浅谈机车数据检修的关键技术

陈香明

摘 要：随着机车制造水平的发展提升，网络通信技术、检测技术、智能自诊断广泛应用到机车控制系统，机车内部过程数据是机车检修的关键依据。本文将以HXD1C型电力机车数据分析为例，阐述机车数据检修过程。现阶段大量采用检修数据管理平台对检修机车进行数据挖掘的过程，提示数据检修的关键技术即：网络数据、电子标签、数据挖掘，从而实现检修机车状态性预防修。

关键词：数据分析;数据挖掘;网络数据;电子标签

随着机车制造现代化技术的飞速发展，网络通信技术、检测技术、智能诊断技术越来越多地应用到机车的控制系统。HXD1C型电力机车作为其中典型代表，其配置了中国南车株洲电力机车研究所（简称株洲所）研发的机车网络控制系统DTECS，具备通信管理、故障诊断、信息显示和事件记录等功能[1]，类似于飞机的“黑匣子”。随着CMD（中国机车远程监测与诊断系统）在和谐机车上的逐步配置，针对和谐机车的各类数据的下载与分析已成为机车整备过程的首要环节，结合和谐机车设备的各类故障提示，分析机车事件记录及参照6A设备相关监控数据，切实诊断发现机车各类故障隐患，进行针对性的故障处理。

随着网络信息技术的发展，针对机车数据的管理系统也逐步应用开发，机车数据现已采用数据库信息化管理，由此将积累了大量的机车应用过程数据。通过对这些数据进行数据挖掘，便能了解配属机车存在的普遍性故障、周期性故障、总结发现检修机车特有的惯性故障、部件寿命等重要信息，依托上述数据深度挖掘将能全面掌握机车状态，实现检修机车的状态性预防修。本文将简单介绍针对和谐机车数据检修的关键技术：网络数据技术、电子信息标签、数据挖掘。

1 HXD1C机车数据分析

HXD1C机车数据分析是针对机车配置的DTECS系统，通过株洲所开发的专用软件下载并分析存储于中央处理单元（CCU）事件记录模块（ERM）中严重故障数据或事件数据。严重故障数据是机车控制系统根据各部件运行状态数据经智能分析筛选出的影响机车运行非正常数据后，即时显示在司机室的智能显示屏（IDU）上，提示的故障信息有效指导司机操作及检修维护。其中事件数据是基础数据来源，是机车控制系统按300ms的周期全程记录机车的各类运行、状态数据。

数据分析的基本过程如下：数据分析人员根据机车严重故障数据的提示，筛选梳理出真实合理的故障点，针对性地分析故障时段相关的过程数据，例如机车运行过程中的机车速度、部件温度、压力等模拟信号、控制系统逻辑信号、接触器状态等信息，结合电气原理图、制动机控制管路图等资料，有效地分析造成机车故障的原因并指明故障处所，从而对故障进行有针对性的处理。经过大量实践证明：HXD1C机车数据分析能对机车故障具备导向性，确实能有效地发现机车故障隐患，及时处理便能有效减低机车故障率。

综合分析：HXD1C机车数据分析的过程，能否从机车严重故障数据提示中判别出真实的故障点，并能结合事件数据发现故障产生的原因及脉络，准确判断出故障点，将成为数据分析的关键。此时影响数据分析的结果，集中在如下两点：

①数据分析员的业务能力。分析员从严重故障数据提示，结合过程事件数据、机车设计原理图挖掘出故障点，需要进行大量的分析实践，才能形成故障处理的相关经验。数据分析员积累经验的过程也是逐步了解机车各项性能的过程。分析人员的业务能力便是正确分析的首要问题。

②机车数据分析的及时性及故障处理的有效性。机车故障的发生往往是随机的，然而故障的演变过程却普遍具有规律性。若能在故障发生的初期将隐患彻底处理，避免其造成更大影响，以此保证线上机车运行良好。实践说明：机车数据下载分析的及时性及故障处理的有效性是关键。机车从入库、检修、整备、出库、运用的整个过程中，进行机车数据下载分析的时间却是有限的，因此必须要建立相关的数据信息平台，保证机车故障处理的覆盖率及效能。

针对上述两个突出問题从快捷有效及时的角度考虑，建立了机车数据分析及故障处理网络信息平台应用于整备过程的故障处理。该分析平台由专家诊断服务器、手持终端、无线基站组成，结构如图1所示。

图 1  机车数据分析及故障处理网络信息平台

专家诊断服务器是其中的核心部件，对传输到机车严重故障数据进行逐条分析，筛选出机车故障隐患。其具备如下功能：

①数据管理功能。专家服务器将实时收集机车运行数据并分类存储于数据库中，用于故障日常检索、追踪。

②固化分析经验。针对大量机车数据，服务器必须具备快速筛选故障隐患的功能，需要搭建数据筛选条件库。服务器程序将分析人员的经验转换成数字化判断条件的软件辨识库，对经验进行固化。

③具备智能管理功能。服务器不仅存储数据，同时具备数据智能管理功能。能按车型、车号、部件、故障类别等进行统计管理;能对经验辨识库的条件进行编辑调整;能自动形成数据管理日常文档。

机车数据分析及故障处理网络信息平台工作过程：机车入库整备时，数据采集人员将手持终端连接至机车ERM模块，同时设置车型、车号，采用株洲所专用软件下载机车严重故障数据。严重故障数据成功下载后，手持终端立即将数据通过无线网络传输至专家诊断服务器。

专家诊断服务器接收到数据后，按车型、车号分类的严重数据存储至指定文件夹;服务器对严重故障数据进行解析处理后将数据存储至数据库;专家专断系统对解析后的数据按辨识库的标准进行逐条判别，自动筛选出故障隐患数据项。

专家诊断服务器将故障隐患项提示给数据分析员。数据分析员对经过初步筛选的数据项点，进行再判断。若判断确实为故障点，将立刻向检修、整备班组报活，将故障消除在机车整备过程中，确保出库机车良好。

采用该数据分析平台对入库整备机车检修，有效减轻了人工下载转储、数据处理的时间，提升了机车整备的层次。同时基于数据库的存储方式更利于对机车过程数据管理，切實提高了数据分析的及时性及可靠性。

采用机车数据分析及故障处理网络信息平台适合整备机车趟检特点。机车整备过程中，根据运行周期故障提示内容，对故障进行针对性的快速处理，以保证整备出库机车质量。

和谐机车入库检修的过程，相对于机车整备的检查范围、时间都比较长，检修质保周期也更长，因此检修出库机车的质量要求也更高。此时全面了解检修机车的整体状态将成为机车检修的首要环节。和谐机车检修时，根据机车相关数据履历，对机车部件寿命状态、惯性故障、季节性故障等内容进行评估鉴定，形成检修机车的特有方案，从而实现和谐型机车的针对性检修，将整体提升机车质量状态。

2 机车数据检修

机车数据检修是结合和谐机车的数据特点，依托数据网络信息平台，不仅实现了机车检修过程的“四按三化”要求记名检修功能，还需具备汇集机车各项过程数据，同时具备指导现场机车检修的交互功能。数据检修的过程是在对机车进行数据履历管理基础上进行的功能升级，是现阶段大数据时代针对和谐机车检修进行的一种探索。

现阶段针对机车数据的管理系统，往往仅针对机车整备、检修、运用的日常维护、保养、运用等方面进行数据的存储管理，并未从机车自身技术特点进行搭建，同时上述系统之间平台彼此相对独立，数据平台基础不同，造成机车过程信息数据掌握不全面，不能整体把握机车的各种状态信息，无法实现机车的状态预防修。若要实现机车全面数据检修首先要建立统一的网络系统平台，建立与检修、整备、运用的数据平台交互通道，能及时有效收集、汇总各系统的数据，形成检修机车特有数据履历。机车开始检修时，专业技术员分析诊断机车履历数据后向检修人员下达专业的指导意见，因此网络数据、信息技术是数据检修的基础。

机车数据检修必然涉及对人员、材料、工艺数据等多重信息的管理，此时也需要建立相应标记检修过程的数据管理手段，从而实现检修各过程的数据统计管理。借鉴物流电子技术发展与进步，以RFID（无线射频识别）[2]、NFC（近域通信）[3]为代表的电子标签技术能定位管理物品、设备及人员，同时能存储一定的数据信息。采用电子标签便能对无数据属性的内容进行数据标记，从而实现检修过程的相关内容变成可规范操作的数据单元，使检修相关的每一个生产环节及单元完成数据化，进入信息管理平台。电子标签技术是实现单元过程数据化的重要手段。

数据检修的过程不仅需要对检修单个机车数据进行整理、归纳，还需要根据车型、部件、季节等进行批次分析，经过对比联想等手段，总结故障产生的规律与周期。经过数据检修后发现：机车的数据必须要进行数据挖掘，提炼出可用信息。

机车整备过程应用的机车数据分析及故障处理网络信息平台，对机车数据分析员的过程进行了系统性的固化，有效提高数据处理的效能，从而使分析人员将精力更好地放在故障处理本身，保证了整备出库机车的质量。针对入库检修机车同样需要建立基于网络信息的数据检修平台，必须要能最大限度地收集、处理机车相关运行数据，进行分类别、多层次、分周期的数据挖掘过程，从而提炼出适合检修机车的数据信息。在数据检修平台积累数据信息的过程，需要建立相应的数据挖掘技术，提高数据检修的效能。基于上述技术，初步搭建了数据检修平台。

2.1 数据检修平台技术要求

数据检修平台要能汇集机车整备、检修、运用数据，具有电子标签处理数据化功能，具备一定的数据挖掘能力，同时具备专业指导现场的交互窗口。通过分析上述系统的结构特点，确定数据检修平台技术要求如下：

①系统采用基于浏览器/服务器（Browser/Server）结构，ASP.NET技术进行网络编程。

②采用数据库进行数据管理（SQL Server 2008）。

③数据检修平台能自动汇总机车相关平台数据库信息，能建立不同类型数据库（Oracle、SQL、MySQL）之间须要建立进行同步数据通道，实现不同数据库的互联互通。

④机车数据在网页上呈现过程简洁明了，过程清晰，提供数据走势及数据统计筛选等功能。

⑤机车检修过程中，针对检修关键部件、工艺、人员采用电子条码、RFID、NFC等技术进行数据化管理，配置搭建数据化接口，依据检修流程按相关要求更新电子数据。

⑥数据平台具备数据挖掘功能，能编辑数据筛选条件，自动筛选处理各类数据信息，能具备提示关键检修信息点。

⑦具备数据交互功能，各专业技术员通过分析机车全过程数据，提炼挖掘机车存在的各类故障隐患，并提示班组作业人员检修处理，切实做到机车故障的辨证施治。

⑧数据检修平台具备数据管理功能，将统计收集检修故障及处理方法，形成机车检修独立履历档案。系统能自动生成日、周、月各类数据表格，并留有相应数据接口。

2.2 状态预防性检修

机车检修数据平台搭建后，自动汇总机车整备、检修、运用过程数据，形成检修机车特有电子履历。各专业技术员在分析机车数据后，通过现场交互接口下发专业检修意见，采用数据检修平台对机车检修将消除如下两类故障隐患：

①消除检修机车特有的惯性故障。惯性故障的发生具有一定的规律性，与运行的环境、寿命周期及部件特性相互关联。若数据挖掘过程中同一车型或个别机车反复出现相同变化趋势，必须要引起重视。此时对入库检修机车应详细分析故障源各部关联数据、逻辑信号数据、部件特点等内容，进行有针对性的处理，减少或减低故障周期性影响。

②消除机车突发性、全面爆发的典型故障。此类故障多集中为材料及部件寿命到期、线路老化、设计程序相关的短期问题。针对典型故障，一定要在故障出现的初期进行及时的防控。多发典型故障必须扩大检查，及时反馈处理避免大范围出现影响机车应用。

在数据检修系统中，专业技术员必须在机车入库检修前对机车进行全面地“会诊”，依托分析数据结合原理图，向各专业班组针对性下发机车检修提示信息。各班组检修人员在完成修程项目的过程中，结合相关提示进行针对性处理，并及时反馈处理情况。采用数据检修方式能消除机车惯性故障和普遍存在的典型故障，从而实现和谐机车的状态预防修。

3 数据检修的展望

随着现代网络技术、检测技术、诊断技术的发展，检修生产过程中对数据的依赖将不断加深，有效挖掘机车各项数据将逐步成为指导机车检修的重要手段。和谐机车在未来配置CMD系统（中国机车远程监测与诊断系统），届时机车的各项数据将能实时传输，机车数据检修也将具备远程指导作用，为实现机车跨局长交路提供技术支持，提高机车运用效率和管理水平，数据检修的概念也将延伸至机车全过程。

同时随着越来越多的网络化、信息化的智能设备也将应用到机车检修的各环节，和谐机车数据检修的范畴也将逐渐得到拓展，检修管理过程也将趋于扁平化，届时数据检修过程的交互性也将越来越完善，将能实现检修过程的实时记录，现场检修过程的远程指导。

参考文献：

[1]株洲南车时代电气股份有限公司.网络控制系统（DTECS）使用维护说明书.

[2]倪霖.基于RFID的汽车生产线信息机车模式及关键技术研究[D].重庆大学，2010.

[3]王洋洋.针对NFC技术的云端体系架构研究[D].西南大学，2013.