動車組輪對安全診斷云技術系統

黃小鋼 王 黎 張甫斌 胥世波 郭文浩

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

中國動車組，自2007年全國鐵路第6次大提速以來廣泛運用于各鐵路干線，具有快捷、安全、方便、可靠、舒適等特點，是城際間的高效交通工具。

截止2012年底，全國將有1萬km客運專線投入運營，到2020年，客運專線里程將近2萬km，每日多達3000列動車組在線運營，輪對安全成為動車組安全的關鍵因素。如何全面、及時、快捷診斷輪對狀態，并從海量數據中分析、評估輪對安全程度，預測安全趨勢，提出使用、維護、檢修要求，實現輪對健康壽命管理，規避安全風險，是本文研究的課題。

1 輪對診斷

1.1 輪對診斷現狀

我國已建立較完善的動車組輪對診斷系統，按日常動態檢測、定期在線檢測和定期落輪檢測三個層次，分別在動車所走行線、動車所檢查庫、動車段檢修庫進行輪對檢測，如表1所示。

LY系統安裝在動車所的走行線上，利用電磁超聲、圖像測量技術自動檢測運行中的輪對踏面缺陷、表層裂紋、幾何尺寸，適用于CRH各型動車組(如圖1所示)。

表1 中國高速動車輪對診斷系統配置

圖1 安裝在動車所走行線上的LY系統

LU系統安裝在動車所檢查庫線上，利用移動相控陣超聲探傷技術，自動檢測在線輪對的輪輞和輪輻缺陷，適用于CRH各型動車組(如圖2所示)。

LA系統固定安裝在動車段輪對檢修庫線上，將輪對從轉向架上分解下來，利用固定相控陣超聲探傷技術，全面檢測落輪鏇修后的輪輞輪輻缺陷，適用于CRH各型動車組(如圖3所示)。

圖2 安裝在動車所檢查庫線上的LU系統

圖3 安裝在動車段檢修庫線上的LA系統

(1)現有診斷系統特點

層次完備，重點突出:分日常檢測、在線檢測、落輪檢測三個層次設置，每個層次檢測重點不同，實現動車輪對診斷的全覆蓋。

技術先進，設備成熟:采用國際前沿的相控陣、光學檢測、電磁超聲探傷等技術，實現輪對無損檢測;技術上走引進、消化、吸收、創新之路，形成具有中國特色的診斷系統。

兼容性強，運用可靠:檢測設備適應各種車型、踏面，系統全自動運行、操作方便、運用靈活、數據遠程監控、專業分析、診斷可靠。

診斷設備使用過程中，實時發現輪對故障，即時通知專業人員進行故障處理，保障輪對安全，第一時間消除安全隱患。

(2)現有診斷系統不足之處

目前的輪對診斷技術實行的是計劃修加預防修的思路，是以動車段(所)和車隊為診斷對象進行工作的，因此存在大量重復修、過渡修的現象，勞動強度大，工作效率低，與高效、節能、減排的時代要求不相適應。同時，外段(所)動車檢測數據自成體系，不能共享。

隨著中國高鐵大發展，動車組數量越來越多，到2020年，輪對總數多達96000對，輪對檢測檢修工作量是目前的4倍左右，若維持現有檢測檢修模式不變，需要增加大量動車檢查線及診斷設備，同時增加大量檢測人員，才能滿足新的需求，投資大且設備運用效率低。因此如何尋求一種新的診斷模式，既充分發揮現有檢測系統作用，又少花錢，構建滿足末來發展需要的新技術，任務十分緊迫。

隨著技術的進步，世界高鐵發達國家都在投入重金進行新型診斷技術的研發，其方向是診斷個性化、實時性，對診斷對象的使用狀態了如指掌，對癥下藥，有問題則修理，沒問題則繼續使用，由計劃修發展到狀態修的新模式上來，實現節能高效、可持續發展。

計算機網絡技術、物聯網技術、云技術的蓬勃發展，為動車組輪對實現高效節能、安全診斷云技術的實施提供了條件。

1.2 輪對診斷云技術的可行性

動車組輪對安全診斷云技術，是以保障輪對安全為根本目標，通過現有診斷系統跟蹤每個輪對，實時檢測其狀態好壞，通過專用網絡傳遞診斷數據，由云系統分析、處理這些數據，并發出維修計劃，相關人員通過網絡獲取信息，分別參與檢測、維修、備料、管理等工作。任何動車組輪對實時狀態信息，都可通過網絡發布指令，或運用、或檢修、或更換，管理者及工作人員通過特別受權獲取相關信息，從而實現診斷資源共享，最大限度的保障輪對安全。

實現輪對安全診斷云技術的三要素是:診斷系統、網絡系統、云系統。

(1)診斷系統

目前動車輪對診斷系統已經覆蓋全路，各動車段(所)均已配置，是輪對安全診斷云技術的神經末梢，為診斷云系統的建立提供輪對狀態數據。只要通過局部改造就可滿足診斷云技術要求。

(2)網絡系統

鐵路專用信息網絡遍布全國各動車段(所)，已經實現互聯互通，通過網絡升級，可直接服務輪對診斷云技術系統。

(3)云系統

云系統，是利用當今世界先進的云計算技術，通過網絡系統，將任何一個動車輪對狀態數據，進行貯存、歸納、分析、處理，運用安全壽命管理方法，行成每個輪對使用、檢修、更換趨勢曲線，計算機提前作出生產指令，讓管理者和生產人員對每個輪對的技術狀態做到了如指掌、心中有數、有的放矢，既保證安全，又避免重復修、過渡修。我國云計算技術的開發與應用已達到世界先進水平，將有利于輪對診斷云技術的實現。

由上述分析可知，開發診斷云系統，是構建動車輪對安全診斷云技術系統的難點，也是本文的重點。

2 輪對診斷云技術方案

2.1 構建輪對診斷云技術平臺

(1)構建動車所云技術平臺

動車所是動車進行日常整備和入庫進行檢查場所，按規定的修程、修制，完成動車組的運用檢修，確保動車組在離開動車所時技術狀態達到標準，是保障動車安全運行的關鍵。既有的輪對檢測體系中，班組在作業過程中將訪問LY、LU、LA系統的服務器，通過單次檢測數據獲取關鍵信息，作業人員不斷抽取其歷史檢測數據，加上復核數據，診斷本次的關鍵信息是否有效，從而指導輪對技術作業。

動車所云技術平臺，把LY系統的服務器、LU系統的服務器、LA系統的服務器、輪對履歷表、走行公里數、輪對鏇修狀況等輪對相關數據綜合起來，使輪對數據盡可能全面、豐富，通過安全壽命算法分析、提煉歷次檢測數據，存儲其關鍵信息，實現單個輪對信息的集成。運用趨勢分析，結合當前檢測數據情況，通過智能判斷，指令輪對預測性檢修，從而提高輪對使用安全性。系統結構如圖4所示。

圖4 動車所云技術平臺示意

動車所云技術平臺是輪對診斷云技術的核心，實現動車所輪對檢測體系設備的互聯互通，實現動車所轄內輪對全生命周期監控。

(2)構建動車段云技術平臺

動車段管轄動車所，負責動車組的高級檢修。以武漢動車段為例，下轄武漢動車所、漢口動車所、武昌動車所(預留)、漢陽動車所(預留)，將重點承擔華中、西南等地區動車組檢修任務，業務覆蓋京廣、滬漢蓉等客運專線(如圖5所示)。

動車段云技術平臺是動車所云技術平臺的深入、拓展，實現動車段內動車所間所有設備的互聯互通，實現動車段內動車全域覆蓋。

(3)構建路網數據中心云技術平臺

根據中國高鐵建設歷程、初期以北京、上海、武漢、廣州4個動車段為節點，相互串接共享，將各個獨立動車段云技術平臺的關鍵數據信息統一到路網數據中心的網絡存儲設備上，統一進行數據索引、存儲，構建公共云計算數據分析平臺。路網數據分析平臺將綜合信息管理平臺虛擬化，對檢測數據進行分布式調度和管理，實現動車全覆蓋，結構如圖6所示。

圖5 武漢動車段云技術平臺示意

隨著中國高鐵的發展，路網數據中心范圍將逐漸擴展，動車段云技術平臺是一個低耦合平臺，可以開放接入、擴展，結構如圖7所示。

(4)建設硬件平臺

給每套檢測設備分配IP、固定的編碼，當動車經過檢測設備時，系統自動檢測，生成一系列的檢測數據;檢測數據、編碼、IP封裝為一個數據單元，以車號為索引，通過鐵路系統內部網絡，跟蹤動車的運行，完成數據的主動推送。

2.2 輪對診斷云數據處理過程

根據系統結構，輪對診斷過程主要有3個環節，即數據采集、共享、處理。

(1)現場數據采集流程

動車經過各檢測設備時，當次檢測結果被系統自動提交到最近的設備管理服務器，結合輪對操作信息如鏇修數據、輪對更換記錄等上傳到動車所級服務器。

(2)數據共享流程

數據中心云技術平臺中所有從設備收集到的檢測數據，均在本地進行初次備份，根據動車的運行信息，決定是否將數據傳遞給上級部門節點或同級節點，依次完成全域數據共享。

(3)數據處理

每個動車段(所)在即時獲得檢測數據后，云系統綜合歷史數據，生成使用、維護指令，指導生產人員進行檢修，包括輪對跟蹤、鏇修、落輪等操作，生產人員在檢修工作結束后，也要通過云技術平臺及時將檢修工作數據上傳，使結果完成閉環管理。

圖6 路網數據中心云技術平臺示意

3 輪對診斷云技術預期目標

3.1 檢測資源優化

(1)整合動車所輪對檢測資源

輪對診斷云技術整合了所有的輪對檢測設備，實現動車入庫檢測、在線輪對檢測、輪對落輪檢測的全覆蓋，實現動車所內輪對檢測系統設備的互聯互通，檢修班組能夠在同一的平臺下管理，方便、快捷、實用;輪對信息全面、及時、準確，實現精細化管理。

(2)整合動車段輪對檢測資源

診斷云技術實現動車段內動車所間所有設備的互聯互通，各設備管理單位之間可共享其他部門的信息，掌握管理對象的情況。不同單位可以將現有的硬件資源共同加入到一個“云”中，進行聯合建設、共同應用。減少各個單位的資金和時間上的投入，實現真正意義上的資源共享。

(3)整合全國輪對檢測資源

通過全國鐵路網，全國輪對檢測系統互聯互通、相互協作、化零為整，共同完成輪對檢測。

4 輪對診斷云技術優勢

4.1 應用優勢

輪對診斷云技術為各級用戶提供優質服務，使用優勢主要體現下面三方面。

(1)動車所使用優勢

利用動車所云技術平臺，實現輪對全生命周期監控，分析其輪對生命歷程，從而針對輪對的不同生命期實施不同檢修辦法，實現單個輪對檢修量身定制。

利用動車所云技術平臺，整合輪對所有檢測設備，綜合各級修的檢測數據，數據相互支持、補充，有利于制定本所輪對維修計劃。

(2)動車段使用優勢

利用動車段云技術平臺，根據動車所的維修計劃，合理調度動車，最大限度的使用動車資源、檢測資源。

利用動車段云技術平臺，實現輪對的全域監控，動車的檢測數據通過動車檔案中存儲的自身的編組校正數據，進行校正和分級測算，同時有助于發現各地檢測設備的偏差并進行相關二次修正。

將所有的動車檢測報告與對應動車段(所)、的信息系統連接并上報后，并能夠及時的做出判斷和檢修的部署，及時發現問題。同時，信息共享可有效避免信息不對稱造成的監管漏洞，有利于多個部門的聯合監管。

利用動車段云技術平臺，監控轄區動車所輪對質量、監控動車所的檢修工作，可實現動車所的綜合考評，有利于提高動車段、動車所的管理水平。

(3)決策部門使用優勢

診斷云技術平臺能夠方便上級決策部門對全國所有動車的輪對信息進行統一的查看、分析和管理，能夠在一個中心節點做到對整個鐵路系統輪對數據進行分析和運用。

圖7 擴展路網數據中心云技術平臺示意

有利于動車段間的對比管理，對動車段進行考評，提高動車段的管理質量，進而提高全國輪對管理質量。

根據鐵路線路信息、車輛信息、輪對信息進行綜合分析，從而根據不同的線路配置不同的踏面、車型，有利于動車與線路最優配置。

利用海量的檢測數據，進行深度分析、挖掘，推導出正常的輪對故障周期、使用周期、維護周期，進而優化修程，制定更加科學的管理辦法，使得檢修工作科學合理，從現有的輪對故障探查進化到故障預防，保障動車的安全，預防于未然。

4.2 擴充性強

重點論述了輪對安全診斷云技術，基于該平臺，可實現受電弓、制動盤、裙板等關系到列車安全運行檢測項目的擴充，最終實現列車安全診斷云技術。

5 結論

應用先進計算機網絡云計算技術，提出了一種適合我國高鐵特點，基于動車組輪對安全診斷云技術系統，詳細分析了可行性、應用優勢，對實現輪對狀態修，提高輪對檢測可靠性、安全性有重要的參考價值。

［1］鐵建設［2009］209號 高速鐵路設計規范(試行)［S］

［2］鐵建設［2007］89號 鐵路動車組設備設計暫行規定［S］

［3］運裝客車［2007］36號 鐵路動車組運用維修標準［S］

［4］高靜濤，戴立新，王澤勇．輪對動態檢測系統應用綜述［J］．鐵道技術監督，2009，37(7)

［5］李艷華．云計算技術研究現狀綜述［J］．計算機工程應用技術，2009(5):6314-6315

［6］林立宇，陳云海，等．云計算技術及運營可行性分析［J］．廣東通信技術，2008(12):34-37