流程控制，保證每一步都可靠準(zhǔn)確。

4)建立完善的一輪一檔、機車輪對履歷檔案、技術(shù)卡片等檔案信息，將輪對各狀態(tài)動態(tài)管理且系統(tǒng)自動更新狀態(tài)，自動添加輪對履歷等檔案信息。

5)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計研究開發(fā)，系統(tǒng)采用MySQL+mongoDB混合存儲模式存放數(shù)據(jù)。MySQL對系統(tǒng)開發(fā)具有簡單性、普及性、靈活性和可擴展性。隨著業(yè)務(wù)的擴展，可以將任何部件當(dāng)成對象處理，添加、刪除非常方便靈活，具有很高的脫離性。在MySQL中，用于查詢處理的數(shù)據(jù)庫引擎和實際負(fù)責(zé)存儲數(shù)據(jù)的存儲引擎是相互獨立的，對于每張數(shù)據(jù)表都可以采用不同的存儲引擎。而mongoDB主要是支持大容量的存儲，采取文檔結(jié)構(gòu)的存儲方式能夠更便捷的獲取數(shù)據(jù)。

6)移動終端設(shè)備及相應(yīng)的移動終端應(yīng)用軟件的設(shè)計開發(fā)，隨時隨地展現(xiàn)作業(yè)流程化管理。

機車健康管理“一輪一檔”系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)展示

1)機車輪對履歷展示如圖2所示。

2)檢測棚、車軸檢測數(shù)據(jù)上傳匯總，如圖3所示。

3)小輔修作業(yè)計劃，如圖4所示。

4)鏇修計劃，如圖5所示。

5)輪對健康診斷分析功能，如圖6所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

(a)輪對檔案管理

(b)檢修履歷管理

(a)檢測棚L(fēng)Y檢測記錄

(b)車軸檢測記錄

(a)小輔修計劃

(b)尺寸測量

圖5 鏇修管控

(a)輪徑到限預(yù)測

(b)輪徑壽命預(yù)警

3 運用效果

截至2019年10月1日，輪對健康“一輪一檔”系統(tǒng)已成功運用于中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司機務(wù)系統(tǒng)，目前使用單位包括中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司機務(wù)部、局屬3個機務(wù)段，服務(wù)于現(xiàn)場1 206臺機車在役輪對和若干備品輪對的管理。利用大數(shù)據(jù)分析軟件實現(xiàn)了報警數(shù)據(jù)輪對的遠(yuǎn)程診斷、綜合分析，確保了檢測數(shù)據(jù)的有效性及超限閉環(huán)控制管理。