160km/h動車組精準預防修的管理研究

李曉楠

（中國鐵路北京局集團有限公司 北京車輛段，工程師，北京 100039）

1 160km/h動力集中動車組背景介紹

為加快推進鐵路裝備現代化，充分利用既有線路和機、客車的檢修資源，滿足國鐵集團運輸和經營發展要求。2019 年初160km/h 動力集中動車組（以下簡稱動集動車組）正式在我國上線運行，此后幾年，結合運用經驗及新的需求，按照復興號品牌戰略，不斷優化CR200J 型動車組的產品定位，著力在技術先進性、經濟合理性、乘坐舒適性等方面實現新的突破，將其打造成160km/h 速度級“復興號”定型產品，為中國鐵路“走出去”提供裝備支撐［1］。如圖1所示為動集動車組外觀及內部結構圖。

圖1 動集動車組外觀及內部結構圖

動集動車組設計運行速度160km/h，主要分為長編動車組和短編動車組。長編動車組編組20輛，由2 輛動力車和18 輛拖車組成，長約518m，總定員1102人；短編動車組編組9輛，如圖2所示，分別由1個動力車、7 輛拖車和1 輛控制車組成，長約234m，總定員720人［2］。

圖2 短編動集動車組編組及內部結構圖

2 目前動集動車組檢修現狀及問題

動集動車組維修實行以走行千米周期為主，時間周期為輔的計劃預防修。各檢修級別均按修程規定檢修項目開展維修，長時間的實踐積累了很多以此為基礎產生的檢修思路、作業方式方法。但對動集動車組車載檢測數據，以及各類檢修、檢測、監測設備設施產生的大量監控數據的分析利用仍顯不足，動車組過度修仍然不同程度存在。現階段，動集動車組車載數據以及地面各檢測監測系統均獨立運用，由相應監控部門將報警數據提煉，分別下發至運用車間，運用車間安排檢修人員進行復核處理。此種作業方式對數據的利用率低，且程序繁瑣、效率不高。

3 動集動車組網絡信息傳輸原理

動集動車組不同于傳統機車車輛，其自身以及地面配套監控設備設施種類繁多，能夠對動車組運行狀態進行系統全面監控。動集動車組運用工作經過幾年的發展，各系統監控手段及地面檢測監測設備設施配置日趨完善，動車組網絡信息傳輸基本原理如下。

3.1 動集動車組運行狀態實時監控原理

動車組作為當代高科技移動裝備，各主要系統均安裝了大量監控傳感器，依靠車載網絡控制系統各關鍵部件的運行數據均能傳輸至列車中央控制單元。經系統診斷，對于判別出的故障信息能夠以安全為導向給出相應控制指令，同時基于移動通訊技術的發展，實現了車載數據的遠程實時傳輸，地面監控中心可對動車組運行數據進行實時分析，發現安全隱患時可及時通知動車組乘務人員采取措施進行干預，保障動車組運行安全。同時通過對各系統數據的分析，可對動車組當前的健康狀態進行全面評估，針對研判出的故障及隱患提前給出檢修建議，指導檢修單位提前做好檢修物料工裝的準備工作，進而提高動車組運用檢修效率。如圖3 所示為CR200J 動力車、拖車、控制車安全監控網絡各網絡拓撲關系。其中，拖車的車輛級總線對本車的供電、車下電源、軸溫、煙火、防滑、塞拉門等狀態進行實時監控，通過車電信息集中單元傳送至TCDS 主機，TCDS 主機將信息通過列車以太網傳遞給動力車和控制車的MVB/ETH 網關以及CMD 系統，CMD系統通過無線通信方式與地面系統進行數據傳輸［3］。

圖3 動集動車組CR200J列車安全監控網絡拓撲圖

3.2 動車組列車級網絡互聯傳輸原理

隨著科技的發展，近年來基于力學、光學、聲學等原理研發出的各類動車組檢測監測設備越來越多，如動車組輪對故障動態檢測系統、動車組運行故障圖像檢測系統、動車組滾動軸承故障軌旁聲學診斷系統，如圖4所示，監控車通過對全列運行數據的收集處理，通過GPS 定位系統和GPRS 數據傳輸系統功能，可實現監控部位故障的提前預警處置。同時基于人工智能技術，國內部分單位已深入開展動車組智能檢修機器人研究，部分部位已能替代人工進行檢查作業，動車組運維安全的信息化保障手段越發豐富，動車組運用檢修方面已具備由人檢逐步向機檢過渡的實施條件。

圖4 列車級網絡互聯傳輸關系圖

4 動集動車組精準預防修方案設計

數字化精準預防維修，是以動集動車組車載檢測數據及地面設備的檢測數據為依據，應用大數據分析技術，對各類數據進行整合分析，將分析結果直接應用到檢修過程，精準定位故障隱患，提高檢修效率與安全防范能力。具體應用層面，按照“利用數據診斷、逐車精準檢修、運檢信息共通、安全閉環管理”的思路，通過對數據的整合、分析、運用、共享，因“車”制宜實現精準施修。

4.1 整合數據資源

4.1.1 梳理監測數據信息 按照動車組車載系統數據，檢測設備設施監控數據兩大類別對動集動車組運用檢修過程進行全面梳理，抽取可集中分析利用的數據信息。其中動車組各個系統運行的車載數據通過遠程無線傳輸系統傳輸落地，由動車組故障預測與健康管理系統實現自動分析；地面檢測設備設施監控數據包括動車組運行故障圖像檢測系統、動車組滾動軸承故障軌旁聲學診斷系統等系統數據。目前動集動車組涉及監控、檢測以及信息管理系統5 項，監控部位覆蓋輪對、軸承、轉向架、電器設備、網絡通信等各個部位。表1所示為動集動車組監測系統統計表。

表1 動集動車組監測系統統計表

4.1.2 創新數據分析方式 將車載數據、各類檢測監測數據集中匯總，交由數據分析人員統一綜合分析的優化方案，特別是針對某一系統分析發現的故障或隱患信息，橫向對比其他系統數據，深度研判動車組健康狀態，及時發現潛在的故障隱患。最終以動車組為單位，將數據分析結果以動車組健康卡的形式一次性下發至運用車間進行復核處理，徹底改變了前期各檢測監測系統運用各自為戰、各自監控分析并下發復核單的情況，有效整合了現有的數據資源，同時也提高了故障信息流轉的效率。如圖5所示為搭建設計的列車數字化精準預防修系統界面，其包含了對動集動車組調度編組管理、出入庫計劃管理、健康卡發布簽收管理、庫檢作業管理等項目。

圖5 動集動車組精準預防修系統界面

4.2 強化應急管理體制

4.2.1 完善動集動車組應急指揮中心職能 將動車組遠程數據無線傳輸系統復示終端接入調度安全監控中心，安排安全監控人員對動車組車載遠程數據進行監控，一方面對制動系統、軸溫系統、供電系統等關鍵系統進行實施監控，發現異常預警信息時及時聯系隨車機械師進行處置，將故障關口前移，保障動車組運行安全。另一方面動車組途中發生故障后，應急指揮人員可通過監控信息迅速查看動車組具體故障信息及各系統運行參數，幫助應急指揮人員準確判斷故障原因，并迅速制定處置措施，提高動車組故障應急處置效率。

4.2.2 成立數據分析專業機構 為深度挖掘動車組檢測監測數據信息，實現大數據分析作用，安全監控中心選拔現場經驗豐富、業務素質較高的技術人員專職負責動集動車組數據分析任務，會同主機廠技術人員，研究固化動車組相應故障代碼的預警等級及處置策略，結合運用車間檢修復核實際情況，歸納總結相應的應急處理及檢修策略，提高了檢修作業效率。

4.3 檢修流程閉環管理

動車組入庫檢修前，由數據分析組對動車組運行期間所有的故障信息、檢測信息、圖像信息等各類監控數據進行統一分析，針對分析發現的故障及隱患信息給出相應檢修建議，并以動車組診斷健康卡形式下發至檢修運用車間。一方面在動車組入庫之前，檢修班組根據健康卡上的故障信息以及處理方案提示，提前準備人員、物料、工具等生產資料。另一方面動車組入庫后檢修人員直達故障部位，進行精準化的檢修作業，進一步壓縮故障處理和庫內檢修的時間，提高檢修作業效率。運用車間在完成相應動車組檢修作業后，需將動車組診斷健康卡提示故障信息的檢查處理情況反饋至數據分析組，由動車組數據分析組歸檔，形成一個完整的流程閉環。如圖6 所示，為某車次入庫前系統自動推送的動集動車組診斷健康卡界面，其包含了當日入庫列車重點推送的檢修任務情況。

圖6 動集動車組診斷健康卡界面

5 結論

以提升動集動車組檢修效率為目標，搭建了動車組數字化精準預防維修平臺，通過開展數據資源的集中整合，大數據分析形成診斷報告，能夠實時、動態掌握動車組狀態，改變了過去零散度高、指導性不強的局面。該系統平臺投入現場檢修作業使用后，經過一段時間的實踐，結果表明，有效減少了設備失修、漏修、過度修、盲目修等問題。特別是對于重點故障的預警提示，為方案制定、料件工具籌備、庫線安排爭取了時間，故障處置更加及時穩妥。提高了現場組織效率，達到精準檢測、精準分析、精準預警、精準檢修的目標。