機車關鍵部件全壽命周期管理系統研究

程育新，侯春濤，章 祥

(1.中國鐵路蘭州局集團有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.北京主導時代科技有限公司，北京 100070)

0 引言

鐵路運輸安全是鐵路企業的永恒主題。走行部作為機車運行的關鍵部件，其質量狀態直接影響列車的行車安全。目前美國、澳大利亞、加拿大等國家均建設了以安全、可靠、環境、成本為基礎，通過對走行部開展動態檢測、靜態分析、健康診斷、精準施修、壽命管理、生命再造、安全追蹤，從而達到列車運行安全可靠、檢修成本合理的檢修體系[1]。近年來，國內許多機務段也開始重視如何通過信息化技術實現機車檢修新體系的探索，但是沒有針對機車關鍵部件全壽命周期健康管理的專業系統[2]。

關于機車走行部關鍵部件的檢修項目很多，所以檢修管理相對復雜?，F有管理體系很少對機車重要配件全壽命周期進行管理，導致了信息管理混亂，查詢、追溯困難[3]。

目前，機車日常檢修時依然使用計劃預防修，這種固定的檢修范圍和檢修周期模式，難以在有限的人力、物力條件下有效提升機車使用壽命[4]。健康管理基本無法做到自動化預測，走行部部件質量狀態只有在檢修后才能知道，無法根據既有檢修、檢測數據自動地、較為準確地提前進行預測分析，不能實施數字化檢測和精準預防修[5]。

因此，研究并開發實現機車關鍵部件全壽命周期管理系統尤為必要，它能顯著提高檢修效率，降低檢修成本，提升檢修準確性，保證列車安全運行。

1 研究思路及目標

基于機車既有車載、入段線整備、庫內小輔修及中大修設備及工藝，研究數據信息化接口標準及規范，提升設備信息化水平及管理效率；依托現代通信技術及大數據技術，實現機車關鍵部件運維相關監測、檢修數據互聯互通和匯總融合；研究機車關鍵部件健康狀態關鍵因素及評價指標，建立機車關鍵部件健康評價體系，指導機車運用和檢修，為機車修程、修制改革提供支撐。

1.1 主要研究方法

1)設備間傳輸協議的研究開發采用標準化協議傳輸數據及成熟的分布式數據庫存儲海量數據，隨著數據的增加可方便擴容。

2)深入理解國鐵集團、集團公司、機務段管理辦法，深入研究檢修、整備檢測流程和操作規定，將各檢修、整備作業抽象成系統功能，通過系統配置控制不同角色的功能，提升不同角色的專業技能。

3)通過將角色功能、角色權限等信息存儲在數據庫中，系統通過登錄信息配置不同角色的權限，根據管理辦法的規定進行流程控制，保證每一步都可靠準確。

4)建立完善的機車關鍵部件基礎檔案信息，將各狀態進行動態管理且系統自動更新狀態，形成數據中心。

5)統計海量檢修數據，然后根據成熟的數據分析算法，如馬爾可夫算法、隱馬爾可夫算法、聚類算法、貝葉斯算法等建立不同檢修數據的數據模型，進行大數據挖掘分析。

1.2 系統總體要求

1)完成機車走行部關鍵部件(輪對、軸承、變壓器、齒輪箱、牽引電機等)檔案及技術狀態數據庫建設，建立完善的基礎檔案數據庫，統一機車關鍵部件信息化建設標準，形成安全可靠的硬件平臺。

2)完成機車關鍵部件檢修全壽命周期管理系統的開發，開展機車走行部關鍵部件(輪對、軸承、變壓器、齒輪箱、牽引電機等)檢修、整備檢測管理研究，實現相關檢修、整備檢測作業無紙化辦公，建立完善的可方便查詢和更新的信息庫，提高檢修、整備檢測及技術管理信息化應用水平。

3)通過機車關鍵部件檢修全壽命周期管理系統，實現機車走行部關鍵部件(輪對、軸承、變壓器、齒輪箱、牽引電機等)檢修、整備檢測作業由粗放式向精益化轉變，管理模式由傳統模式向信息化轉變，安全管理由反應式向預控式轉變。

2 系統開發

2.1 系統整體框架

系統框架由5個層級組成，如圖1所示。

圖1 系統框架示意圖

1)檢修設備層：包括機車所有檢修相關設備。

2)信息交互層：實現數據交互與共享。

3)基礎設施層：包括搭建該系統軟硬件平臺所需的相關設備及軟件。

4)系統集成層：集成各個子系統、各類數據到統一平臺。

5)應用展示層：包括系統各項功能體現以及用戶主要交互對象。

系統功能包括：作業流程管理、檢修數據管理、機車檔案管理、檢修數據分析、機車專家診斷。

2.2 硬件架構

如圖2所示，系統硬件采用2臺企業級服務器組建雙機冗余熱備配置，每臺服務器配置RAID10或RAID5磁盤陣列，雙電源冗余；RoseMirrorHA雙機熱備軟件對數據庫進行實時同步備份，當一臺服務器宕機后，另一臺立即接管，保證系統始終正常運行。

圖2 系統硬件架構

2.3 數據貫通

如圖3所示，機車關鍵部件全壽命周期管理系統實現了自動化檢測相關設備的聯網監管，各機務段運用、整備、檢修、備品等環節自動化設備通過路網TCP/IP通信協議，與信息系統進行數據交換，將檢測數據匯總至服務器，非TCP/IP接口的設備可以通過數據錄入或者標準接口將數據導入匯總服務器。機車關鍵部件全壽命周期管理系統與機車電子檔案管理系統、機務油水化驗管理系統互聯，實現機車檔案、履歷信息、化驗結果數據共享。運用到的關鍵技術如下。

圖3 數據貫通整合示意圖

1)分布式數據庫。檢測系統數據服務平臺，應用低成本分布式數據庫解決方案，選擇開源分布式數據庫中間件MyCat搭建主從雙機熱備份數據庫系統，滿足基本的性能及可靠性需求。

2)數據存儲服務。統一數據存儲服務軟件，匯總現場各檢測設備檢測數據。設計存儲服務中間件，匯總各檢測設備的同時，隔離各客戶段對數據庫的讀寫，提升數據訪問效率，解決多客戶端同時訪問互鎖等問題。

3)自主Web基礎框架。框架工程主要包含3個部分:Web主程序、Common組件、System組件，其中Web主程序包含：SpringMVC、Mybatis、日志等配置信息和基礎頁面、錯誤頁面、用戶登錄、權限管理、用戶管理、菜單管理等常用功能頁面；System組件包括了用戶登錄、權限管理、用戶管理、菜單管理等功能的核心實現；Common組件包括了驗證碼生成、字符過濾器、分頁顯示、加解密等常用工具類的實現。

3 系統功能

現階段已完成對機車關鍵部件(主變壓器、齒輪箱、牽引電機、軸箱軸承)的檢修基礎檔案管理、實現和既有平臺的數據關聯。

3.1 機車檔案

如圖4所示，對每輛機車建立唯一的檔案及履歷管理模塊，包含整體信息、配屬動態、走行公里、檢修動態、檢修試運記錄、技術改造記載、主要部件動態(輪對、齒輪箱、牽引電機、主變壓器、軸箱軸承)等模塊。

圖4 機車檔案管理

3.2 檢修計劃

目前系統支持輪對、齒輪箱、軸箱軸承、變壓器、牽引電機等關鍵部件的小輔修和臨修計劃管理，檢測手段有自動化設備檢測、手持檢測設備(超聲、渦流、磁粉)等，目前檢測流程均可在一輪一檔系統中實現，系統自動按照機車檢修管理辦法擬定智能提醒，計劃制定人員修改確認，系統生成最終計劃表并發布。如圖5和圖6所示。

圖5 小輔修計劃管理

圖6 臨修計劃管理

3.3 檢修數據管理

目前系統已匯總管理數據包括：檢測棚、輪軸探傷、不落輪鏇修、輪對探傷、三項不平衡檢測、油樣化驗、試驗設備等檢測數據。如圖7和圖8所示。

圖7 檢修數據管理

圖8 測量數據管理

4 結語

蘭州局集團公司配屬的機型多、數量大，配備了完善的檢修檢測設備，擁有經驗豐富的專業技術、檢修人員，即使這樣，其機車檢修、管理壓力仍然巨大。通過該系統的研究，旨在基于先進檢測、信息化技術管理機車，建立完善的機車檔案數據庫及可靠的運維決策系統，提升機車檢修、檢測質量，確保行車安全。