機車能耗分析系統研發與應用

張雪華 上海鐵路局機務處

機車能耗分析系統研發與應用

張雪華 上海鐵路局機務處

通過對機務段統計司機報單原始數據文件的計算處理，深度挖掘機車單耗與機車運用效率指標之間的對應關系，及時反映機車能耗過程中的異常情況，滿足機車能耗精細管理的要求。

機車；能耗；分析系統；應用

機車牽引用燃料（柴油、電力）消耗成本是鐵路企業生產成本的支出大項，占機務直接生產費用支出的85%以上，其支出大小已影響到全局經營目標，因此，抓好機車燃料消耗成本控制與分析對鐵路企業增收節支、提高經濟效益具有重要的意義。

目前反映機車燃料消耗與機車運用效率的報表主要來自統計部門，主要有機車運用效率報表（機報-2）、分線別貨運機車運用效率報表（機報-2-1）、機車能源消耗報表（機報-4）、分交路機車能源消耗報表（機報-5）、分型號機車工作成績綜合報表（機報-8）等，由于機車擔當交路實際完成數據與現有統計報表對應數據之間存在差異以及機車在統計周期內擔當不同交路牽引任務等情況影響，造成部分統計報表無法直接反映機車擔當交路的能源消耗情況，且日常機車消耗出現異常情況時統計報表也不能及時反映，對機車能耗控制管理帶來不利。因此，從強化企業經營管理和過程控制方面出發，需要對機車能源消耗情況做更加精確的統計與評價，同時機車日常消耗出現異常情況時能及時得到反映，便于采取更為有效的措施來控制機車能耗過程，實現經營目標。

1 影響機車能耗因素

機車能源消耗是指機車擔當交路任務的整個過程中所消耗的燃料數量，主要包括牽引列車、單機走行、單機掛車、調車等情況的消耗，其大小受牽引機型、交路任務（列車種類與運行路徑）、牽引重量、運輸組織、機車質量及氣候條件等因素的影響，其中影響程度較大的有牽引機型、交路任務、牽引重量及運輸組織。

以內燃貨運為例，因機型不同其柴油機結構、功率、機車輔助系統消耗功率的不同，造成機車在擔當同樣交路任務時的燃油消耗也不同，合肥機務段2014年ND5機車和DF4B機車二通道直通貨運交路燃油單耗分別為15.84 kg/萬t·km和17.51 kg/萬t·km（見表1），相差比較明顯；同樣機型擔當不同交路任務時因擔當路徑線路狀況（線路坡度、曲線半徑、限速地點數量等）、運行速度、調度組織等不同其燃油消耗也不同，如DF4B機車2014年二通道和皖贛線直通貨運交路燃油單耗分別是17.51 kg/萬t·km和21.32 kg/萬t·km；相同機型機車擔當相同交路任務時，牽引重量的不同也會造成機車單耗不同，如ND5機車2014年和2013年二通道貨運牽引重量分別為3 124 t和3 003 t，相應機車單耗為15.63 kg/萬t·km 和15.84 kg/萬t·km。

表1 合肥機務段貨運機車能耗完成情況

2 機車能耗分析系統模塊與功能

實現對機車能耗的精確統計與評價，依靠現有的統計報表已無法滿足這一需求，需通過專門的分析軟件來實現這一要求，機務處根據機車能耗精細管理要求，與武漢君宜計算機軟件公司聯合開發了機車能耗分析軟件。該分析軟件通過對機務段統計部門生成的司機報單原始數據文件計算處理來實現上述目標。

圖1 機車能耗分析系統功能模塊

如圖1為機車能耗分析系統功能模塊，系統有六個模塊：定額查詢、異常能耗、能耗查詢、能耗對比、報單查詢和系統維護；每一模塊下面又有若干個子模塊。

定額查詢模塊功能是統計指定時間范圍內貨運、行包機車在相同牽引機型、交路任務情況下的機車單耗與牽引重量大小對應關系；統計客運機車按牽引機型、列車種類及牽引車次分類的能耗完成數據；統計不同作業地點調車機車能耗完成數據。

為保證計算數據的精確性，系統采用多次計算方法來保障數據的精確度，即先對設定周期內的報單數據按上述分類要求進行匯總計算，考慮到單個數據存在離散特征，系統在同等條件下對離散性較大（大小值由用戶按需設定）的數據進行比較去除，之后進行再次計算，使得數據較為接近正常實際。

異常能耗模塊功能是對客運、貨運、行包和專調機車單趟的實際完成能耗與同等情況下的定額數據進行計算比較，顯示異常能耗（偏離定額數值較大的部分，偏離值由用戶設定）情況，并可通過明細查看對應司機報單數據情況。

能耗查詢模塊功能是查詢選定時間范圍內客運、貨運、行包機車單耗與機車運用效率之間的關系，分析機車擔當交路任務過程中的運輸調度組織等對機車能耗大小的影響。主要內容包括：牽引機型、牽引交路、牽引萬噸公里、能源消耗、單耗、本務公里、本務純運轉時間、本務旅行時間、機車平牽、機車技速、機車旅速、機外停、單機走行等。

能耗對比模塊功能是對客運、貨運、行包機車能耗完成情況及相應的機車運用效率完成情況按一定時間范圍進行同期對比或前后環比，分析機車能耗變化原因，預計機車能耗變化趨勢。考慮到影響機車能耗因素較多，所以貨運、行包機車能耗完成對比采用按重點交路分類對比，客運機車按機型、車次類別對比，深度挖掘機車能耗變化的原因。

報單查詢模塊功能是查看司機報單數據情況，可按條件查詢司機報單數據。

系統維護模塊功能是系統進行統計計算前的用戶參數設定、系統統計過程中中間參數的設定及查詢系統用原始數據文件入庫情況；其中的機車型號、機車車號、工作編碼、統計區段、調車地點、車次區段、乘務交路、交路區段子模塊信息由系統自動生產；用戶采用這些子模塊信息進行重點交路設置等操作。

3 機車能耗分析系統特點

（1）真實反映機車擔當交路單耗完成數據與統計數據之間的對應關系。系統通過重點交路設置操作，將機車實際交路路徑、運別與統計區段、運別組合有效結合起來，解決現有能耗統計報表中的牽引區段工作量、能耗數據與機車擔當交路實際完成數據之間偏差的問題，使得機車單耗數據更能真實反映機車運用實際情況，圖2為系統重點交路設定界面。

圖2 系統重點交路設定界面

（2）實現了按機車實際擔當交路統計能耗完成及機車運用效率完成情況，解決了統計部門按統計區段統計存在偏差的情況，真實反映機車擔當交路完成單耗大小與運用效率之間的對應關系。圖3為徐州機務段2015年1-7月份HXD2B貨運機車東隴海徐州北連云港方向能耗與效率指標完成情況。圖4為上海機務段2015年1-7月份HXD1D客運機車Z系列車次能耗完成與效率指標完成情況。

圖3 貨運機車單耗與效率指標完成情況

圖4 客運機車按車次能耗完成與效率指標完成情況

（3）找到貨運、行包機車在相同牽引機型、牽引交路情況下的牽引重量大小與機車單耗之間的數據對應關系，指導運輸部門優化運輸方案、合理編組列車重量，同時為機務段機車能耗管理人員合理下達機車能耗考核指標提供支持。圖5 為2015年7月上海機務段滬杭線南翔喬司方向HXD1B貨運機車完成單耗與牽引重量變化的曲線圖。

圖5 機車單耗與牽引重量變化的關系圖

（4）按照運行圖調整時間節點設定原始（樣本）數據處理時段，系統后臺自動處理數據并將計算結果轉入定額查詢模塊用數據中，用戶通過異常能耗模塊即可實現對單趟交路能耗完成與定額數據的比較操作，并通過設定的允許偏差值即能實現對超標情況進行捕捉，及時發現生產過程中的機車異常消耗（如圖6）。

圖6 上海機務段7月份機車單耗異常情況

4 機車能耗分析系統數據處理框架與原始數據文件采集

機車能耗分析系統軟件主要由數據庫服務、應用服務和瀏覽器顯示三部分組成。數據庫服務采用SQL Server 2008；應用服務包含業務模型、應用流程控制、用戶界面顯示，服務程序編制采用microsoft visual c#語言；瀏覽器顯示系統采用B/S架構，不需要安裝客戶端，用戶只需要在瀏覽器上輸入服務器的IP地址，就可以訪問本系統，進行相關查詢（如圖7）。

圖7 軟件數據處理框架圖

圖8 數據采集原理圖

機車能耗分析系統原始統計數據文件采集通過系統所在的數據服務器提供Sql Server 2008數據庫服務，自動采集路局能耗分析系統數據庫中的司機報單原始數據文件,采集周期為每天1點采集一次，采集范圍為最近3天內司機報單數據文件，并提供采集日志，方便查閱（如圖8）。

5 機車能耗分析系統功能拓展

機車能耗分析系統采取直接讀取統計司機報單原始數據文件并進行統計計算，而目前統計司機報單原始數據文件中不含列車運行過程中司機操縱機車的一些影響能耗較大的信息，如列車通過線路限速段后進行提速、列車站停啟動并進行貫通試驗后提速等增加機車油耗的操作在司機報單數據文件里不反映，但此類因素恰恰對機車能耗影響較大。現有的機車運行安全監控裝置的記錄文件中有直接反映機車能耗的柴油機運轉工況、列車起停信息等數據，如果對軟件進行升級開發，使之能在分析處理統計原始數據文件的基礎上結合機車運行監控器中對應的柴油機、列車實時運行速度等信息并進行融合處理，則機車能耗分析系統功能得到極大拓展，能做到對機車運行過程（即能耗過程）的實時分析，從而挖掘經濟的列車操縱方式，指導機車乘務員合理經濟操縱機車，更能滿足機車能耗精細管理要求。

6 結束語

該系統目前處于功能調試階段，當正常投入使用后，按照設定的查詢條件，能及時反映機車能耗過程中的非正常情況，從而及時分析并采取針對措施，遏制非正常情況的持續發生；同時通過軟件計算展現機車擔當牽引任務時的能耗大小與牽引機型、牽引重量、運行速度、機外停、單機走行等的關系，為運輸、調度部門合理安排列車徑路、編組重量、提高機車運用效率提供數據支持，對鐵路控制運輸生產成本支出起到重要的作用。

鐵路機車統計規則（2009版）.

責任編輯：宋飛 張萼輝

來稿時間：2015-12-01