李成龍，楊 臻，王忠凱，陳 彥

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2.北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081）

機(jī)車作為一種大型機(jī)電設(shè)備，其結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜，零部件眾多，從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)營、維修和保養(yǎng)，整個(gè)生命周期會(huì)形成成千上萬的維修保養(yǎng)數(shù)據(jù)。隨著鐵路信息化建設(shè)的發(fā)展，逐漸通過數(shù)字工裝和數(shù)字設(shè)備接口對(duì)在機(jī)車檢修過程中產(chǎn)生的機(jī)車重要零部件檢修質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。中國國家鐵路集團(tuán)有限公司（簡稱：國鐵集團(tuán)）、各鐵路局集團(tuán)公司、站段、車間等的機(jī)車檢修數(shù)據(jù)規(guī)范尚未統(tǒng)一，使得檢修記錄未能夠按照標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行采集，無法對(duì)數(shù)量龐大的檢修數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理和分析利用。

本文明確機(jī)車重要零部件種類，合理規(guī)范地組織和構(gòu)建機(jī)車重要零部件檢修數(shù)據(jù)模型，統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息編碼，并基于數(shù)據(jù)模型進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用[1]。在不斷積累機(jī)車重要零部件模型化檢修數(shù)據(jù)信息的同時(shí)，將與機(jī)車相關(guān)的外部數(shù)據(jù)（天氣、時(shí)間、配件、使用地域、生產(chǎn)廠家、使用情況等）也進(jìn)行匯集。通過綜合分析可以看出一臺(tái)機(jī)車自投入使用以來其性能指標(biāo)和質(zhì)量的變化情況，據(jù)此確定機(jī)車存在的普遍性故障、慣性重復(fù)故障以及零部件可能存在的質(zhì)量問題和預(yù)測(cè)維護(hù)等，對(duì)提高機(jī)車設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營管理水平，增強(qiáng)機(jī)車檢修效率，提升機(jī)車數(shù)據(jù)化檢修水平具有重要意義[2]。

1 數(shù)據(jù)模型化

1.1 數(shù)據(jù)模型發(fā)展

按數(shù)據(jù)組織形式，可將數(shù)據(jù)模型分為結(jié)構(gòu)化模型、半結(jié)構(gòu)化模型、聯(lián)機(jī)分析處理（On-Line Analytic Processing，OLAP）模型和大型數(shù)據(jù)模型。結(jié)構(gòu)化模型于20 世紀(jì)60 年代末到90 年代初最早被提出，主要包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ偷?；半結(jié)構(gòu)化模型于20 世紀(jì)90年代末期開始出現(xiàn)，包括可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML，Extensible Markup Language） 模 型、JSON（JavaScript Objet Notation）模型、圖模型等；隨著電子商務(wù)、商業(yè)智能等應(yīng)用的不斷發(fā)展，OLAP模型于21 世紀(jì)初開始出現(xiàn)，主要包括ROLAP 和多維型MOLAP 模型等；隨著大數(shù)據(jù)工業(yè)應(yīng)用的快速發(fā)展，以NoSQL、NewSQL 模型為代表的大型數(shù)據(jù)模型于2010 年以來開始成為研究熱點(diǎn)。

1.2 數(shù)據(jù)模型化概述

數(shù)據(jù)模型化的內(nèi)容包括3 部分：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)約束。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要描述數(shù)據(jù)的類型、內(nèi)容、性質(zhì)及數(shù)據(jù)間的關(guān)系；數(shù)據(jù)操作主要描述在相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作類型和操作方式；數(shù)據(jù)約束主要描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的語法、詞義聯(lián)系、制約和依存關(guān)系，以及數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化的規(guī)則，保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容[3]。

2 機(jī)車重要零部件檢修數(shù)據(jù)建模

機(jī)車重要零部件檢修數(shù)據(jù)建模要明確機(jī)車重要零部件種類，按照檢修內(nèi)容和規(guī)則，明確檢修數(shù)據(jù)模版，統(tǒng)一檢修數(shù)據(jù)信息編碼，根據(jù)機(jī)車重要零部件各個(gè)部分在檢修過程中的相互關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)建模說明。

2.1 和諧型機(jī)車重要零部件

由于機(jī)車零部件種類多，需要采集的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，本文將《和諧型機(jī)車重要零部件檢修記錄數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)方案》中規(guī)定的對(duì)機(jī)車質(zhì)量影響比較重大的18 類和諧型機(jī)車重要零部件作為研究對(duì)象。包括：牽引電機(jī)、主變壓器、主變流器、網(wǎng)控系統(tǒng)、受電弓、主斷路器、軸箱軸承、抱軸箱軸承、制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架、列車供電裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、低壓電器、輔助機(jī)組、主輔發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)源系統(tǒng)、柴油機(jī)[4]。

2.2 檢修數(shù)據(jù)模版

機(jī)車重要零部件檢修數(shù)據(jù)包括整車檢修數(shù)據(jù)和主要零部件檢修數(shù)據(jù).本文將《機(jī)車技術(shù)管理規(guī)則》中明確的檢修記錄內(nèi)容作為檢修數(shù)據(jù)模型化研究對(duì)象進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，對(duì)檢修過程中出現(xiàn)的檢修項(xiàng)名稱和技術(shù)要求等進(jìn)行模型化管理，主要包括基本信息、解體清單、部件檢修主要記錄、組裝清單、組裝關(guān)鍵數(shù)據(jù)和整機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)信息。

（1）基本信息

零部件基本信息應(yīng)能體現(xiàn)整車和主要零部件的基本特征。零部件基本信息應(yīng)包含型號(hào)、序列號(hào)、單件碼、制造廠家、出廠日期、下車車號(hào)、下車車型、下車位置、本次走行公里、累計(jì)走行公里、修程、檢修日期、累計(jì)時(shí)間、承修單位、質(zhì)檢員姓名、驗(yàn)收員姓名、上車車型、上車車號(hào)、上車位置、修竣后存放段編碼、修竣后存放段、修竣后存放地點(diǎn)、錄入人、錄入時(shí)間。

（2）解體清單

解體清單指零部件解體后的清單列表。解體清單信息應(yīng)包含部件名稱、型號(hào)、序列號(hào)（出廠編號(hào)）、單件碼、作業(yè)者和備注，解體時(shí)是多個(gè)部件的應(yīng)為多條記錄數(shù)據(jù)。

（3）部件檢修主要記錄

部件檢修主要記錄指部件解體后進(jìn)行檢修的各項(xiàng)數(shù)據(jù)記錄。部件檢修主要記錄應(yīng)包含檢修項(xiàng)目、技術(shù)要求（來源規(guī)程或工藝）、檢修前檢測(cè)結(jié)果、檢修簡記、檢修后檢測(cè)結(jié)果、作業(yè)者和備注。

（4）組裝清單

組裝清單指檢修完成后組裝的列表清單。組裝清單信息應(yīng)包括部件名稱、型號(hào)、序列號(hào)（出廠編號(hào)）、單件碼、作業(yè)者和備注，組裝時(shí)為多個(gè)部件，則應(yīng)記錄多條數(shù)據(jù)。

（5）組裝關(guān)鍵數(shù)據(jù)

組裝關(guān)鍵數(shù)據(jù)指組裝過程中關(guān)鍵的組裝數(shù)據(jù)。組裝關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息應(yīng)包括項(xiàng)點(diǎn)、技術(shù)要求（來源規(guī)程或工藝）、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、作業(yè)者和備注。

（6）整機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)信息

整機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)指檢修結(jié)束后按照試驗(yàn)要求對(duì)部件進(jìn)行試驗(yàn)。整機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)信息應(yīng)包括試驗(yàn)項(xiàng)目、技術(shù)要求（來源規(guī)程或工藝）、檢測(cè)或試驗(yàn)結(jié)果、作業(yè)者和備注[5]。

2.3 統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息編碼

通過對(duì)機(jī)務(wù)信息化基礎(chǔ)信息編碼的研究，制定數(shù)據(jù)信息對(duì)象的唯一標(biāo)識(shí)，并形成同一信息對(duì)象在不同業(yè)務(wù)模塊中的代碼分類，從而實(shí)現(xiàn)信息共享。本文建立了機(jī)車各相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，勾勒出不同管理部門間的內(nèi)在聯(lián)系，獲取實(shí)時(shí)、有效的數(shù)據(jù)，提高信息系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳導(dǎo)的真實(shí)度（數(shù)據(jù)在部門之間的可信任交付），建立機(jī)車管理部門的全方位數(shù)據(jù)視角，對(duì)領(lǐng)導(dǎo)決策和業(yè)務(wù)指導(dǎo)具有重要意義。依據(jù)全生命周期管理編碼理論，結(jié)合機(jī)車管理實(shí)際業(yè)務(wù)需求，提出相關(guān)基礎(chǔ)信息編碼。

（1）機(jī)車零部件編碼，包括產(chǎn)品標(biāo)識(shí)代碼、單件碼、物資編碼、零部件分類代碼，以及各編碼之間的關(guān)聯(lián)和實(shí)例化。

（2）故障編碼，包括零部件分類代碼和故障模式編碼。

（3）其它基礎(chǔ)信息編碼，包括機(jī)車車型編碼、機(jī)車狀態(tài)編碼、軌距類型編碼、修程編碼、檢修基地編碼、段編碼、職務(wù)編碼、工種編碼等[1]。

2.4 重要零部件數(shù)據(jù)建模說明

本文結(jié)合每一類機(jī)車重要零部件不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)約束、數(shù)據(jù)操作，以及零部件各個(gè)部分在檢修過程中的相互關(guān)系，基于檢修過程中各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，按照檢修規(guī)程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)模型搭建。該數(shù)據(jù)模型具有可擴(kuò)展性、靈活性、自描述性、開放性、跨平臺(tái)性和簡明性等特點(diǎn)[5]。

3 檢修數(shù)據(jù)模型化實(shí)例

參考零部件檢修C6 和C5 修檢修工藝和規(guī)程的要求，零部件上臺(tái)檢修先進(jìn)行解體，針對(duì)解體的件分別進(jìn)行檢修（測(cè)量、修理、更換）；檢修完成后進(jìn)行組裝，同時(shí)記錄組裝時(shí)的關(guān)鍵組裝數(shù)據(jù)；組裝完成后進(jìn)行整機(jī)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)等內(nèi)容。

3.1 牽引電機(jī)檢修數(shù)據(jù)模型

牽引電機(jī)檢修數(shù)據(jù)模型主要包含牽引電機(jī)檢修模型數(shù)據(jù)約束關(guān)系、牽引電機(jī)檢修模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、牽引電機(jī)檢修模型數(shù)據(jù)操作3 方面內(nèi)容[6]。

3.1.1 牽引電機(jī)檢修模型數(shù)據(jù)約束關(guān)系

牽引電機(jī)檢修模型數(shù)據(jù)約束關(guān)系包含（1）基本信息，（2）主要部件檢修記錄、檢查結(jié)果描述和重要數(shù)值的記錄，（3）整機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)等約束關(guān)系[7]，如圖1 所示。

3.1.2 牽引電機(jī)檢修模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

牽引電機(jī)檢修模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以主要部件定子為例，包含定子的檢修項(xiàng)目、技術(shù)要求、檢修前檢測(cè)結(jié)果、檢修簡記、檢修后檢測(cè)結(jié)果、作業(yè)者等方面，如表1 所示。

3.1.3 牽引電機(jī)檢修模型數(shù)據(jù)操作

牽引電機(jī)檢修模型數(shù)據(jù)操作主要包括將數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，模型數(shù)據(jù)的修改和刪除，以及提取數(shù)據(jù)供檢修業(yè)務(wù)人員查看或供其他相關(guān)系統(tǒng)使用。

3.2 輪軸驅(qū)動(dòng)裝置檢修數(shù)據(jù)模型

表1 主要部件定子檢修數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

輪軸驅(qū)動(dòng)裝置檢修數(shù)據(jù)模型主要包含輪軸驅(qū)動(dòng)裝置檢修模型數(shù)據(jù)約束關(guān)系、輪軸驅(qū)動(dòng)裝置檢修模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輪軸驅(qū)動(dòng)裝置檢修模型數(shù)據(jù)操作3 方面內(nèi)容[6]。

3.2.1 輪軸驅(qū)動(dòng)裝置檢修模型數(shù)據(jù)約束關(guān)系

輪軸驅(qū)動(dòng)裝置檢修模型數(shù)據(jù)約束關(guān)系包含（1）基本信息，（2）主要部件檢修記錄、檢查結(jié)果描述和重要數(shù)值的記錄，（3）整機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)等約束關(guān)系[7]，如圖2 所示。

3.2.2 輪軸驅(qū)動(dòng)裝置檢修模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

輪軸驅(qū)動(dòng)裝置檢修模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以主要部件主動(dòng)齒輪和輪軸裝置為例，包含檢修項(xiàng)目、技術(shù)要求、檢修前檢測(cè)結(jié)果、檢修簡記、檢修后檢測(cè)結(jié)果、作業(yè)者等方面，如表2 所示。

3.2.3 軸驅(qū)動(dòng)裝置檢修模型數(shù)據(jù)操作

軸驅(qū)動(dòng)裝置檢修模型數(shù)據(jù)操作主要包括將數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，模型數(shù)據(jù)的修改和刪除，以及提取數(shù)據(jù)供檢修業(yè)務(wù)人員查看或供其他相關(guān)系統(tǒng)使用。

4 檢修數(shù)據(jù)模型化應(yīng)用

機(jī)車重要零部件檢修數(shù)據(jù)模型化的采集應(yīng)用原型系統(tǒng)是機(jī)車重要零部件全生命周期管理的重要數(shù)據(jù)源之一。本文采用Java 語言進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，基于SSH（Spring，Spring MVC，Hibernate）系統(tǒng)架構(gòu)，利用Oracle 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)，采用XML 進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述，并將Weblogic 作為應(yīng)用服務(wù)器。

該系統(tǒng)采集機(jī)務(wù)段（檢修段）、檢修廠模型化的檢修數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)采集結(jié)果的存儲(chǔ)、查詢、展示、統(tǒng)計(jì)、編輯、整理、分析等，主要包括模版管理、檢修數(shù)據(jù)采集、檢修數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢分析等功能模塊。該系統(tǒng)已經(jīng)在部分機(jī)車型號(hào)的C5、C6 修過程中試用，可分析得出在某地使用的機(jī)車檢查某個(gè)部件的規(guī)定的周期，某機(jī)車需要更換某個(gè)配件的時(shí)間段和某機(jī)車下一次檢修時(shí)需要重點(diǎn)檢查的部位等[8-9]結(jié)論，從而顯著提高機(jī)車的檢修效率，同時(shí)提升機(jī)車的檢修質(zhì)量。系統(tǒng)界面如圖3 所示。

表2 主要部件檢修數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)列表

5 結(jié)束語

通過機(jī)車重要零部件檢修數(shù)據(jù)模型化技術(shù)研究，能夠更好的解決機(jī)車重要零部件數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化問題，減少了檢修數(shù)據(jù)采集和使用面臨的困難，確保采集到的檢修數(shù)據(jù)的可用性。檢修歷史數(shù)據(jù)能夠?yàn)闄z修作業(yè)提供數(shù)據(jù)參考，通過數(shù)據(jù)技術(shù)分析檢修模型化數(shù)據(jù)，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高檢修作業(yè)的效率，對(duì)機(jī)車零部件資質(zhì)、采購、故障、維修、質(zhì)量、成本等管理方式產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響，顯著降低機(jī)車運(yùn)營成本，同時(shí)顯著提高了機(jī)務(wù)信息化水平。