高速鐵路牽引供電微機化維修管理系統(tǒng)的開發(fā)

楊慶和，李占領(lǐng)，張四海

（北京鐵路局 北京客運專線基礎(chǔ)設(shè)施維修基地，北京 100070）

牽引供電微機化維修管理系統(tǒng)是高速鐵路牽引供電設(shè)備維修管理的客觀需要，是開通運營后運營維修的支撐平臺。該系統(tǒng)對于保障高速鐵路牽引供電系統(tǒng)安全、高效的運營，保證維修質(zhì)量、降低運營成本以及設(shè)備維修現(xiàn)代化、信息化起到關(guān)鍵的作用。牽引供電微機化維修管理系統(tǒng)采用了計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備臺帳履歷管理、檢測數(shù)據(jù)處理、維修管理、物資管理和故障統(tǒng)計分析等功能。

1 系統(tǒng)組成

1.1 硬件組成及分布

牽引供電微機化維修管理系統(tǒng)的硬件由系統(tǒng)服務(wù)器、磁帶機、客戶計算機、路由器、打印機等組成。分布在系統(tǒng)機房、維修中心和維修工區(qū)。

1.1.1 系統(tǒng)機房

采用2 M鐵路骨干網(wǎng)與鐵路局、客專公司、調(diào)度所進行數(shù)據(jù)交換，機房內(nèi)設(shè)備由服務(wù)器、路由器和工程控制臺組成。

服務(wù)器包括MS Office服務(wù)器、開發(fā)服務(wù)器和生產(chǎn)用服務(wù)器，路由器均有防火墻和專用通訊協(xié)議，包括連接數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)的服務(wù)器、連接CTC系統(tǒng)的路由器、連接時鐘系統(tǒng)的服務(wù)器。

1.1.2 維修中心

在基礎(chǔ)設(shè)施維修中心（基地）設(shè)立工作終端，通過專用網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)機房進行通訊。終端工作人員包括維護經(jīng)理、商務(wù)經(jīng)理、質(zhì)保經(jīng)理、安全經(jīng)理、維修系統(tǒng)分析師、采購經(jīng)理、接觸網(wǎng)工程師、變電工程師、SCADA工程師和生產(chǎn)調(diào)度等。

1.1.3 維修工區(qū)

在維修工區(qū)設(shè)置接觸網(wǎng)終端、變電終端、SCADA終端以及庫管員終端。通過延伸到現(xiàn)場的2 M鐵路骨干網(wǎng)與維修中心進行通訊聯(lián)系。

1.2 系統(tǒng)軟件

服務(wù)器：操作系統(tǒng)為Windows NT，數(shù)據(jù)庫為Database Oracle V 7.3。

客戶機：操作系統(tǒng)為Windows XP。

開發(fā)軟件：SAP R/3軟件具有良好的人機界面和擴展性，系統(tǒng)使用了SAP R/3中的車間維護模塊（PM）和材料管理模塊（MM）。車間維護模塊（PM）能夠完成預防性維護、安全改進維護、庫存管理、故障記錄系統(tǒng)及分析等功能。材料管理模塊（MM）能夠完成包括與材料購買和管理的功能。

1.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)傳輸包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)。局域網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議和鐵路專網(wǎng)協(xié)議，局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換采用專用IP高速鏈接協(xié)議。

2 系統(tǒng)功能

按照功能劃分，主要模塊有：臺帳履歷管理，檢測數(shù)據(jù)錄入及分析，維修管理，物資管理，故障統(tǒng)計分析，設(shè)備及設(shè)施監(jiān)視等，見圖1。

2.1 臺帳履歷管理

建立臺帳履歷管理數(shù)據(jù)庫，對各主要設(shè)備建立管理臺帳。方便查找、匯總和分析，系統(tǒng)的所有設(shè)備按照接觸網(wǎng)、牽引變電和電力設(shè)備分為3個子系統(tǒng)。按照樹狀結(jié)構(gòu)，分7級分別建立臺帳和履歷。

圖1 牽引供電微機化維修管理系統(tǒng)功能模塊

查找功能：依樹狀結(jié)構(gòu)代碼查找臺帳或設(shè)備。依故障代碼查找再次發(fā)生的故障。依樹狀結(jié)構(gòu)代碼查找連續(xù)發(fā)生的故障。

匯總統(tǒng)計功能：依據(jù)樹狀結(jié)構(gòu)統(tǒng)計及顯示其下所有設(shè)備臺帳及履歷。依設(shè)備類別，統(tǒng)計同型設(shè)備之故障狀況。依故障代碼，統(tǒng)計故障原因、統(tǒng)計所有材料發(fā)放和接收。

2.2 檢測及維修數(shù)據(jù)處理

檢測及維修數(shù)據(jù)的來源主要有檢測中心的接觸網(wǎng)動態(tài)檢測數(shù)據(jù)、SCADA子系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、維修和試驗數(shù)據(jù)。對于這些數(shù)據(jù)，軟件系統(tǒng)能夠完成下載、統(tǒng)計、分析處理、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

2.2.1 接觸網(wǎng)動態(tài)檢測數(shù)據(jù)的處理

當接觸網(wǎng)測量值上傳維修管理系統(tǒng)時，維修管理系統(tǒng)產(chǎn)生測量記錄。分別按照接觸壓力、空間幾何參數(shù)以及導線磨耗的判斷標準分析是否超限，確定超限的嚴重等級，從而產(chǎn)生通知單。維修人員也可以通過本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的積累，按照測量值的變化趨勢分析設(shè)備狀態(tài)。處理流程如圖2。

圖2 接觸網(wǎng)動態(tài)檢測數(shù)據(jù)的處理流程

2.2.2 S CADA狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理

從SCADA系統(tǒng)的EAV數(shù)據(jù)庫messages.db表產(chǎn)生通知單1W21、狀態(tài)表ZPMSCA01；在通知單1W21中，根據(jù)故障定位SCADA系統(tǒng)EAV數(shù)據(jù)庫的Faultloc文件，形成故障代碼、故障時間，產(chǎn)生通知單的優(yōu)先級，管理人員根據(jù)通知單安排維修任務(wù)，或取消自動生成的故障通知。狀態(tài)表ZPMSCA01中產(chǎn)生設(shè)備地點、名稱、安裝及運行的履歷信息及故障原因，這些信息被存儲在服務(wù)器， 使維修人員可以核實某時間點牽引變電設(shè)備的狀態(tài)，利用這些信息可以進行原因判斷分析。

從SCADA系統(tǒng)的EAV數(shù)據(jù)庫獲取當前測量值MEASVALS、小時測量值HMEASVAL、日測量值DMEASVAL、月測量值MMEASVAL、當前計數(shù)值METEVALS、小時計數(shù)值HMETEVAL、日計數(shù)值DMETEVAL、月計數(shù)值MMETEVAL文件，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換形成測量記錄1K11。在測量記錄1K11中包括地點、設(shè)備名稱、編號、測量點、測量時間等信息，可支持維修人員進行趨勢分析，通過定義測量值的上下限，如果測量值超出限制，系統(tǒng)產(chǎn)生一個故障通知單。

公告ZPMSCA02、注釋ZPMSCA03、提示ZPMSCA04這3個表根據(jù)SCADA系統(tǒng)EAV數(shù)據(jù)庫的ANNOUNCE、COMMENTS和HINTS文件，經(jīng)過數(shù)據(jù)的對應字段轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生。

2.2.3 檢修和試驗數(shù)據(jù)的處理

無論接觸網(wǎng)、變電還是電力、SCADA設(shè)備，經(jīng)過人工維修和測量后，由維修工區(qū)錄入管理系統(tǒng)，設(shè)定邊界值就可以形成故障通知單，產(chǎn)生通知單的優(yōu)先級，形成維修工作命令，也可以根據(jù)已知故障取消這個計劃維修任務(wù)。

2.3 維修管理

維修管理在本系統(tǒng)中由SAP R/3中的車間維修模塊（PM）基礎(chǔ)上進行開發(fā)，維修管理支持計劃性預防維修和故障維修兩種方式。維修管理通過通知及命令來實現(xiàn)，通知是用來通知故障，然后根據(jù)故障情況安排維修，命令用于計劃性預防維修的安排。

維修管理完成維修計劃的編制、維修命令的確認下達、執(zhí)行及完成情況反饋、物資管理、安全提示等任務(wù)。維修命令被分成5種不同的命令種類，在維修部門中有7類維修處理。見表1。

2.3.1 預防性維修

牽引供電及電力供電系統(tǒng)的管理人員使用本系統(tǒng)進行計劃、安排進度、控制及分析維護任務(wù)。維修計劃由部門管理人員在管理系統(tǒng)中建立并保存，它包括規(guī)定維修任務(wù)的清單及維修的周期。該計劃建立在設(shè)備供應商提供的維護運營手冊、維修策略及歷史紀錄信息的基礎(chǔ)上。維修部門管理人員按照維修周期安排任務(wù)，自動生成來自維修計劃的工作命令，安排優(yōu)先等級，將命令下達給工人，同時提供物資計劃和相應的物資管理功能。

表1 維修處理分類

2.3.2 故障維修

當牽引供電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)產(chǎn)生故障后，或者根據(jù)檢測數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)、SCADA狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷出的故障，管理系統(tǒng)生成故障通知，給每個通知分配一個優(yōu)先權(quán)，按照故障位置、故障原因等，分派給相應管理人員，由管理人員安排故障維修，安排所需要的材料、工具及人力并確認。

緊急故障維修是在沒有維修命令和通知的情況下進行維修，屬于故障搶修，該系統(tǒng)提供搶修完成后的內(nèi)容填寫。

2.3.3 命令執(zhí)行和人工干預

命令執(zhí)行：根據(jù)維護計劃的主體數(shù)據(jù)庫，一旦到了指定日期，管理系統(tǒng)便會自動產(chǎn)生信號，則系統(tǒng)會緊接著預先規(guī)定的維護計劃自動生成維護命令，會為維護組提供所有的信息，如哪個零件，哪種特殊工具等，讓維護管理人員決定是否要進行維護工作。

人工干預：如果不進行維護，則必須說明原因，例如沒有足夠的零件儲備。

2.3.4 確認

確認主要是評估維護工作的估計時間和實際時間、維修后的參數(shù)、成本。以計劃需求作為標準對實際維修工作進行評估，例如進行實際成本和估計的成本計算做比較。確認過程中需要的信息包括工作開始時間、日期、途中時間、等待時間、實際工作時間以及工作類型等。

2.4 物資管理

物資管理模塊由SAP R/3中的材料管理（MM）模塊基礎(chǔ)上進行開發(fā)，材料的消耗和申請來自維修管理功能，由系統(tǒng)根據(jù)輸入自動生成，物資管理模塊根據(jù)消耗和申請開始實時進行物資管理，時刻保證能夠滿足維修的需要。

2.4.1 庫存等級及清單

庫存水平、存貨所有備件和耗材記錄在管理系統(tǒng)中作為材料主記錄。材料主記錄包括：材料的詳細技術(shù)資料、可用信息、存貨信息（庫存水平、存貨地點、存貨狀態(tài)等）、采購信息和材料價格。

材料發(fā)放和預定：物資管理模塊記錄所有材料發(fā)放和接收。發(fā)放可分為發(fā)放給特定維護任務(wù)、特定人員，也可以另外預定材料，并記錄每筆預定的理由。

材料調(diào)撥記錄：如果使用了一個以上的倉庫（如車站倉庫），物資管理模塊允許材料記錄從一個存儲位置轉(zhuǎn)移到其他的位置。

材料需求規(guī)劃：為了減少缺少材料、無法維修的風險，物資管理模塊具有計算材料庫存水平、與補貨點比較的功能。定貨點必須根據(jù)實際材料消耗經(jīng)常進行調(diào)整。如果預計的庫存水平低于補貨點，會自動生成一個采購申請。

2.4.2 材料計價

物資管理模塊運用動態(tài)平均價格原理計算備品備件的價格，也可以指定一個標準價格，該模塊提供自動生成的材料清單并能在盤存手續(xù)結(jié)束后調(diào)整庫存水平。

2.4.3 備品備件采購定單

采購申請：可以手動或自動生成。

采購定單：采購定單可以打印并交予賣方。定單編號、價格、交付地址取自采購申請。

采購信息記錄：提示可以從哪個賣方定購何種材料，包括定單數(shù)量、價格和其他相關(guān)采購信息。生成一個采購通知書，這些信息自動轉(zhuǎn)入采購通知書中，減少數(shù)據(jù)輸入時間。

發(fā)票驗證：如果收到備品備件或耗材發(fā)票，就可以檢查何時以何種價格定購材料，是完全收到還是部分收到，這些信息幫助用戶決定是否支付貨款。

2.4.4 存貨周轉(zhuǎn)量

庫存分析可以顯示出備件庫存的利用效率。這個報告顯示是否有太多不必要的零件被積蓄或是否有庫存短缺導致沒有備用或降低工作效率。

2.5 故障管理

2.5.1 故障優(yōu)先級

故障優(yōu)先級按照表2所列。

表2 故障優(yōu)先級

2.5.2 故障追蹤

故障追蹤通過運行報告實現(xiàn)，該報告提供故障維修過程狀態(tài)信息以及設(shè)備故障狀態(tài)信息。使用故障追蹤可實現(xiàn)識別再次發(fā)生的故障、識別連續(xù)的故障、控制故障維修工作的進程、監(jiān)督設(shè)備故障狀態(tài)。

2.5.3 故障統(tǒng)計分析

故障統(tǒng)計可以提供特定時期或某個周期內(nèi)對整個牽引供電子系統(tǒng)或特定牽引供電設(shè)備的長期故障統(tǒng)計?？梢燥@示一個設(shè)備或一項功能的故障平均間隔時間，用MTBF來表示平均無故障時間。

2.5.4 損壞分析

損壞分析顯示單個設(shè)備或一項功能故障的頻率。最小的報告時間是1天，可以選擇更長的期間（如1周、1月、1年）。主要的用途是識別缺陷設(shè)備并檢討執(zhí)行維修策略的功效。

2.5.5 位置分析

位置分析顯示的是特定位置（車站、區(qū)段等）故障的頻率。它考慮與該位置相關(guān)的所有設(shè)備而不管它們屬于哪個子系統(tǒng)。最小的報告時間是1天，也可以選擇更長的期間（如1周、1月、1年）。主要的用途是識別比其他地方故障率高的位置，從而說明故障原因是環(huán)境因素而非設(shè)備質(zhì)量問題。

2.6 設(shè)備及設(shè)施監(jiān)視

2.6.1 通過SCADA監(jiān)視牽引供電及電力設(shè)備運行狀態(tài)

通過SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)對牽引供電及電力供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)遠方復示功能，管理功能與控制中心的功能基本一致，不具有控制功能、不具有控制權(quán)。

2.6.2 通過CTC監(jiān)視維修作業(yè)軌道車輛位置

通過CTC系統(tǒng)的信息交換，取得所有作業(yè)車輛在天窗封閉前后、天窗內(nèi)車輛的位置信息，使管理人員、調(diào)度人員實時掌握接觸網(wǎng)作業(yè)車輛的位置，并形成記錄，可以用于維修分析和故障分析。

2.6.3 實現(xiàn)安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)的復示

與安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)有權(quán)監(jiān)控人員通過自己的終端監(jiān)控牽引變電所、配電室的視頻，幫助了解運行狀態(tài)和協(xié)助處理設(shè)備故障。

2.7 其它

系統(tǒng)預留了與財務(wù)管理方面的接口，通過數(shù)據(jù)文件的交換來實現(xiàn)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 與SCADA的連接和數(shù)據(jù)交換

SCADA 和 維修管理系統(tǒng)通過一個有防火墻的路由器連接，這個路由器允許維修管理系統(tǒng)服務(wù)器訪問 SCADA EVA數(shù)據(jù)庫。服務(wù)器把 SCADA消息存檔于 EVA數(shù)據(jù)庫，維修管理系統(tǒng)按預定的周期查詢 EVA數(shù)據(jù)庫，如果檢測到有新的 SCADA消息，就會傳遞到維修管理系統(tǒng)的對應位置。

3.2 與CTC（車輛位置）的數(shù)據(jù)交換

與CTC接口的用途是向維修人員提供接觸網(wǎng)作業(yè)車的位置信息。

CTC服務(wù)器提交列車行程安排數(shù)據(jù)到接口轉(zhuǎn)換器，維修管理系統(tǒng)通過中間協(xié)議從接口轉(zhuǎn)換器接收維修車輛位置數(shù)據(jù)包，接口轉(zhuǎn)換器使用418協(xié)議（TDCS數(shù)據(jù)通訊標準）通過TCP/IP局域網(wǎng)提交數(shù)據(jù)包。中間件接收、處理并且向維修管理系統(tǒng)傳輸經(jīng)過處理后的維修車輛位置信息。通過一個功能模塊存儲這些數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫表里，利用一個查詢程序在屏幕上顯示維修車輛的信息。

4 結(jié)束語

牽引供電微機化維修管理系統(tǒng)的主要技術(shù)特點是：設(shè)備臺帳的編碼采用樹狀結(jié)構(gòu)，具有良好的可擴展性，便于查找、統(tǒng)計、匯總和查詢。能夠處理和轉(zhuǎn)入各種檢測數(shù)據(jù)，對其進行綜合分析。維修策略完全按照德國維修標準制定。物料管理在SAP R/3中材料管理（MM）模塊的基礎(chǔ)上進行開發(fā)。在與SCADA、CTC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中，采用專有的技術(shù)，保證了不對調(diào)度終端系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，較好地解決了不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的難題。

牽引供電微機化維修管理系統(tǒng)對于轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的維修管理模式、實現(xiàn)維修組織扁平化、開發(fā)我國的微機化維修管理系統(tǒng)具有一定的借鑒意義。

[1]Friedrich KieBling.中鐵電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M]. 中鐵電化局集團有限公司. 北京：中國電力出版社，2004.