動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)方案研究

李 燕，張 瑜，周軍偉

（中國(guó)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）

我國(guó)動(dòng)車組車型較多，應(yīng)用環(huán)境較國(guó)外差別較大，行車設(shè)備故障、源頭質(zhì)量、作業(yè)檢修質(zhì)量等問題時(shí)有發(fā)生，對(duì)動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)、維修時(shí)常產(chǎn)生不可避免的影響。同時(shí)，動(dòng)車組的計(jì)劃預(yù)防修和狀態(tài)更正修方式，存在過度修和欠維修的情況，導(dǎo)致動(dòng)車組維修保養(yǎng)成本高昂、次生災(zāi)害及行車設(shè)備故障時(shí)有發(fā)生。基于上述現(xiàn)實(shí)情況，建立一套適合中國(guó)高速鐵路國(guó)情的故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)（PHMP，Prognostics and Health Management）具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來(lái), 國(guó)外已在航空航天、國(guó)防軍事以及工業(yè)領(lǐng)域開展了PHM技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用工作。直升機(jī)健康與使用監(jiān)控系統(tǒng)（HUMS）, 用來(lái)監(jiān)控轉(zhuǎn)子軌跡和平衡等，提供維修趨勢(shì)信息[1-2]；飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（ACMS）系統(tǒng)[3]能夠保證航空公司減少飛行延誤、航班取消、中途返航和中途換機(jī)等事件[4]。在動(dòng)車組領(lǐng)域，法國(guó)TGV、德國(guó)ICE、美國(guó)AC6000CW、英國(guó)IC125型高速列車等依靠車載網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全列動(dòng)車組關(guān)鍵部件及系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控和自動(dòng)診斷[5]。

國(guó)內(nèi)方面，既有的CRH系列動(dòng)車組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)也大多依賴車載設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，以及在重要部件上加裝傳感器獲取狀態(tài)信息[6]。上海鐵路局與中車唐山機(jī)車車輛有限公司聯(lián)合開展動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理的研究工作，并嘗試對(duì)CRH3型車的變壓器散熱裝置等部件發(fā)生的故障進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析和故障診斷，探尋故障與外部因素的關(guān)系，從而制定不同的檢修優(yōu)化策略，指導(dǎo)維修[7]。

本文第1部分介紹了故障預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）技術(shù)相關(guān)的基本概念和定義。第2部分對(duì)現(xiàn)階段建立動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、用戶及業(yè)務(wù)需求進(jìn)行了分析。第3部分在文獻(xiàn)[5]的體系架構(gòu)基礎(chǔ)上，根據(jù)動(dòng)車組管理和執(zhí)行的實(shí)際需要，增加了動(dòng)車組健康管理系統(tǒng)的硬件部署，從總體架構(gòu)、邏輯架構(gòu)和功能設(shè)計(jì)角度出發(fā)提出了一整套的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并在接口設(shè)計(jì)部分首次明確了與動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的包含關(guān)系。第4部分對(duì)動(dòng)車組健康管理系統(tǒng)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 PHM定義與內(nèi)涵

從定義上，PHM指利用各類先進(jìn)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝備運(yùn)行的各類狀態(tài)參數(shù)及特征信號(hào)，借助各種智能推理算法和模型來(lái)評(píng)估裝備的健康狀態(tài)，在其故障發(fā)生前對(duì)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合各種可利用的資源信息提供一系列的維修保障決策，以實(shí)現(xiàn)裝備的狀態(tài)維修[8]。

上述定義中涵蓋了以下若干個(gè)相關(guān)概念：

（1）狀態(tài)維修：指通過對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并且按設(shè)備的健康狀態(tài)來(lái)安排維修的一種決策方法[9]。

（2）故障診斷：指利用被診斷對(duì)象的各種知識(shí)，進(jìn)行信息的綜合處理，最終得到裝備運(yùn)行和故障狀況綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的過程，目的是確定有無(wú)故障及故障情況。

（3）故障預(yù)測(cè)：以裝備的使用狀態(tài)為起點(diǎn)，結(jié)合各類信息，對(duì)裝備未來(lái)時(shí)間可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)報(bào)、分析和判斷。

（4）健康狀態(tài)：對(duì)裝備系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件在執(zhí)行其設(shè)計(jì)功能時(shí)所表現(xiàn)出的能力的描述。

（5）狀態(tài)監(jiān)測(cè)：根據(jù)裝備的狀態(tài)特征，利用檢測(cè)設(shè)備，連續(xù)或定期采集裝備系統(tǒng)的狀態(tài)特征參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行分析和解釋。

（6）狀態(tài)評(píng)估：以先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)視手段、可靠的評(píng)價(jià)方法和完整的運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)判斷裝備所處的健康狀態(tài)。

這些概念或涵蓋了一部分PHM的研究?jī)?nèi)容，或描述了PHM研究的最終目標(biāo)，從各個(gè)不同角度詳細(xì)剖析了故障預(yù)測(cè)與健康管理的內(nèi)容和作用，他們之間的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 PHM相關(guān)概念關(guān)系圖

2 動(dòng)車組PHM系統(tǒng)需求分析

動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)應(yīng)依托各類數(shù)據(jù)建模、分析和挖掘技術(shù)，依托鐵路總公司（簡(jiǎn)稱：總公司）和各鐵路局動(dòng)車組技術(shù)中心，滿足不同層級(jí)故障預(yù)測(cè)與健康管理的需要。

2.1 用戶需求

從用戶層級(jí)劃分，系統(tǒng)用戶可分為總公司、鐵路局、動(dòng)車段3個(gè)級(jí)別；從用戶類別劃分，系統(tǒng)用戶可分為模型構(gòu)建及訓(xùn)練用戶和車輛業(yè)務(wù)用戶。

2.1.1 從用戶層級(jí)劃分

（1）總公司用戶：統(tǒng)籌管理全路車輛運(yùn)用、維修工作；查看全路動(dòng)車組健康狀態(tài)、檢修修程優(yōu)化建議；查看數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)功能。

（2）鐵路局用戶：合理安排局管內(nèi)動(dòng)車組的運(yùn)用檢修工作；查看局管內(nèi)所有動(dòng)車組的健康狀態(tài)；跟蹤監(jiān)督故障預(yù)警的執(zhí)行情況；組織開展應(yīng)急指揮工作。

（3）動(dòng)車（車輛）段用戶：執(zhí)行動(dòng)車組的運(yùn)用檢修工作計(jì)劃；完成故障預(yù)警的閉環(huán)管理；監(jiān)控所內(nèi)動(dòng)車組的健康狀態(tài)，根據(jù)不同狀態(tài)等級(jí)安排后續(xù)操作；具體落實(shí)應(yīng)急指揮工作。

2.1.2 從用戶類別劃分

（1）模型構(gòu)建及訓(xùn)練用戶：對(duì)包括可靠性模型、大數(shù)據(jù)模型、機(jī)理模型等在內(nèi)的平臺(tái)各類模型進(jìn)行建模、訓(xùn)練和管理。通過系統(tǒng)對(duì)模型進(jìn)行新增、修改、刪除、導(dǎo)入、導(dǎo)出等操作，評(píng)估模型適用性，與業(yè)務(wù)管理人員共同保證模型預(yù)警及規(guī)則的有效性。

（2）車輛業(yè)務(wù)用戶：通過對(duì)動(dòng)車組健康狀態(tài)的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，確保動(dòng)車組設(shè)備正常運(yùn)營(yíng)；通過查看健康管理模型預(yù)警結(jié)果，實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)車組故障發(fā)生情況，并進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)處理。

2.2 數(shù)據(jù)需求

為支持動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)中對(duì)故障模型的建模和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)和健康評(píng)價(jià)應(yīng)用，系統(tǒng)需要從業(yè)務(wù)系統(tǒng)、手工渠道及外部環(huán)境采集5大類，25小類數(shù)據(jù)，進(jìn)行存儲(chǔ)、篩選、轉(zhuǎn)化和清洗工作,如表1所示。掌握故障發(fā)生規(guī)律，并預(yù)測(cè)未來(lái)的動(dòng)車組狀態(tài)，包括剩余壽命、可正常工作時(shí)間等。

（4）維修決策建議：通過對(duì)動(dòng)車組故障發(fā)生規(guī)律、動(dòng)車組健康狀態(tài)的評(píng)估，結(jié)合當(dāng)前定期檢修機(jī)制，給出視情檢修建議，包括車組檢修時(shí)間和項(xiàng)目，以及不同級(jí)別檢修優(yōu)化建議。

表1 數(shù)據(jù)類型列表

2.3 功能需求

結(jié)合動(dòng)車組運(yùn)用檢修實(shí)際，故障預(yù)測(cè)與健康管理地面系統(tǒng)大體應(yīng)具備以下功能：

（1）動(dòng)車組狀態(tài)監(jiān)測(cè)：接收來(lái)自動(dòng)車組制造或檢修廠家的傳感器數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，對(duì)于故障進(jìn)行等級(jí)管理，根據(jù)不同用戶需求，對(duì)故障進(jìn)行分層展示，根據(jù)報(bào)警規(guī)則，對(duì)重要故障進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。

（2）健康評(píng)估：根據(jù)各車組的故障發(fā)生情況、運(yùn)行和檢修記錄等對(duì)動(dòng)車組健康狀態(tài)建模，計(jì)算各動(dòng)車組、各車組子系統(tǒng)、各系統(tǒng)部件的健康狀態(tài)值，并對(duì)不同用戶進(jìn)行不同級(jí)別的報(bào)警，確保上線動(dòng)車組原設(shè)計(jì)功能正常，狀態(tài)良好。

（3）故障預(yù)測(cè)：通過對(duì)動(dòng)車組機(jī)理、可靠性、故障發(fā)生規(guī)律進(jìn)行建模，預(yù)測(cè)動(dòng)車組設(shè)備故障發(fā)生，

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 總體架構(gòu)

PHM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式取決于裝備的組成結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系，從信息處理方式的角度，可將裝備PHM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)歸結(jié)為3種類型，即集中式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)和分層融合式結(jié)構(gòu)。集中式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信息傳遞過程清晰、中央故障管理控制器的功能強(qiáng)大，但執(zhí)行效率低，一般只用于小型系統(tǒng)；分布式可有效地提高子系統(tǒng)故障管理控制器的執(zhí)行效率，但無(wú)法有效利用健康狀態(tài)信息之間的冗余信息，系統(tǒng)級(jí)診斷/預(yù)測(cè)的可信度較低，適用于大型但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的裝備；分層融合式結(jié)構(gòu)能夠在系統(tǒng)各層全面的利用冗余信息，降低了系統(tǒng)整體的虛警概率，更適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次多的裝備[8]。

動(dòng)車組作為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型裝備，宜采用分層融合式結(jié)構(gòu)進(jìn)行故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)的建設(shè)。系統(tǒng)物理部署可分為兩層，總公司服務(wù)器部署在鐵科院動(dòng)車組技術(shù)中心，支持全路動(dòng)車組的健康管理應(yīng)用、通用模型的建立和訓(xùn)練；鐵路局級(jí)服務(wù)器部署在各鐵路局動(dòng)車組技術(shù)分中心，支持鐵路局范圍內(nèi)動(dòng)車組的健康管理、通用模型的配置和個(gè)性化建模應(yīng)用。

在邏輯結(jié)構(gòu)上，動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)劃分為總公司級(jí)、鐵路局級(jí)及動(dòng)車（車輛）段級(jí)3層，分別與EMIS的總公司、鐵路局、動(dòng)車段層相對(duì)應(yīng)，可逐級(jí)嵌入，進(jìn)行故障、檢修等數(shù)據(jù)的交互，形成緊密耦合的統(tǒng)一整體。其總體架構(gòu)，如圖2所示。

PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)為B/S架構(gòu)，總公司級(jí)別的應(yīng)用由鐵科院動(dòng)車組技術(shù)中心服務(wù)器集群支撐相關(guān)應(yīng)用、計(jì)算和數(shù)據(jù)管理；鐵路局級(jí)別和動(dòng)車（客車）段級(jí)別功能均由各鐵路局動(dòng)車組技術(shù)分中心服務(wù)器集群支持，通過用戶和權(quán)限管理區(qū)分不同層級(jí)的應(yīng)用和不同屬性用戶的功能。PHM系統(tǒng)本身無(wú)車間級(jí)應(yīng)用，故障預(yù)警、個(gè)性化檢修周期配置等功能在段級(jí)PHM系統(tǒng)與EMIS進(jìn)行交互，在車間級(jí)EMIS內(nèi)部，通過計(jì)劃及檢修管理模塊完成閉環(huán)管理。

圖2 動(dòng)車組PHM總體架構(gòu)圖

3.2 邏輯架構(gòu)

參考鐵路大數(shù)據(jù)應(yīng)用體系架構(gòu)[10]，基于5大類26個(gè)小類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，PHM系統(tǒng)邏輯架構(gòu)自下而上劃分為數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)管理、智能分析支撐、健康管理應(yīng)用和用戶訪問5個(gè)層次，其架構(gòu)，如圖3所示。

（1）數(shù)據(jù)采集層：通過數(shù)據(jù)自動(dòng)接入、人工導(dǎo)入和人工錄入等方式，獲取項(xiàng)目所需的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用檢修數(shù)據(jù)等，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式處理、清洗等操作，形成符合要求的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到主數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）數(shù)據(jù)管理層：集中存儲(chǔ)和管理經(jīng)過結(jié)構(gòu)化和標(biāo)準(zhǔn)化處理的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)等，為數(shù)據(jù)分析打好基礎(chǔ)。

（3）智能分析支撐層：為分析模型提供數(shù)據(jù)和模型運(yùn)行環(huán)境，支撐分析模型的實(shí)現(xiàn)和評(píng)估。集中存儲(chǔ)分析模型的運(yùn)行結(jié)果數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)挖掘及分析應(yīng)用的各類指標(biāo)數(shù)據(jù)，為后續(xù)更多的智能分析數(shù)據(jù)應(yīng)用提供支持。

（4）健康管理應(yīng)用層：完成健康管理的應(yīng)用業(yè)務(wù)支撐，實(shí)現(xiàn)各種類型的健康管理功能，主要包括健康監(jiān)測(cè)、預(yù)警預(yù)測(cè)、分析決策支持及模型管理等。

圖3 動(dòng)車組PHM系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖

（5）用戶訪問層：依托統(tǒng)一門戶管理，通過單點(diǎn)登錄，用戶權(quán)限和安全管理，通過可視化報(bào)表、交互式操作、定制開發(fā)和頁(yè)面功能集成，為用戶提供靈活多樣的訪問方式，并保障用戶訪問功能時(shí)的數(shù)據(jù)安全及系統(tǒng)安全。

3.3 功能設(shè)計(jì)

基于視情維修的開放體系（OSA-CBM）[11]綜合了現(xiàn)有PHM系統(tǒng)的共同設(shè)計(jì)思想、應(yīng)用技術(shù)和方法，已在艦船、飛機(jī)、車輛等領(lǐng)域到初步的應(yīng)用和驗(yàn)證，如圖4所示。

圖4 OSA-CBM體系結(jié)構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)采集與傳輸：利用各種無(wú)源和智能傳感器采集裝備系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)信息，作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，本部分具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)墓δ堋?/p>

（2）數(shù)據(jù)處理：接受傳感器及其他數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)和信號(hào)，并將數(shù)據(jù)處理成后續(xù)狀態(tài)監(jiān)控、健康評(píng)估和故障預(yù)測(cè)等部分處理要求的格式。

（3）狀態(tài)監(jiān)測(cè)：接收來(lái)自傳感器、數(shù)據(jù)處理以及其他狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)同預(yù)訂的失效判斷等進(jìn)行比較來(lái)監(jiān)測(cè)裝備系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，可根據(jù)預(yù)定的各種參數(shù)指標(biāo)極限值/閾值進(jìn)行故障報(bào)警。

（4）健康評(píng)估：進(jìn)行被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（子系統(tǒng)、部件）的健康狀態(tài)評(píng)估，形成故障診斷記錄并確定故障發(fā)生的可能性。

（5）故障預(yù)測(cè)：對(duì)被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估和預(yù)測(cè)未來(lái)的健康狀態(tài)，包括剩余壽命、可正常工作時(shí)間等。

（6）自動(dòng)推理決策：接收狀態(tài)監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估、故障預(yù)測(cè)部分的數(shù)據(jù)，通過推理決策產(chǎn)生更換、維修等活動(dòng)的建議與措施。

（7）接口：人–機(jī)器接口—數(shù)據(jù)信息表示與交互；機(jī)器–機(jī)器接口—各模塊之間、PHM與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。

學(xué)生信息管理系統(tǒng)主要功能包括：學(xué)生基本信息和成績(jī)的錄入，瀏覽、查詢、刪除、修改及計(jì)算成績(jī)等功能。功能分析如下：

動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)參考OSA-CBM開放體系結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行地面系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，主要包含4部分功能，即車組狀態(tài)監(jiān)控、故障分析、故障預(yù)警和維修建議支持。功能結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

3.3.1 車組狀態(tài)監(jiān)控

車組狀態(tài)監(jiān)控模塊全面監(jiān)控全路動(dòng)車組的運(yùn)用狀態(tài)及健康狀態(tài)，通過對(duì)動(dòng)車組健康狀態(tài)的建模、定義和計(jì)算，關(guān)注車組運(yùn)用情況，確保上線動(dòng)車組狀態(tài)良好，高效完成運(yùn)營(yíng)任務(wù)。模塊分為全圖車組狀態(tài)和單車組狀態(tài)查詢兩個(gè)功能：

（1）全圖車組狀態(tài)以全路動(dòng)車開行線路圖為依托，通過不同顏色標(biāo)識(shí)健康狀態(tài)不同的動(dòng)車組，及其目前所處的運(yùn)用狀態(tài)（開行顯示途中位置，檢修顯示檢修地點(diǎn)），對(duì)于健康狀態(tài)不達(dá)標(biāo)的上線車組進(jìn)行狀態(tài)報(bào)警；

（2）單車組狀態(tài)以車組的視角展示動(dòng)車組健康狀態(tài)，并追根溯源、逐層逐級(jí)地剖析動(dòng)車組各系統(tǒng)及部件的健康狀態(tài)值，并結(jié)合車組一車一檔履歷，給出進(jìn)一步的跟蹤或維修警示。

圖5 動(dòng)車組PHM系統(tǒng)功能構(gòu)成圖

3.3.2 故障預(yù)警

故障預(yù)警模塊通過大數(shù)據(jù)、可靠性模型及機(jī)理模型等，對(duì)動(dòng)車組部件、系統(tǒng)等故障發(fā)生規(guī)律進(jìn)行建模，預(yù)測(cè)未來(lái)故障發(fā)生的時(shí)間、部位，動(dòng)車組剩余壽命等屬性。模塊分為車組數(shù)據(jù)預(yù)警、系統(tǒng)可靠性預(yù)警、部件機(jī)理預(yù)3個(gè)功能。

（1）車組數(shù)據(jù)預(yù)警模塊基于動(dòng)車組運(yùn)用開行歷史、故障發(fā)生歷史、車載故障歷史數(shù)據(jù)、檢修歷史等，利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)及方法，從數(shù)據(jù)分析建模的角度預(yù)測(cè)故障的發(fā)生和發(fā)展趨勢(shì)。

（3）部件機(jī)理報(bào)警根據(jù)動(dòng)車組部件的組成和工作原理，構(gòu)建模型，結(jié)合車載離線數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)部件故障的發(fā)生和發(fā)展趨勢(shì)。

3.3.3 故障分析

故障分析模塊針對(duì)動(dòng)車組在開行途中及運(yùn)用檢修、高級(jí)修中發(fā)生的故障進(jìn)行逐步深入的分析，全面描述故障發(fā)生的規(guī)律和趨勢(shì)，根據(jù)不同的統(tǒng)計(jì)分析級(jí)別，又可以劃分為遠(yuǎn)程故障報(bào)警及分析、故障基礎(chǔ)性分析、故障率分析和可靠性分析4個(gè)功能：

（1）遠(yuǎn)程故障報(bào)警分析利用WTDS實(shí)時(shí)和離線下載數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障分析與報(bào)警。其中，實(shí)時(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)根據(jù)不同級(jí)別，在全圖車組狀態(tài)頁(yè)面進(jìn)行復(fù)視；離線數(shù)據(jù)進(jìn)入大數(shù)據(jù)平臺(tái)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析、相關(guān)分析和回歸分析等。

（2）故障基礎(chǔ)分析從故障發(fā)生的時(shí)間、里程信息、配屬和擔(dān)當(dāng)屬性、車型屬性及故障發(fā)生結(jié)構(gòu)點(diǎn)等維度，進(jìn)行基礎(chǔ)的描述性分析，通過可視化工具進(jìn)行展示。

（3）故障率分析通過將故障發(fā)生的時(shí)間、里程、發(fā)生線別等信息的聯(lián)合查詢，顯示故障沿各個(gè)維度的變化規(guī)律，通過百萬(wàn)公里故障率、平均無(wú)故障時(shí)間、平均無(wú)故障公里數(shù)等指標(biāo)的計(jì)算，對(duì)不同維度的故障發(fā)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（4）RAMS分析模塊從可靠性分析角度，通過設(shè)置可靠性、可用性、可維修性和安全性性能指標(biāo)，對(duì)單車組和車型進(jìn)行評(píng)估分析。

3.3.4 維修建議

維修建議模塊通過動(dòng)車組全生命周期中的故障數(shù)據(jù)和檢修數(shù)據(jù)發(fā)生頻率、檢修頻率、檢修范圍的劃定，給出維修項(xiàng)目及維修周期的優(yōu)化建議，輔助維修人員達(dá)到視情檢修的目標(biāo)，最大限度的節(jié)約動(dòng)車組運(yùn)用、檢修的人力、物力和時(shí)間成本。該模塊又可劃分為全生命周期故障發(fā)生規(guī)律和檢修項(xiàng)目與故障相關(guān)性兩個(gè)功能。

3.4 接口設(shè)計(jì)

動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)接口，如圖6所示。

圖6 動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)接口

動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)作為動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的一部分，通過動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)獲取眾多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

3.4.1 數(shù)據(jù)采集

5大類系統(tǒng)數(shù)據(jù)及人工導(dǎo)入數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)總公司級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理，通過內(nèi)部接口向動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)提供健康計(jì)算所需的輸入數(shù)據(jù)。

3.4.2 數(shù)據(jù)交互

動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)同動(dòng)車組管理系信息系統(tǒng)通過系統(tǒng)間接口服務(wù)器進(jìn)行健康相關(guān)數(shù)據(jù)的交互。動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)將動(dòng)車組特征指標(biāo)、健康狀態(tài)評(píng)估、狀態(tài)修任務(wù)等發(fā)送給動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)，后者將狀態(tài)檢修回填信息發(fā)送給動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)子系統(tǒng)，進(jìn)行迭代的模型計(jì)算，完成預(yù)警故障的閉環(huán)管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合鐵路總公司和鐵路局實(shí)際情況，通過對(duì)用戶、數(shù)據(jù)、功能等的需求分析，提出了一套動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)建設(shè)方案，對(duì)于完善動(dòng)車組運(yùn)用檢修信息化體系，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組視情檢修，提高動(dòng)車組運(yùn)用、維修效率具有積極的推動(dòng)意義。

動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理是動(dòng)車組運(yùn)用檢修質(zhì)量管理及技術(shù)管理工作的熱點(diǎn)，能夠有效減少動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)過程中故障引起的風(fēng)險(xiǎn)，提高運(yùn)營(yíng)效率。但除了系統(tǒng)建設(shè)本身，對(duì)于動(dòng)車組故障預(yù)測(cè)與健康管理完整體系的建立，還應(yīng)同步完成以下兩部分工作：

（1）動(dòng)車組構(gòu)型數(shù)據(jù)的不斷完善和優(yōu)化。構(gòu)型管理能夠控制各個(gè)構(gòu)型部件發(fā)生的變化，并在系統(tǒng)的整個(gè)生命周期內(nèi)保證此部件的完整性和可追溯性，這對(duì)于研究部件乃至系統(tǒng)和車組的可靠性至關(guān)重要。

（2）動(dòng)車組健康體系的建立是一個(gè)復(fù)雜、龐大的工程，每個(gè)環(huán)節(jié)的確定都需要大量的理論、實(shí)踐的論證。