陳敏俊 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京動(dòng)車段

1 引言

為提高動(dòng)車組運(yùn)用效率，各鐵路集團(tuán)公司及動(dòng)車段都在進(jìn)行動(dòng)車組修程修制改革及技術(shù)創(chuàng)新，提高檢修質(zhì)量。動(dòng)車組密集、高效開行必然給鐵路運(yùn)輸帶來巨大挑戰(zhàn)，如何將遠(yuǎn)程無線及車載傳感器收集的海量數(shù)據(jù)運(yùn)用在動(dòng)車組檢修及運(yùn)營應(yīng)急指揮中，顯得尤為重要。宋德剛等以動(dòng)車組大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過對動(dòng)車組關(guān)鍵部件故障特點(diǎn)的研究，搭建了故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)（PHM），通過監(jiān)控關(guān)鍵部件軸溫、散熱裝置溫度等，指導(dǎo)動(dòng)車組散熱系統(tǒng)的維修，降低維修成本；通過遠(yuǎn)程空調(diào)數(shù)據(jù)監(jiān)控動(dòng)車組空調(diào)壓力變化，結(jié)合庫內(nèi)空調(diào)數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件，提高了空調(diào)故障發(fā)現(xiàn)和處置效率，降低動(dòng)車組線上故障率。

本文通過分析動(dòng)車組運(yùn)用中故障分類，故障來源及動(dòng)車組檢修模式，以動(dòng)車遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)、庫內(nèi)檢修數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合動(dòng)車組工作原理及結(jié)構(gòu)構(gòu)造，總結(jié)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在動(dòng)車組維修及運(yùn)行應(yīng)急指揮作用，展望大數(shù)據(jù)技術(shù)在動(dòng)車組檢修及線上應(yīng)急發(fā)展趨勢。

2 動(dòng)車組重點(diǎn)故障及檢修方法

2.1 動(dòng)車組重點(diǎn)故障

以上海局南京動(dòng)車段配屬的236 組CRH3 型及“復(fù)興號”動(dòng)車組故障數(shù)據(jù)為例。動(dòng)車組重點(diǎn)故障主要來源分為庫內(nèi)檢修、途中運(yùn)行、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，軌邊監(jiān)測（TEDS）。其中，統(tǒng)計(jì)分析近三年通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)動(dòng)車組重點(diǎn)故障及總發(fā)生故障，如表1 所示，重點(diǎn)故障發(fā)生率較高的系統(tǒng)為高壓牽引、網(wǎng)絡(luò)及輔助監(jiān)控、外門、空調(diào)、供風(fēng)制動(dòng)系統(tǒng)方面。

表1 2017-2019 年度各系統(tǒng)遠(yuǎn)程發(fā)現(xiàn)故障數(shù)及總發(fā)生故障數(shù)

2.2 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在動(dòng)車組檢修及應(yīng)急指揮技術(shù)線路

由于動(dòng)車組運(yùn)行速度高，運(yùn)行時(shí)間長等特點(diǎn)，需要密切監(jiān)控動(dòng)車組各部件性能。因此，動(dòng)車組各系統(tǒng)都安裝大量傳感器，用于監(jiān)控車輛部件性能狀態(tài)，確保動(dòng)車組安全運(yùn)行?，F(xiàn)有的檢修方法主要是以走行公里和時(shí)間周期為依據(jù)的定期維修，這種檢修模式存在動(dòng)車組過度修、對現(xiàn)場維修工人經(jīng)驗(yàn)要求高、效率低等特點(diǎn)，且傳感器收集的數(shù)據(jù)利用率不高，隱性故障難以發(fā)現(xiàn)。

基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的動(dòng)車組檢修及應(yīng)急指揮主要是利用各系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析模型對車載動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、地面檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、統(tǒng)計(jì)、分析，給出動(dòng)車組維修指導(dǎo)及應(yīng)急指揮建議，確保動(dòng)車組各部件性能狀態(tài)良好。技術(shù)線路如圖1 所示

圖1 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在動(dòng)車組檢修及運(yùn)行安全中應(yīng)用技術(shù)線路圖

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)在動(dòng)車組維修及運(yùn)行中應(yīng)用研究

3.1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析及應(yīng)急處置

3.1.1 動(dòng)車組出庫盯控

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研及統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)車組初供電時(shí)易發(fā)生故障。出庫時(shí)間主要集中在凌晨3：00 至7：00，此時(shí)間段存在檢修人員疲勞、應(yīng)急人員狀態(tài)較差、出庫時(shí)間緊，故障處置難度大等問題，往往導(dǎo)致出庫晚點(diǎn)、甚至始發(fā)晚點(diǎn)，給動(dòng)車運(yùn)行秩序造成嚴(yán)重影響。因此，出庫階段動(dòng)車組狀態(tài)確認(rèn)尤為重要。傳統(tǒng)出庫作業(yè)模式是由隨車機(jī)械師按相關(guān)辦法執(zhí)行作業(yè)，這會導(dǎo)致故障點(diǎn)遺漏、發(fā)現(xiàn)不及時(shí)等情況發(fā)生。

出庫階段的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析及盯控，可有效避免出庫晚點(diǎn)情況發(fā)生。通過提前90 min 對出庫動(dòng)車組遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)動(dòng)車組故障（非機(jī)械故障），給應(yīng)急人員更多的時(shí)間進(jìn)行故障處置，有效避免出庫、始發(fā)晚點(diǎn)事故。統(tǒng)計(jì)2019年1 月至2019 年6 月重點(diǎn)故障發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共發(fā)現(xiàn)故障708 件，出庫故障256 件，遠(yuǎn)程發(fā)現(xiàn)故障中出庫故障占30%。由于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障且迅速組織實(shí)施搶救修復(fù)或者更換車組，出庫晚點(diǎn)率大大降低。

3.1.2 動(dòng)車組途中運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障應(yīng)急處置

目前，動(dòng)車組值乘人員為8 編組/人，業(yè)務(wù)能力高低、值乘時(shí)間長短、身體狀態(tài)等因素均會影響值乘人員狀態(tài)，值乘人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)車組異常狀態(tài)存在一定困難。數(shù)據(jù)分析人員可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)車組各系統(tǒng)部件動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)影響行車安全的故障，及時(shí)向應(yīng)急指揮人員報(bào)告，并依據(jù)應(yīng)急手冊采取相關(guān)措施，確保動(dòng)車運(yùn)行安全。統(tǒng)計(jì)分析2019 年1 月-6 月重點(diǎn)故障發(fā)現(xiàn)，通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)軸溫升高預(yù)警故障26 件，及時(shí)采取應(yīng)急措施，保證了動(dòng)車組安全有序運(yùn)行。

3.2 動(dòng)車組關(guān)鍵部件狀態(tài)修及可行性分析

通過現(xiàn)場總結(jié)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)車組運(yùn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)能很好解決靜態(tài)下車輛故障不易發(fā)現(xiàn)的問題，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理“隱性”故障。隨著車載傳感器技術(shù)及遠(yuǎn)程無線傳輸系統(tǒng)的不斷完善及發(fā)展，動(dòng)車組線上運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、丟包率等逐步改善，使得依托數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組狀態(tài)修（預(yù)見性維修）成為可能。動(dòng)車組空調(diào)、散熱系統(tǒng)狀態(tài)修已部分實(shí)現(xiàn)。動(dòng)車組關(guān)鍵部件的狀態(tài)維修，不僅提高了作業(yè)效率，而且降低了維修成本。以動(dòng)車組輔助供電系統(tǒng)-蓄電池容量狀態(tài)修可行性分析為例。

CRH3 動(dòng)車組的蓄電池為鎳鎘堿性蓄電池，蓄電池的主要性能指標(biāo)為實(shí)際容量。準(zhǔn)確得知蓄電池的實(shí)際容量是判斷電池是否健康的關(guān)鍵。然而蓄電池容量并不能直接測量得出，需要通過直接測量蓄電池的其他重要參數(shù)，例如電壓、充/放電電流、電解液溫度、內(nèi)阻阻值等來進(jìn)行預(yù)測，蓄電池故障原因分析如表2 所示。

表2 動(dòng)車組鎳鎘蓄電池的故障原因分析

動(dòng)車組正常運(yùn)行時(shí)，蓄電池電壓為充電機(jī)的電壓約118 V 至126 V（隨蓄電池當(dāng)前溫度略有變化）。當(dāng)動(dòng)車組過分相、檢修或者停放時(shí)，充電機(jī)停止工作，蓄電池開始放電，此時(shí)檢測到的為蓄電池的實(shí)際電壓。因蓄電池電壓和實(shí)際電量有關(guān)，實(shí)際電量越高，電壓越高，因此可以通過統(tǒng)計(jì)電壓和電壓變化率客觀反映蓄電池的性能。通過分析這些大量數(shù)據(jù)找到蓄電池的健康規(guī)律，用于指導(dǎo)動(dòng)車組電池維護(hù)。

4 總結(jié)

運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析挖掘、物理失效模型、可靠性模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)以及預(yù)警預(yù)測模型等對動(dòng)車組關(guān)鍵部件實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控和預(yù)警預(yù)測，構(gòu)建動(dòng)車組健康評價(jià)指標(biāo)，為修程修制的優(yōu)化、動(dòng)車組部件狀態(tài)修（預(yù)見性維修）提供理論和實(shí)踐支撐，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組全生命周期的健康管理。