CRH2型動車組三級檢修關(guān)鍵故障輔助分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

錢建強(qiáng)

（上海鐵路局 上海動車段，上海 200070）

CRH2型動車組三級檢修關(guān)鍵故障輔助分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

錢建強(qiáng)

（上海鐵路局 上海動車段，上海 200070）

本文采用分層取樣法對CRH2型動車組三級檢修中積累的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，綜合考慮隨機(jī)樣本的發(fā)生率和重要性，以加權(quán)平均法計(jì)算加權(quán)得分，評定形成關(guān)鍵故障處理數(shù)據(jù)庫。通過開發(fā)基于B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的輔助分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分級用戶管理、故障數(shù)據(jù)添加、模糊查詢等功能，方便現(xiàn)場作業(yè)人員實(shí)時獲取正確的關(guān)鍵故障處理技術(shù)指南，從而提高動車組檢修效率和檢修質(zhì)量。

CRH2；動車組；三級檢修；關(guān)鍵故障；分析系統(tǒng)

截至2015年7月底，上海動車段已配屬動車組485組（折算成標(biāo)準(zhǔn)組），體量較大。按照走行公里數(shù)，上海動車段每年都有大量動車組集中到三級修修程，近兩年，每年均要承擔(dān)動車組三級修任務(wù)約130組。同時，由于動車組運(yùn)用時間較長，運(yùn)行區(qū)間跨度較大，外部環(huán)境因素多變，導(dǎo)致設(shè)備設(shè)施損傷、老化，設(shè)備性能普遍下降，故障有上升趨勢。檢修任務(wù)繁重且故障形式多樣，這些都對動車組高級修的檢修質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

為提高動車組三級修檢修質(zhì)量和故障處理效率，本文通過對上海動車段三級檢修工作中多年積累的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以科學(xué)合理的方法篩選出關(guān)鍵故障，有針對性制定故障處理技術(shù)指南和故障處理流程圖，設(shè)計(jì)編制CRH2型動車組三級修關(guān)鍵故障輔助分析系統(tǒng)（以下簡稱故障分析系統(tǒng)），將關(guān)鍵故障納入系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員實(shí)時查詢、檢索、學(xué)習(xí)，為現(xiàn)場故障處理提供正確的故障處理技術(shù)指南，加快動車組故障的排查和處理進(jìn)度，確保動車組檢修質(zhì)量和提高檢修效率。

1 系統(tǒng)概述

1.1 研究目標(biāo)

故障分析系統(tǒng)的研究目標(biāo)是將關(guān)鍵故障形成數(shù)據(jù)庫后納入故障分析系統(tǒng)，動車組出現(xiàn)類似問題時，現(xiàn)場作業(yè)人員可實(shí)時獲取專業(yè)、全面的處理技術(shù)指南。本系統(tǒng)須達(dá)到3大目標(biāo)：（1）通過一定的關(guān)鍵故障篩選算法，篩選出關(guān)鍵故障數(shù)據(jù)并形成關(guān)鍵故障數(shù)據(jù)庫；（2）實(shí)現(xiàn)分級用戶管理、故障數(shù)據(jù)添加，以便完善故障處理數(shù)據(jù)庫；（3）實(shí)現(xiàn)模糊查詢，便于現(xiàn)場作業(yè)人員通過故障分析系統(tǒng)查詢，程序給出相應(yīng)的故障處理技術(shù)指南。

1.2 邏輯架構(gòu)

系統(tǒng)功能采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，既增強(qiáng)了系統(tǒng)開發(fā)部署的靈活性，同時也加強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性，如圖1所示 。

圖1 CRH2型動車組三級修關(guān)鍵故障輔助分析系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

1.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

CRH2型動車組三級修關(guān)鍵故障輔助分析系統(tǒng)依托鐵路計(jì)算機(jī)網(wǎng)，采用B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（即Browse/ Server架構(gòu)），由段集中部署在鐵路計(jì)算機(jī)網(wǎng)的內(nèi)部局域網(wǎng)中，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，如圖2所示 。

圖2 B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

相對于傳統(tǒng)的C/S架構(gòu)（即Client/Server架構(gòu)），B/S架構(gòu)的好處在于：

（1）B/S架構(gòu)是一種瘦客戶端的架構(gòu)，它可以將所有核心部分集中在服務(wù)器上，后續(xù)所有軟件維護(hù)、系統(tǒng)升級、程序改進(jìn)等工作量都集中在服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)了客戶端免維護(hù)。

（2）B/S架構(gòu)具有很好的跨平臺性能，可以很好地支持Windows、Linux、Unix及Mac OS等主流操作系統(tǒng)。利用先進(jìn)的系統(tǒng)重用技術(shù)，降低了系統(tǒng)管理難度，節(jié)約了后續(xù)開發(fā)維護(hù)成本。

（3）B/S架構(gòu)帶有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)交互性優(yōu)勢。通過局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，在瀏覽器前端方便地進(jìn)行系統(tǒng)交互操作，從而消除地域限制，實(shí)時獲取權(quán)威解決方案。

2 關(guān)鍵故障篩選算法設(shè)計(jì)

2.1 關(guān)鍵故障算法概述

以上海動車段積累的大量故障數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合考慮多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，通過量化計(jì)算篩選出來的故障統(tǒng)稱關(guān)鍵故障。關(guān)鍵故障篩選算法是故障分析系統(tǒng)的核心技術(shù)。

故障發(fā)生率是篩選關(guān)鍵故障的主要依據(jù)。為確定關(guān)鍵故障占故障總數(shù)比率，采用隨機(jī)抽樣統(tǒng)計(jì)方法，抽樣要求：（1）選取不同年份修竣的若干動車組故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，排除集中發(fā)生的傾向性故障干擾；（2）每次抽樣調(diào)查樣本重復(fù)率不大于40%，確保統(tǒng)計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確；（3）試驗(yàn)人群為車間各班組隨機(jī)抽調(diào)，抽調(diào)后相對固定，基本代表車間人員故障處理水平；（4）隨機(jī)抽樣調(diào)查先后進(jìn)行3次，以排除偶然因素干擾。3次抽樣調(diào)查結(jié)果為：常見故障（不影響檢修修時，對動車組運(yùn)行安全無影響，處理難度不高）的故障占比分別為74.9%、71.2%、79.9%，即關(guān)鍵故障占比分別為25.1%、28.8%、20.1%。因此，可以得出結(jié)論，常見故障占比約為70%～80%，即關(guān)鍵故障在故障總數(shù)中占比約為20%～30%，計(jì)為（25±5）%。關(guān)鍵故障中不同發(fā)生率的故障占抽樣總故障數(shù)量的比率如表1所示。

表1 關(guān)鍵故障中不同發(fā)生率的故障占抽樣總故障數(shù)量的比率列表

以上海動車段目前積累的CRH2型車組三級修故障庫為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)出不同故障發(fā)生率的故障占故障總數(shù)比率如表2所示。

表2 不同故障發(fā)生率的故障占故障總數(shù)比率列表

根據(jù)表2可知，當(dāng)選取故障發(fā)生率大于40%（或者更小）的故障為高發(fā)故障并納入關(guān)鍵故障數(shù)據(jù)庫時，僅此一項(xiàng)，關(guān)鍵故障數(shù)據(jù)庫所選取的故障數(shù)據(jù)就占故障總數(shù)的32.2%（或者更大），超過（25±5）%的標(biāo)準(zhǔn)范圍。而當(dāng)我們將故障發(fā)生率大于50%的故障視為高發(fā)故障并納入關(guān)鍵故障數(shù)據(jù)庫時，高發(fā)故障（故障發(fā)生率超過50%的故障）占故障總數(shù)的14.4%，關(guān)鍵故障數(shù)據(jù)庫中高發(fā)故障與低發(fā)故障比率約為1.36:1（關(guān)鍵故障占故障總數(shù)比率取標(biāo)準(zhǔn)值25%），與表1基本吻合。

綜上所述，我們將故障發(fā)生率高于或等于50%的故障稱為高發(fā)故障；故障發(fā)生率低于50%的故障稱為低發(fā)故障。高發(fā)故障直接列入關(guān)鍵故障數(shù)據(jù)庫。低發(fā)故障需要綜合考慮多種因素進(jìn)行篩選，從中選取關(guān)鍵設(shè)備故障、處理復(fù)雜度高、社會影響大、對修時影響明顯的故障，作為關(guān)鍵故障列入關(guān)鍵故障數(shù)據(jù)庫。其他故障視為一般性故障，不列入關(guān)鍵故障數(shù)據(jù)庫。

2.2 故障發(fā)生率計(jì)算

為了讓故障發(fā)生率的統(tǒng)計(jì)更合理,我們采用分層取樣法對故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。把總體分成若干個類型組，然后從各個類型組中按一定比例隨機(jī)抽選。為了樣本更具代表性，選取的樣本數(shù)量隨當(dāng)年動車組檢修量同比遞增。假設(shè)某故障為G，在X年中的平均故障發(fā)生率為：

式（1）中：

（1）M1、M2、…、MX分別為X年樣本中G故障發(fā)生的次數(shù)；

（2）N1、N2、…、NX分別為X年中每年所選取的動車組樣本數(shù)量。

且符合：

其中：

（2）Ni為第i年所選出的動車組樣本數(shù)量；

（3）1≤i≤X；

（4）Zi為第i年的動車組檢修總數(shù)量。

分層取樣法可以排除動車組運(yùn)行的不同時期發(fā)生的傾向性故障對故障發(fā)生率統(tǒng)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生的干擾，使故障發(fā)生率統(tǒng)計(jì)結(jié)果更為科學(xué)合理，更能反映故障發(fā)生的趨勢和集中點(diǎn)。

2.3 高發(fā)故障統(tǒng)計(jì)

高發(fā)故障是關(guān)鍵故障的主要組成部分。根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的平均故障發(fā)生率，當(dāng)時，該故障為高發(fā)故障。

示例：

裙板鎖滑牙故障相關(guān)信息如表3所示。

表3 裙板鎖滑牙故障信息

根據(jù)表3信息可知，裙板鎖滑牙故障發(fā)生率為：

由上式可知，裙板鎖滑牙故障的發(fā)生率大于50%，屬于高發(fā)故障。

2.4 低發(fā)故障統(tǒng)計(jì)

低發(fā)故障中的重點(diǎn)故障也是關(guān)鍵故障中的重要組成部分。根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的平均故障發(fā)生率，發(fā)生率的故障屬于低發(fā)故障。為了能準(zhǔn)確篩選出低發(fā)故障中關(guān)鍵故障，我們考慮故障發(fā)生頻率、故障所屬系統(tǒng)的重要程度、社會影響大小（主要是影響旅客舒適度導(dǎo)致的投訴）、故障解決難易程度、檢修進(jìn)度受阻概率5個方面因素，根據(jù)各個因素的得分和權(quán)重，通過加權(quán)平均法得出故障的綜合得分，綜合得分超過40分的可列為關(guān)鍵故障。具體篩選算法如表4所示。

表4 關(guān)鍵故障篩選算法

其中，加權(quán)平均法計(jì)算公式為：

式（2）中：

f1,f2,f3,…,fk為權(quán)。

假設(shè)故障G的得分為X1=98，X2=100，X3=55，X4=25，X5=21，那么根據(jù)加權(quán)平均法計(jì)算公式可以算出G的得分：

由上式可知，故障G可列為關(guān)鍵故障。

3 故障分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 開發(fā)平臺

由于上海動車段高級修場內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（如辦公電腦、工位機(jī)等）分布廣泛，且都已接入鐵路內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，可以相互共享信息數(shù)據(jù)。現(xiàn)場作業(yè)人員可方便的在任何位置通過這些網(wǎng)絡(luò)終端，實(shí)時獲取相關(guān)支持文件。因此故障分析系統(tǒng)在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展和開發(fā)是經(jīng)濟(jì)科學(xué)、切實(shí)可行的。

3.2 系統(tǒng)硬件組成

服務(wù)器型號：Lenovo ThinkCenter

操作系統(tǒng)：Windows Server 2012 Standard Eva-luation X64

內(nèi)存參數(shù)：1.00 G

CPU參數(shù)：Intel(R) Core(TM) Duo CPU E8400 @ 3.00 GHz

瀏覽器版本：Firefox 35.0.1

系統(tǒng)配置：Apache Tomcat &Oracle后臺數(shù)據(jù)庫

軟件架構(gòu)：B/S架構(gòu)

3.3 軟件實(shí)現(xiàn)

（1）權(quán)限控制

該軟件用戶分為3個等級，按照權(quán)限由大到小排序分別是：段級管理員用戶、車間管理員用戶、普通用戶。段級管理員用戶僅有一個，車間管理員用戶由段級管理員用戶指定，可以有多個不同的車間管理員用戶。高權(quán)限級別的用戶可以根據(jù)需要對低權(quán)限用戶進(jìn)行注冊、銷戶、權(quán)限分配、密碼修改等操作。

（2）數(shù)據(jù)庫管理

該軟件數(shù)據(jù)庫為Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，支持標(biāo)準(zhǔn)SQL語句查詢。主要分為用戶名數(shù)據(jù)表、權(quán)限管理表和關(guān)鍵故障數(shù)據(jù)表3個表，分別用于用戶名、用戶權(quán)限和故障數(shù)據(jù)集合管理。

（3）功能管理

軟件主要具備3個模塊：登陸模塊、主操作模塊和后臺管理模塊。

登陸模塊功能：用戶必須正確輸入用戶名和密碼方可進(jìn)入系統(tǒng)。具備IP控制功能，只有經(jīng)過允許的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)才可登陸故障分析系統(tǒng)，確保故障分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可控性，同時降低故障分析系統(tǒng)的訪問壓力，確保現(xiàn)場作業(yè)人員快速、流暢訪問系統(tǒng)。

主操作模塊功能：主操作模塊是軟件的主界面。根據(jù)權(quán)限不同，可以進(jìn)行關(guān)鍵故障數(shù)據(jù)的添加、查詢、修改、刪除、打印、導(dǎo)出、統(tǒng)計(jì)等操作。

后臺管理模塊：后臺管理模塊主要實(shí)現(xiàn)了對用戶名及用戶權(quán)限進(jìn)行管理。

4 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）關(guān)鍵故障篩選算法科學(xué)有效。采用分層取樣法對故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,排除了時間傾向性故障的干擾，同時綜合考慮多重因素,形成關(guān)鍵故障處理數(shù)據(jù)庫。建立了一整套完善的關(guān)鍵故障量化評價界定算法。

（2）系統(tǒng)架構(gòu)先進(jìn)。采用了先進(jìn)的B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該架構(gòu)以其瘦客戶端和跨平臺的特點(diǎn)，在確保網(wǎng)絡(luò)性能的基礎(chǔ)上，降低了后續(xù)維護(hù)成本，提高了其通用性。

（3）故障分析系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)。故障分析系統(tǒng)整合了大量關(guān)鍵故障案例，從所屬系統(tǒng)、故障描述、原因分析對關(guān)鍵故障進(jìn)行了深度剖析，并給出了切實(shí)可行、全面詳實(shí)的故障處理技術(shù)指南，對現(xiàn)場故障處理提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

（4）故障分析系統(tǒng)界面友好，使用方便，各項(xiàng)操作簡明易懂，現(xiàn)場作業(yè)人員可快速掌握該系統(tǒng)的使用方法，具備普遍推廣使用的基本條件。

5 結(jié)束語

目前，故障分析系統(tǒng)已在上海動車段高級修場投入使用，通過工位機(jī)，高級修作業(yè)人員可實(shí)時檢索查詢關(guān)鍵故障處理方法和流程并參照處理，從而提高了動車組故障處理的效率和質(zhì)量，保證了動車組檢修進(jìn)度與質(zhì)量，為動車組安全運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)保障。

[1]鐵道部運(yùn)輸局.動車組管理信息系統(tǒng)總體方案[R].北京：鐵道部運(yùn)輸局，2009.

[2]錢建強(qiáng).CRH2型動車組三級修電氣調(diào)試故障分析及建議[J].鐵道機(jī)車車輛，2013，33（5）：72-74.

[3]張笑天，麻 磊，張紹哲，等.動車組關(guān)鍵配件信息追溯條形碼管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2014，23（1）：18-21.

責(zé)任編輯 付 思

Key Fault aided Analyzing System for CRH2 EMU Level 3 maintenance

QIAN Jianqiang
( Shanghai Depot of EMU,Shanghai Railway Administration,Shanghai 200070,China)

In this paper,stratifed sampling method was used to count and analyze the faults of CRH2 EMU Level 3 maintenance.It was compromised the occurrence rate and importance of random sample,calculated the weighted score by weighted average method to form the key fault processing database.Through the development of Key Fault aided Analyzing System based on B/S network framework,the management of classifed users,added fault data,fuzzy query and other functions were implemented.It was convenient for the feld operation personnel to obtain real-time processing of key fault,so as to improve the effciency and quality of EMU maintenance.

CRH2;EMU;Level 3 maintenance;key fault;analyzing system

U266.2∶U279∶TP39

A

1005-8451（2016）06-0013-05

2015-11-30

上海鐵路局科研計(jì)劃項(xiàng)目（2014011）。

錢建強(qiáng)，高級工程師。