張 偉

（中國鐵路烏魯木齊局集團(tuán)有限公司，新疆 烏魯木齊 830023）

1 序言

隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的飛速發(fā)展，軌道交通車輛已涵蓋普速鐵路客車、高鐵、城市軌道交通車輛、城際列車等［1］，作為軌道交通車輛環(huán)境控制設(shè)備的單元式空調(diào)機(jī)組，已成為車輛標(biāo)配裝備之一。車頂單元式空調(diào)機(jī)組內(nèi)含制冷系統(tǒng)、電輔熱、多個(gè)通風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥、過濾網(wǎng)、溫度傳感器等［2］，由制冷系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)組成［3］，其工作原理如圖1。

圖1 單元式空調(diào)機(jī)組的工作原理

軌道交通車輛單元式空調(diào)機(jī)組隨列車運(yùn)行一段時(shí)間、一定里程后，需進(jìn)行檢修?？照{(diào)機(jī)組的各個(gè)修程中，涉及復(fù)雜檢修技術(shù)和工藝問題，包括空調(diào)機(jī)組的清洗技術(shù)和工藝、壓縮機(jī)的性能測(cè)試和檢修、通風(fēng)機(jī)的測(cè)試和檢修、溫度控制器及溫度傳感器檢修、空調(diào)機(jī)組整體烘干技術(shù)及工藝、空調(diào)機(jī)組整體性能測(cè)試技術(shù)及裝備、制冷系統(tǒng)的檢修、檢修過程中部件的管理及過程管理等。

2 列車空調(diào)機(jī)組檢修技術(shù)研究現(xiàn)狀

空調(diào)機(jī)組的檢修模式、工藝、技術(shù)水平、設(shè)備水平經(jīng)歷了二十余年的探索和發(fā)展。1990年國內(nèi)鐵路空調(diào)客車開始進(jìn)入A2、A3修程，1995年研發(fā)第一代單元式空調(diào)機(jī)組性能試驗(yàn)臺(tái)［4］，1998年開發(fā)出通風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)［5］，2001年開始對(duì)通風(fēng)機(jī)和溫控器進(jìn)行分解檢修和性能檢測(cè)，2005年我國鐵路客車開始實(shí)行按運(yùn)行里程的維修制度。2006年開始，我國鐵路客車檢修迎來跨越式發(fā)展，當(dāng)時(shí)的鐵道部要求各車輛段按檢修線的形式完善十大重點(diǎn)檢修單元的檢修工藝與裝備，實(shí)現(xiàn)檢修機(jī)械化、自動(dòng)化、集成化、工序化、高效化，至2016年左右，檢修裝備技術(shù)得以成熟。從2018年開始，客車空調(diào)機(jī)組檢修信息網(wǎng)絡(luò)化管理引起關(guān)注，融入鐵路車輛運(yùn)用企業(yè)“5T系統(tǒng)”、“KMIS系統(tǒng)”、信息共享方面提出了新的要求［6］。

3 列車空調(diào)機(jī)組檢修流程

列車空調(diào)機(jī)組檢修包含諸多工藝過程，如分解、清洗、風(fēng)機(jī)檢修、電氣元件檢修、烘干、組裝、運(yùn)行測(cè)試、綜合測(cè)試等［7］?？照{(diào)機(jī)組及其部件的檢修流向如圖2。

圖2 空調(diào)機(jī)組及其部件檢修流向圖

4 列車空調(diào)機(jī)組檢修信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空調(diào)機(jī)組檢修信息管理系統(tǒng)采用三層架構(gòu)，分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層，如圖3所示。該架構(gòu)以數(shù)據(jù)為中心，按數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、應(yīng)用來進(jìn)行分層。

圖3 空調(diào)機(jī)組檢修信息管理系統(tǒng)構(gòu)架

相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也分成三層，即數(shù)據(jù)采集層中的智能終端、數(shù)據(jù)層中的服務(wù)器、應(yīng)用層中的智能終端，如圖4所示。

圖4 空調(diào)機(jī)組檢修信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要是提供數(shù)據(jù)來源，各檢修設(shè)備、信息錄入終端采集或錄入數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)站點(diǎn)做處理，再由數(shù)據(jù)站點(diǎn)將數(shù)據(jù)匯總至數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)站點(diǎn)是數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，檢修設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)站點(diǎn)，再由數(shù)據(jù)站點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)給數(shù)據(jù)服務(wù)器，主要解決由于檢修設(shè)備通訊方式多種多樣導(dǎo)致的接入信息管理系統(tǒng)困難的問題。

數(shù)據(jù)站點(diǎn)支持豐富的通訊方式來與檢修設(shè)備連接，并通過無線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)服務(wù)器連接，從而實(shí)現(xiàn)一種設(shè)備對(duì)象適配器的功能，如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)站點(diǎn)結(jié)構(gòu)

空調(diào)機(jī)組包含多種類型的部件，不同的部件對(duì)應(yīng)了不同的檢修設(shè)備。檢修設(shè)備上運(yùn)行檢修軟件用于控制檢修設(shè)備、采集數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)采集來源主要有操作員錄入的作業(yè)人員信息、操作員錄入的部件信息、檢修過程中設(shè)備自動(dòng)采集的檢修數(shù)據(jù)、檢修設(shè)備狀態(tài)信息數(shù)據(jù)等。

檢修設(shè)備采集的數(shù)據(jù)以特定的格式傳送給數(shù)據(jù)站點(diǎn)。部分重要檢修設(shè)備需要定期上傳設(shè)備狀態(tài)信息。

數(shù)據(jù)站點(diǎn)自帶通用的信息錄入終端，可以錄入信息系統(tǒng)通用的信息，如人員、部件、檢修設(shè)備的相關(guān)信息。信息錄入終端支持多種錄入方式，包括通過讀卡器獲取作業(yè)人員的員工卡錄入信息、掃描空調(diào)機(jī)組二維碼錄入信息、掃描部件條碼錄入信息、通過RFID讀取部件信息等等。數(shù)據(jù)站點(diǎn)支持多種數(shù)據(jù)采集協(xié)議，通過OPC、Modbus等協(xié)議從檢修設(shè)備獲取數(shù)據(jù)。

4.2 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)收集、存儲(chǔ)、提供數(shù)據(jù)服務(wù)，包括數(shù)據(jù)采集服務(wù)端、信息系統(tǒng)服務(wù)端、數(shù)據(jù)庫三部分。

數(shù)據(jù)采集服務(wù)端將數(shù)據(jù)采集層傳送上來的數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)；信息系統(tǒng)服務(wù)端提供數(shù)據(jù)瀏覽、管理、統(tǒng)計(jì)分析等；數(shù)據(jù)庫則用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)來源于數(shù)據(jù)站點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的檢修設(shè)備的過程參數(shù)和檢修結(jié)果，并非全天候?qū)崟r(shí)采集，一般只有在檢修時(shí)才產(chǎn)生數(shù)據(jù)。預(yù)估1個(gè)檢修設(shè)備1天檢修30個(gè)對(duì)象，1個(gè)檢修過程數(shù)據(jù)傳輸率不超過0.5 kb／s，1次檢修時(shí)間平均約為30 min。預(yù)計(jì)1個(gè)檢修設(shè)備1天約產(chǎn)生數(shù)據(jù)量為26.4 Mb，1年1臺(tái)檢修設(shè)備產(chǎn)生數(shù)據(jù)量為6.4 G。

考慮到本信息管理系統(tǒng)將會(huì)接入大量的檢修設(shè)備，所以將根據(jù)不同的檢修設(shè)備來建數(shù)據(jù)庫，即每個(gè)檢修設(shè)備單獨(dú)建1個(gè)數(shù)據(jù)庫?？紤]到1臺(tái)檢修設(shè)備1年產(chǎn)生6.4 G數(shù)據(jù)，不能簡單地以1個(gè)數(shù)據(jù)表來存放檢修數(shù)據(jù)，避免造成數(shù)據(jù)庫表過大，影響應(yīng)用層查詢效率。所以將采用按照年份來進(jìn)行分表的設(shè)計(jì)，即不同年份新建不同的數(shù)據(jù)庫表。

考慮生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全問題，需對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行冗余備份，采用mysql的主從數(shù)據(jù)庫同步方案來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的多機(jī)冗余，主數(shù)據(jù)庫只要發(fā)生數(shù)據(jù)變化，從數(shù)據(jù)庫自動(dòng)同步通過該變化。在這種備份機(jī)制下，主數(shù)據(jù)庫因?yàn)橐恍┰蛟斐蓳p壞，從數(shù)據(jù)庫依然保留所有數(shù)據(jù)，可以快速地恢復(fù)系統(tǒng)使用。

信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮的一個(gè)重要指標(biāo)是并發(fā)用戶數(shù)。由于本系統(tǒng)用于企業(yè)內(nèi)部作業(yè)檢修信息管理，并發(fā)數(shù)要求不高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置100個(gè)并發(fā)用戶數(shù)可以滿足業(yè)務(wù)需求。

4.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層即檢修管理信息系統(tǒng)客戶端網(wǎng)頁部分，面向用戶，提供空調(diào)機(jī)組檢修的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、分析、統(tǒng)計(jì)等。

檢修管理信息系統(tǒng)采用B／S架構(gòu)，方便用戶在PC端、手機(jī)端得到同樣的訪問體驗(yàn)。

應(yīng)用層按功能可以劃分：部件管理、標(biāo)準(zhǔn)管理、人員管理、檢修記錄、檢修設(shè)備管理。

部件管理是檢修管理信息系統(tǒng)的核心，其他功能模塊都圍繞部件管理來進(jìn)行，他們之間是有機(jī)關(guān)聯(lián)的。如部件的檢修記錄，直接點(diǎn)擊部件的“檢修記錄”屬性，則可以顯示相應(yīng)的檢修記錄表，該表包括檢修過程參數(shù)、檢修報(bào)告等。部件管理將部件信息的錄入、出庫、上車、下車、檢修、驗(yàn)收、入庫等環(huán)節(jié)形成一個(gè)閉環(huán)，確保部件可追蹤性。

標(biāo)準(zhǔn)管理包括測(cè)試部件的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試結(jié)果的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等。參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，比如空調(diào)機(jī)組整體性能測(cè)試的進(jìn)風(fēng)干球溫度、進(jìn)風(fēng)濕球溫度、進(jìn)風(fēng)濕度等檢修標(biāo)準(zhǔn)值，還有壓縮機(jī)三相電流不平衡、風(fēng)機(jī)電流三相不平衡等結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)值等。

檢修管理信息系統(tǒng)的人員管理，可以新增、刪除、修改、查詢用戶信息。不同的用戶，可分配不同的職務(wù)、管理權(quán)限等。人員信息是與各個(gè)功能模塊關(guān)聯(lián)的，如部件的檢修人、設(shè)備的維護(hù)人等。

檢修記錄記錄每一個(gè)部件的檢修信息。包括檢修部件（直接與部件管理中的部件關(guān)聯(lián)）、檢修人、檢修數(shù)據(jù)、檢修報(bào)告。對(duì)一個(gè)部件進(jìn)行檢修時(shí)，檢修設(shè)備會(huì)記錄過程數(shù)據(jù)，如檢修一個(gè)空氣開關(guān)，需要記錄通過的電流大小、電流作用時(shí)長、空氣開關(guān)是否動(dòng)作等。與前述的“標(biāo)準(zhǔn)”配合，即可形成一份檢修報(bào)告。

檢修管理信息系統(tǒng)接入多種類型的檢修設(shè)備，需要對(duì)這些檢修設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行管理，確保重要設(shè)備隨時(shí)處于良好的工作狀態(tài)。檢修設(shè)備需要通過NTP網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)的方式與服務(wù)器進(jìn)行對(duì)時(shí)，以確保所有檢修設(shè)備的時(shí)間同步。

4.4 數(shù)據(jù)接口

數(shù)據(jù)接口主要是數(shù)據(jù)采集層錄入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)層的接口。考慮到空調(diào)機(jī)組部件的檢修設(shè)備很多，可能是由不同廠家研發(fā)，所以需要制定一套統(tǒng)一且規(guī)范的接口協(xié)議，滿足各種設(shè)備的數(shù)據(jù)接入。

本系統(tǒng)采用REST設(shè)計(jì)風(fēng)格的http協(xié)議，通過JSON標(biāo)準(zhǔn)格式來進(jìn)行封裝傳輸。個(gè)別圖片或報(bào)表文件等二進(jìn)制文件通過ftp的方式發(fā)送給指定的目錄。文件名等信息通過上述webapi＋JSON的方式推送給檢修管理信息系統(tǒng)。

5 小結(jié)

本文對(duì)鐵路客車空調(diào)機(jī)組的檢修現(xiàn)狀及其發(fā)展過程進(jìn)行了綜合分析研究，結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)踐，基于空調(diào)機(jī)組檢修流水線技術(shù)的應(yīng)用，研究設(shè)計(jì)了一套空調(diào)機(jī)組檢修信息管理系統(tǒng)，采用“站點(diǎn)＋網(wǎng)絡(luò)”模式和“數(shù)據(jù)采集層”、“數(shù)據(jù)層”、“應(yīng)用層”三層結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集層通過掃描、人工及設(shè)備上傳、軟件自動(dòng)等方式完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的采集，數(shù)據(jù)層完成站點(diǎn)內(nèi)數(shù)據(jù)整理、處理和查詢等，應(yīng)用層完成數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸、綜合管理及統(tǒng)計(jì)分析等。通過空調(diào)機(jī)組檢修信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢修過程中人員、物件的相關(guān)信息、檢修流動(dòng)物流信息等的綜合管理，提供一種適用的系統(tǒng)模式，將推進(jìn)空調(diào)機(jī)組檢修技術(shù)水平和信息化管理水平的提升。