李曉楠

（中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司 北京車輛段，工程師，北京 100039）

1 160km/h動(dòng)力集中動(dòng)車組背景介紹

為加快推進(jìn)鐵路裝備現(xiàn)代化，充分利用既有線路和機(jī)、客車的檢修資源，滿足國(guó)鐵集團(tuán)運(yùn)輸和經(jīng)營(yíng)發(fā)展要求。2019 年初160km/h 動(dòng)力集中動(dòng)車組（以下簡(jiǎn)稱動(dòng)集動(dòng)車組）正式在我國(guó)上線運(yùn)行，此后幾年，結(jié)合運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)及新的需求，按照復(fù)興號(hào)品牌戰(zhàn)略，不斷優(yōu)化CR200J 型動(dòng)車組的產(chǎn)品定位，著力在技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)合理性、乘坐舒適性等方面實(shí)現(xiàn)新的突破，將其打造成160km/h 速度級(jí)“復(fù)興號(hào)”定型產(chǎn)品，為中國(guó)鐵路“走出去”提供裝備支撐［1］。如圖1所示為動(dòng)集動(dòng)車組外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖1 動(dòng)集動(dòng)車組外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

動(dòng)集動(dòng)車組設(shè)計(jì)運(yùn)行速度160km/h，主要分為長(zhǎng)編動(dòng)車組和短編動(dòng)車組。長(zhǎng)編動(dòng)車組編組20輛，由2 輛動(dòng)力車和18 輛拖車組成，長(zhǎng)約518m，總定員1102人；短編動(dòng)車組編組9輛，如圖2所示，分別由1個(gè)動(dòng)力車、7 輛拖車和1 輛控制車組成，長(zhǎng)約234m，總定員720人［2］。

圖2 短編動(dòng)集動(dòng)車組編組及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2 目前動(dòng)集動(dòng)車組檢修現(xiàn)狀及問(wèn)題

動(dòng)集動(dòng)車組維修實(shí)行以走行千米周期為主，時(shí)間周期為輔的計(jì)劃預(yù)防修。各檢修級(jí)別均按修程規(guī)定檢修項(xiàng)目開(kāi)展維修，長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐積累了很多以此為基礎(chǔ)產(chǎn)生的檢修思路、作業(yè)方式方法。但對(duì)動(dòng)集動(dòng)車組車載檢測(cè)數(shù)據(jù)，以及各類檢修、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)施產(chǎn)生的大量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析利用仍顯不足，動(dòng)車組過(guò)度修仍然不同程度存在。現(xiàn)階段，動(dòng)集動(dòng)車組車載數(shù)據(jù)以及地面各檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均獨(dú)立運(yùn)用，由相應(yīng)監(jiān)控部門將報(bào)警數(shù)據(jù)提煉，分別下發(fā)至運(yùn)用車間，運(yùn)用車間安排檢修人員進(jìn)行復(fù)核處理。此種作業(yè)方式對(duì)數(shù)據(jù)的利用率低，且程序繁瑣、效率不高。

3 動(dòng)集動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)信息傳輸原理

動(dòng)集動(dòng)車組不同于傳統(tǒng)機(jī)車車輛，其自身以及地面配套監(jiān)控設(shè)備設(shè)施種類繁多，能夠?qū)?dòng)車組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)全面監(jiān)控。動(dòng)集動(dòng)車組運(yùn)用工作經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，各系統(tǒng)監(jiān)控手段及地面檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)施配置日趨完善，動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)信息傳輸基本原理如下。

3.1 動(dòng)集動(dòng)車組運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控原理

動(dòng)車組作為當(dāng)代高科技移動(dòng)裝備，各主要系統(tǒng)均安裝了大量監(jiān)控傳感器，依靠車載網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)各關(guān)鍵部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)均能傳輸至列車中央控制單元。經(jīng)系統(tǒng)診斷，對(duì)于判別出的故障信息能夠以安全為導(dǎo)向給出相應(yīng)控制指令，同時(shí)基于移動(dòng)通訊技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了車載數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸，地面監(jiān)控中心可對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，發(fā)現(xiàn)安全隱患時(shí)可及時(shí)通知?jiǎng)榆嚱M乘務(wù)人員采取措施進(jìn)行干預(yù)，保障動(dòng)車組運(yùn)行安全。同時(shí)通過(guò)對(duì)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析，可對(duì)動(dòng)車組當(dāng)前的健康狀態(tài)進(jìn)行全面評(píng)估，針對(duì)研判出的故障及隱患提前給出檢修建議，指導(dǎo)檢修單位提前做好檢修物料工裝的準(zhǔn)備工作，進(jìn)而提高動(dòng)車組運(yùn)用檢修效率。如圖3 所示為CR200J 動(dòng)力車、拖車、控制車安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)各網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系。其中，拖車的車輛級(jí)總線對(duì)本車的供電、車下電源、軸溫、煙火、防滑、塞拉門等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)車電信息集中單元傳送至TCDS 主機(jī)，TCDS 主機(jī)將信息通過(guò)列車以太網(wǎng)傳遞給動(dòng)力車和控制車的MVB/ETH 網(wǎng)關(guān)以及CMD 系統(tǒng)，CMD系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線通信方式與地面系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸［3］。

圖3 動(dòng)集動(dòng)車組CR200J列車安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.2 動(dòng)車組列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)傳輸原理

隨著科技的發(fā)展，近年來(lái)基于力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等原理研發(fā)出的各類動(dòng)車組檢測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備越來(lái)越多，如動(dòng)車組輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)、動(dòng)車組運(yùn)行故障圖像檢測(cè)系統(tǒng)、動(dòng)車組滾動(dòng)軸承故障軌旁聲學(xué)診斷系統(tǒng)，如圖4所示，監(jiān)控車通過(guò)對(duì)全列運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集處理，通過(guò)GPS 定位系統(tǒng)和GPRS 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)功能，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控部位故障的提前預(yù)警處置。同時(shí)基于人工智能技術(shù)，國(guó)內(nèi)部分單位已深入開(kāi)展動(dòng)車組智能檢修機(jī)器人研究，部分部位已能替代人工進(jìn)行檢查作業(yè)，動(dòng)車組運(yùn)維安全的信息化保障手段越發(fā)豐富，動(dòng)車組運(yùn)用檢修方面已具備由人檢逐步向機(jī)檢過(guò)渡的實(shí)施條件。

圖4 列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)傳輸關(guān)系圖

4 動(dòng)集動(dòng)車組精準(zhǔn)預(yù)防修方案設(shè)計(jì)

數(shù)字化精準(zhǔn)預(yù)防維修，是以動(dòng)集動(dòng)車組車載檢測(cè)數(shù)據(jù)及地面設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，將分析結(jié)果直接應(yīng)用到檢修過(guò)程，精準(zhǔn)定位故障隱患，提高檢修效率與安全防范能力。具體應(yīng)用層面，按照“利用數(shù)據(jù)診斷、逐車精準(zhǔn)檢修、運(yùn)檢信息共通、安全閉環(huán)管理”的思路，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的整合、分析、運(yùn)用、共享，因“車”制宜實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施修。

4.1 整合數(shù)據(jù)資源

4.1.1 梳理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息 按照動(dòng)車組車載系統(tǒng)數(shù)據(jù)，檢測(cè)設(shè)備設(shè)施監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)兩大類別對(duì)動(dòng)集動(dòng)車組運(yùn)用檢修過(guò)程進(jìn)行全面梳理，抽取可集中分析利用的數(shù)據(jù)信息。其中動(dòng)車組各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的車載數(shù)據(jù)通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸系統(tǒng)傳輸落地，由動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析；地面檢測(cè)設(shè)備設(shè)施監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括動(dòng)車組運(yùn)行故障圖像檢測(cè)系統(tǒng)、動(dòng)車組滾動(dòng)軸承故障軌旁聲學(xué)診斷系統(tǒng)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)。目前動(dòng)集動(dòng)車組涉及監(jiān)控、檢測(cè)以及信息管理系統(tǒng)5 項(xiàng)，監(jiān)控部位覆蓋輪對(duì)、軸承、轉(zhuǎn)向架、電器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信等各個(gè)部位。表1所示為動(dòng)集動(dòng)車組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)表。

表1 動(dòng)集動(dòng)車組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)表

4.1.2 創(chuàng)新數(shù)據(jù)分析方式 將車載數(shù)據(jù)、各類檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集中匯總，交由數(shù)據(jù)分析人員統(tǒng)一綜合分析的優(yōu)化方案，特別是針對(duì)某一系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)的故障或隱患信息，橫向?qū)Ρ绕渌到y(tǒng)數(shù)據(jù)，深度研判動(dòng)車組健康狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患。最終以動(dòng)車組為單位，將數(shù)據(jù)分析結(jié)果以動(dòng)車組健康卡的形式一次性下發(fā)至運(yùn)用車間進(jìn)行復(fù)核處理，徹底改變了前期各檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用各自為戰(zhàn)、各自監(jiān)控分析并下發(fā)復(fù)核單的情況，有效整合了現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源，同時(shí)也提高了故障信息流轉(zhuǎn)的效率。如圖5所示為搭建設(shè)計(jì)的列車數(shù)字化精準(zhǔn)預(yù)防修系統(tǒng)界面，其包含了對(duì)動(dòng)集動(dòng)車組調(diào)度編組管理、出入庫(kù)計(jì)劃管理、健康卡發(fā)布簽收管理、庫(kù)檢作業(yè)管理等項(xiàng)目。

圖5 動(dòng)集動(dòng)車組精準(zhǔn)預(yù)防修系統(tǒng)界面

4.2 強(qiáng)化應(yīng)急管理體制

4.2.1 完善動(dòng)集動(dòng)車組應(yīng)急指揮中心職能 將動(dòng)車組遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)復(fù)示終端接入調(diào)度安全監(jiān)控中心，安排安全監(jiān)控人員對(duì)動(dòng)車組車載遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，一方面對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)、軸溫系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常預(yù)警信息時(shí)及時(shí)聯(lián)系隨車機(jī)械師進(jìn)行處置，將故障關(guān)口前移，保障動(dòng)車組運(yùn)行安全。另一方面動(dòng)車組途中發(fā)生故障后，應(yīng)急指揮人員可通過(guò)監(jiān)控信息迅速查看動(dòng)車組具體故障信息及各系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，幫助應(yīng)急指揮人員準(zhǔn)確判斷故障原因，并迅速制定處置措施，提高動(dòng)車組故障應(yīng)急處置效率。

4.2.2 成立數(shù)據(jù)分析專業(yè)機(jī)構(gòu) 為深度挖掘動(dòng)車組檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析作用，安全監(jiān)控中心選拔現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)豐富、業(yè)務(wù)素質(zhì)較高的技術(shù)人員專職負(fù)責(zé)動(dòng)集動(dòng)車組數(shù)據(jù)分析任務(wù)，會(huì)同主機(jī)廠技術(shù)人員，研究固化動(dòng)車組相應(yīng)故障代碼的預(yù)警等級(jí)及處置策略，結(jié)合運(yùn)用車間檢修復(fù)核實(shí)際情況，歸納總結(jié)相應(yīng)的應(yīng)急處理及檢修策略，提高了檢修作業(yè)效率。

4.3 檢修流程閉環(huán)管理

動(dòng)車組入庫(kù)檢修前，由數(shù)據(jù)分析組對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行期間所有的故障信息、檢測(cè)信息、圖像信息等各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析，針對(duì)分析發(fā)現(xiàn)的故障及隱患信息給出相應(yīng)檢修建議，并以動(dòng)車組診斷健康卡形式下發(fā)至檢修運(yùn)用車間。一方面在動(dòng)車組入庫(kù)之前，檢修班組根據(jù)健康卡上的故障信息以及處理方案提示，提前準(zhǔn)備人員、物料、工具等生產(chǎn)資料。另一方面動(dòng)車組入庫(kù)后檢修人員直達(dá)故障部位，進(jìn)行精準(zhǔn)化的檢修作業(yè)，進(jìn)一步壓縮故障處理和庫(kù)內(nèi)檢修的時(shí)間，提高檢修作業(yè)效率。運(yùn)用車間在完成相應(yīng)動(dòng)車組檢修作業(yè)后，需將動(dòng)車組診斷健康卡提示故障信息的檢查處理情況反饋至數(shù)據(jù)分析組，由動(dòng)車組數(shù)據(jù)分析組歸檔，形成一個(gè)完整的流程閉環(huán)。如圖6 所示，為某車次入庫(kù)前系統(tǒng)自動(dòng)推送的動(dòng)集動(dòng)車組診斷健康卡界面，其包含了當(dāng)日入庫(kù)列車重點(diǎn)推送的檢修任務(wù)情況。

圖6 動(dòng)集動(dòng)車組診斷健康卡界面

5 結(jié)論

以提升動(dòng)集動(dòng)車組檢修效率為目標(biāo)，搭建了動(dòng)車組數(shù)字化精準(zhǔn)預(yù)防維修平臺(tái)，通過(guò)開(kāi)展數(shù)據(jù)資源的集中整合，大數(shù)據(jù)分析形成診斷報(bào)告，能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)掌握動(dòng)車組狀態(tài)，改變了過(guò)去零散度高、指導(dǎo)性不強(qiáng)的局面。該系統(tǒng)平臺(tái)投入現(xiàn)場(chǎng)檢修作業(yè)使用后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐，結(jié)果表明，有效減少了設(shè)備失修、漏修、過(guò)度修、盲目修等問(wèn)題。特別是對(duì)于重點(diǎn)故障的預(yù)警提示，為方案制定、料件工具籌備、庫(kù)線安排爭(zhēng)取了時(shí)間，故障處置更加及時(shí)穩(wěn)妥。提高了現(xiàn)場(chǎng)組織效率，達(dá)到精準(zhǔn)檢測(cè)、精準(zhǔn)分析、精準(zhǔn)預(yù)警、精準(zhǔn)檢修的目標(biāo)。