机车关键部件全寿命周期管理系统研究

程育新，侯春涛，章 祥

(1.中国铁路兰州局集团有限公司，甘肃 兰州 730000；2.北京主导时代科技有限公司，北京 100070)

0 引言

铁路运输安全是铁路企业的永恒主题。走行部作为机车运行的关键部件，其质量状态直接影响列车的行车安全。目前美国、澳大利亚、加拿大等国家均建设了以安全、可靠、环境、成本为基础，通过对走行部开展动态检测、静态分析、健康诊断、精准施修、寿命管理、生命再造、安全追踪，从而达到列车运行安全可靠、检修成本合理的检修体系[1]。近年来，国内许多机务段也开始重视如何通过信息化技术实现机车检修新体系的探索，但是没有针对机车关键部件全寿命周期健康管理的专业系统[2]。

关于机车走行部关键部件的检修项目很多，所以检修管理相对复杂。现有管理体系很少对机车重要配件全寿命周期进行管理，导致了信息管理混乱，查询、追溯困难[3]。

目前，机车日常检修时依然使用计划预防修，这种固定的检修范围和检修周期模式，难以在有限的人力、物力条件下有效提升机车使用寿命[4]。健康管理基本无法做到自动化预测，走行部部件质量状态只有在检修后才能知道，无法根据既有检修、检测数据自动地、较为准确地提前进行预测分析，不能实施数字化检测和精准预防修[5]。

因此，研究并开发实现机车关键部件全寿命周期管理系统尤为必要，它能显著提高检修效率，降低检修成本，提升检修准确性，保证列车安全运行。

1 研究思路及目标

基于机车既有车载、入段线整备、库内小辅修及中大修设备及工艺，研究数据信息化接口标准及规范，提升设备信息化水平及管理效率；依托现代通信技术及大数据技术，实现机车关键部件运维相关监测、检修数据互联互通和汇总融合；研究机车关键部件健康状态关键因素及评价指标，建立机车关键部件健康评价体系，指导机车运用和检修，为机车修程、修制改革提供支撑。

1.1 主要研究方法

1)设备间传输协议的研究开发采用标准化协议传输数据及成熟的分布式数据库存储海量数据，随着数据的增加可方便扩容。

2)深入理解国铁集团、集团公司、机务段管理办法，深入研究检修、整备检测流程和操作规定，将各检修、整备作业抽象成系统功能，通过系统配置控制不同角色的功能，提升不同角色的专业技能。

3)通过将角色功能、角色权限等信息存储在数据库中，系统通过登录信息配置不同角色的权限，根据管理办法的规定进行流程控制，保证每一步都可靠准确。

4)建立完善的机车关键部件基础档案信息，将各状态进行动态管理且系统自动更新状态，形成数据中心。

5)统计海量检修数据，然后根据成熟的数据分析算法，如马尔可夫算法、隐马尔可夫算法、聚类算法、贝叶斯算法等建立不同检修数据的数据模型，进行大数据挖掘分析。

1.2 系统总体要求

1)完成机车走行部关键部件(轮对、轴承、变压器、齿轮箱、牵引电机等)档案及技术状态数据库建设，建立完善的基础档案数据库，统一机车关键部件信息化建设标准，形成安全可靠的硬件平台。

2)完成机车关键部件检修全寿命周期管理系统的开发，开展机车走行部关键部件(轮对、轴承、变压器、齿轮箱、牵引电机等)检修、整备检测管理研究，实现相关检修、整备检测作业无纸化办公，建立完善的可方便查询和更新的信息库，提高检修、整备检测及技术管理信息化应用水平。

3)通过机车关键部件检修全寿命周期管理系统，实现机车走行部关键部件(轮对、轴承、变压器、齿轮箱、牵引电机等)检修、整备检测作业由粗放式向精益化转变，管理模式由传统模式向信息化转变，安全管理由反应式向预控式转变。

2 系统开发

2.1 系统整体框架

系统框架由5个层级组成，如图1所示。

图1 系统框架示意图

1)检修设备层：包括机车所有检修相关设备。

2)信息交互层：实现数据交互与共享。

3)基础设施层：包括搭建该系统软硬件平台所需的相关设备及软件。

4)系统集成层：集成各个子系统、各类数据到统一平台。

5)应用展示层：包括系统各项功能体现以及用户主要交互对象。

系统功能包括：作业流程管理、检修数据管理、机车档案管理、检修数据分析、机车专家诊断。

2.2 硬件架构

如图2所示，系统硬件采用2台企业级服务器组建双机冗余热备配置，每台服务器配置RAID10或RAID5磁盘阵列，双电源冗余；RoseMirrorHA双机热备软件对数据库进行实时同步备份，当一台服务器宕机后，另一台立即接管，保证系统始终正常运行。

图2 系统硬件架构

2.3 数据贯通

如图3所示，机车关键部件全寿命周期管理系统实现了自动化检测相关设备的联网监管，各机务段运用、整备、检修、备品等环节自动化设备通过路网TCP/IP通信协议，与信息系统进行数据交换，将检测数据汇总至服务器，非TCP/IP接口的设备可以通过数据录入或者标准接口将数据导入汇总服务器。机车关键部件全寿命周期管理系统与机车电子档案管理系统、机务油水化验管理系统互联，实现机车档案、履历信息、化验结果数据共享。运用到的关键技术如下。

图3 数据贯通整合示意图

1)分布式数据库。检测系统数据服务平台，应用低成本分布式数据库解决方案，选择开源分布式数据库中间件MyCat搭建主从双机热备份数据库系统，满足基本的性能及可靠性需求。

2)数据存储服务。统一数据存储服务软件，汇总现场各检测设备检测数据。设计存储服务中间件，汇总各检测设备的同时，隔离各客户段对数据库的读写，提升数据访问效率，解决多客户端同时访问互锁等问题。

3)自主Web基础框架。框架工程主要包含3个部分:Web主程序、Common组件、System组件，其中Web主程序包含：SpringMVC、Mybatis、日志等配置信息和基础页面、错误页面、用户登录、权限管理、用户管理、菜单管理等常用功能页面；System组件包括了用户登录、权限管理、用户管理、菜单管理等功能的核心实现；Common组件包括了验证码生成、字符过滤器、分页显示、加解密等常用工具类的实现。

3 系统功能

现阶段已完成对机车关键部件(主变压器、齿轮箱、牵引电机、轴箱轴承)的检修基础档案管理、实现和既有平台的数据关联。

3.1 机车档案

如图4所示，对每辆机车建立唯一的档案及履历管理模块，包含整体信息、配属动态、走行公里、检修动态、检修试运记录、技术改造记载、主要部件动态(轮对、齿轮箱、牵引电机、主变压器、轴箱轴承)等模块。

图4 机车档案管理

3.2 检修计划

目前系统支持轮对、齿轮箱、轴箱轴承、变压器、牵引电机等关键部件的小辅修和临修计划管理，检测手段有自动化设备检测、手持检测设备(超声、涡流、磁粉)等，目前检测流程均可在一轮一档系统中实现，系统自动按照机车检修管理办法拟定智能提醒，计划制定人员修改确认，系统生成最终计划表并发布。如图5和图6所示。

图5 小辅修计划管理

图6 临修计划管理

3.3 检修数据管理

目前系统已汇总管理数据包括：检测棚、轮轴探伤、不落轮镟修、轮对探伤、三项不平衡检测、油样化验、试验设备等检测数据。如图7和图8所示。

图7 检修数据管理

图8 测量数据管理

4 结语

兰州局集团公司配属的机型多、数量大，配备了完善的检修检测设备，拥有经验丰富的专业技术、检修人员，即使这样，其机车检修、管理压力仍然巨大。通过该系统的研究，旨在基于先进检测、信息化技术管理机车，建立完善的机车档案数据库及可靠的运维决策系统，提升机车检修、检测质量，确保行车安全。