機(jī)車關(guān)鍵部件全壽命周期管理系統(tǒng)研究

程育新，侯春濤，章 祥

(1.中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.北京主導(dǎo)時(shí)代科技有限公司，北京 100070)

0 引言

鐵路運(yùn)輸安全是鐵路企業(yè)的永恒主題。走行部作為機(jī)車運(yùn)行的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量狀態(tài)直接影響列車的行車安全。目前美國(guó)、澳大利亞、加拿大等國(guó)家均建設(shè)了以安全、可靠、環(huán)境、成本為基礎(chǔ)，通過對(duì)走行部開展動(dòng)態(tài)檢測(cè)、靜態(tài)分析、健康診斷、精準(zhǔn)施修、壽命管理、生命再造、安全追蹤，從而達(dá)到列車運(yùn)行安全可靠、檢修成本合理的檢修體系[1]。近年來，國(guó)內(nèi)許多機(jī)務(wù)段也開始重視如何通過信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)車檢修新體系的探索，但是沒有針對(duì)機(jī)車關(guān)鍵部件全壽命周期健康管理的專業(yè)系統(tǒng)[2]。

關(guān)于機(jī)車走行部關(guān)鍵部件的檢修項(xiàng)目很多，所以檢修管理相對(duì)復(fù)雜?，F(xiàn)有管理體系很少對(duì)機(jī)車重要配件全壽命周期進(jìn)行管理，導(dǎo)致了信息管理混亂，查詢、追溯困難[3]。

目前，機(jī)車日常檢修時(shí)依然使用計(jì)劃預(yù)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(jī)車使用壽命[4]。健康管理基本無法做到自動(dòng)化預(yù)測(cè)，走行部部件質(zhì)量狀態(tài)只有在檢修后才能知道，無法根據(jù)既有檢修、檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)地、較為準(zhǔn)確地提前進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，不能實(shí)施數(shù)字化檢測(cè)和精準(zhǔn)預(yù)防修[5]。

因此，研究并開發(fā)實(shí)現(xiàn)機(jī)車關(guān)鍵部件全壽命周期管理系統(tǒng)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(zhǔn)確性，保證列車安全運(yùn)行。

1 研究思路及目標(biāo)

基于機(jī)車既有車載、入段線整備、庫(kù)內(nèi)小輔修及中大修設(shè)備及工藝，研究數(shù)據(jù)信息化接口標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，提升設(shè)備信息化水平及管理效率；依托現(xiàn)代通信技術(shù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車關(guān)鍵部件運(yùn)維相關(guān)監(jiān)測(cè)、檢修數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和匯總?cè)诤?；研究機(jī)車關(guān)鍵部件健康狀態(tài)關(guān)鍵因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立機(jī)車關(guān)鍵部件健康評(píng)價(jià)體系，指導(dǎo)機(jī)車運(yùn)用和檢修，為機(jī)車修程、修制改革提供支撐。

1.1 主要研究方法

1)設(shè)備間傳輸協(xié)議的研究開發(fā)采用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)及成熟的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，隨著數(shù)據(jù)的增加可方便擴(kuò)容。

2)深入理解國(guó)鐵集團(tuán)、集團(tuán)公司、機(jī)務(wù)段管理辦法，深入研究檢修、整備檢測(cè)流程和操作規(guī)定，將各檢修、整備作業(yè)抽象成系統(tǒng)功能，通過系統(tǒng)配置控制不同角色的功能，提升不同角色的專業(yè)技能。

3)通過將角色功能、角色權(quán)限等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)通過登錄信息配置不同角色的權(quán)限，根據(jù)管理辦法的規(guī)定進(jìn)行流程控制，保證每一步都可靠準(zhǔn)確。

4)建立完善的機(jī)車關(guān)鍵部件基礎(chǔ)檔案信息，將各狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理且系統(tǒng)自動(dòng)更新狀態(tài)，形成數(shù)據(jù)中心。

5)統(tǒng)計(jì)海量檢修數(shù)據(jù)，然后根據(jù)成熟的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘分析。

1.2 系統(tǒng)總體要求

1)完成機(jī)車走行部關(guān)鍵部件(輪對(duì)、軸承、變壓器、齒輪箱、牽引電機(jī)等)檔案及技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，建立完善的基礎(chǔ)檔案數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一機(jī)車關(guān)鍵部件信息化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，形成安全可靠的硬件平臺(tái)。

2)完成機(jī)車關(guān)鍵部件檢修全壽命周期管理系統(tǒng)的開發(fā)，開展機(jī)車走行部關(guān)鍵部件(輪對(duì)、軸承、變壓器、齒輪箱、牽引電機(jī)等)檢修、整備檢測(cè)管理研究，實(shí)現(xiàn)相關(guān)檢修、整備檢測(cè)作業(yè)無紙化辦公，建立完善的可方便查詢和更新的信息庫(kù)，提高檢修、整備檢測(cè)及技術(shù)管理信息化應(yīng)用水平。

3)通過機(jī)車關(guān)鍵部件檢修全壽命周期管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車走行部關(guān)鍵部件(輪對(duì)、軸承、變壓器、齒輪箱、牽引電機(jī)等)檢修、整備檢測(cè)作業(yè)由粗放式向精益化轉(zhuǎn)變，管理模式由傳統(tǒng)模式向信息化轉(zhuǎn)變，安全管理由反應(yīng)式向預(yù)控式轉(zhuǎn)變。

2 系統(tǒng)開發(fā)

2.1 系統(tǒng)整體框架

系統(tǒng)框架由5個(gè)層級(jí)組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架示意圖

1)檢修設(shè)備層：包括機(jī)車所有檢修相關(guān)設(shè)備。

2)信息交互層：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互與共享。

3)基礎(chǔ)設(shè)施層：包括搭建該系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)所需的相關(guān)設(shè)備及軟件。

4)系統(tǒng)集成層：集成各個(gè)子系統(tǒng)、各類數(shù)據(jù)到統(tǒng)一平臺(tái)。

5)應(yīng)用展示層：包括系統(tǒng)各項(xiàng)功能體現(xiàn)以及用戶主要交互對(duì)象。

系統(tǒng)功能包括：作業(yè)流程管理、檢修數(shù)據(jù)管理、機(jī)車檔案管理、檢修數(shù)據(jù)分析、機(jī)車專家診斷。

2.2 硬件架構(gòu)

如圖2所示，系統(tǒng)硬件采用2臺(tái)企業(yè)級(jí)服務(wù)器組建雙機(jī)冗余熱備配置，每臺(tái)服務(wù)器配置RAID10或RAID5磁盤陣列，雙電源冗余；RoseMirrorHA雙機(jī)熱備軟件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步備份，當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器宕機(jī)后，另一臺(tái)立即接管，保證系統(tǒng)始終正常運(yùn)行。

圖2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

2.3 數(shù)據(jù)貫通

如圖3所示，機(jī)車關(guān)鍵部件全壽命周期管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化檢測(cè)相關(guān)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管，各機(jī)務(wù)段運(yùn)用、整備、檢修、備品等環(huán)節(jié)自動(dòng)化設(shè)備通過路網(wǎng)TCP/IP通信協(xié)議，與信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總至服務(wù)器，非TCP/IP接口的設(shè)備可以通過數(shù)據(jù)錄入或者標(biāo)準(zhǔn)接口將數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)R總服務(wù)器。機(jī)車關(guān)鍵部件全壽命周期管理系統(tǒng)與機(jī)車電子檔案管理系統(tǒng)、機(jī)務(wù)油水化驗(yàn)管理系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車檔案、履歷信息、化驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)共享。運(yùn)用到的關(guān)鍵技術(shù)如下。

圖3 數(shù)據(jù)貫通整合示意圖

1)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，應(yīng)用低成本分布式數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案，選擇開源分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中間件MyCat搭建主從雙機(jī)熱備份數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，滿足基本的性能及可靠性需求。

2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)軟件，匯總現(xiàn)場(chǎng)各檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)存儲(chǔ)服務(wù)中間件，匯總各檢測(cè)設(shè)備的同時(shí)，隔離各客戶段對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫，提升數(shù)據(jù)訪問效率，解決多客戶端同時(shí)訪問互鎖等問題。

3)自主Web基礎(chǔ)框架。框架工程主要包含3個(gè)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(chǔ)頁(yè)面、錯(cuò)誤頁(yè)面、用戶登錄、權(quán)限管理、用戶管理、菜單管理等常用功能頁(yè)面；System組件包括了用戶登錄、權(quán)限管理、用戶管理、菜單管理等功能的核心實(shí)現(xiàn)；Common組件包括了驗(yàn)證碼生成、字符過濾器、分頁(yè)顯示、加解密等常用工具類的實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)功能

現(xiàn)階段已完成對(duì)機(jī)車關(guān)鍵部件(主變壓器、齒輪箱、牽引電機(jī)、軸箱軸承)的檢修基礎(chǔ)檔案管理、實(shí)現(xiàn)和既有平臺(tái)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

3.1 機(jī)車檔案

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

圖4 機(jī)車檔案管理

3.2 檢修計(jì)劃

目前系統(tǒng)支持輪對(duì)、齒輪箱、軸箱軸承、變壓器、牽引電機(jī)等關(guān)鍵部件的小輔修和臨修計(jì)劃管理，檢測(cè)手段有自動(dòng)化設(shè)備檢測(cè)、手持檢測(cè)設(shè)備(超聲、渦流、磁粉)等，目前檢測(cè)流程均可在一輪一檔系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)自動(dòng)按照機(jī)車檢修管理辦法擬定智能提醒，計(jì)劃制定人員修改確認(rèn)，系統(tǒng)生成最終計(jì)劃表并發(fā)布。如圖5和圖6所示。

圖5 小輔修計(jì)劃管理

圖6 臨修計(jì)劃管理

3.3 檢修數(shù)據(jù)管理

目前系統(tǒng)已匯總管理數(shù)據(jù)包括：檢測(cè)棚、輪軸探傷、不落輪鏇修、輪對(duì)探傷、三項(xiàng)不平衡檢測(cè)、油樣化驗(yàn)、試驗(yàn)設(shè)備等檢測(cè)數(shù)據(jù)。如圖7和圖8所示。

圖7 檢修數(shù)據(jù)管理

圖8 測(cè)量數(shù)據(jù)管理

4 結(jié)語(yǔ)

蘭州局集團(tuán)公司配屬的機(jī)型多、數(shù)量大，配備了完善的檢修檢測(cè)設(shè)備，擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)、檢修人員，即使這樣，其機(jī)車檢修、管理壓力仍然巨大。通過該系統(tǒng)的研究，旨在基于先進(jìn)檢測(cè)、信息化技術(shù)管理機(jī)車，建立完善的機(jī)車檔案數(shù)據(jù)庫(kù)及可靠的運(yùn)維決策系統(tǒng)，提升機(jī)車檢修、檢測(cè)質(zhì)量，確保行車安全。