車輛THDS設備狀態修輔助系統方案設計研究

馬治國

（大秦鐵路股份有限公司湖東車輛段，山西大同037005）

1 引言

THDS是重要的地對車安全監控設備，歷經了近30年的技術發展過程。隨著鐵路的發展和生產、運營及管理方式的不斷改革，THDS的設備應用和管理也在不斷變化。近年來，總公司明確提出“天窗修”和減少人員上線的要求，檢修方式由原來的半月檢到月檢再發展到雙月檢，檢修方式的變化對THDS設備現有的維修、維護制度及故障處理方式和手段提出了新的挑戰。為適應這些需求的變化，需要利用新的技術手段，實現新的功能，增強整個紅外線系統的“自我檢測、自我分析、自我診斷、自我調整”的能力，達到智能化設備管理的目的。因此需要結合THDS檢修變化實際，開發一套THDS設備狀態修輔助系統，利用人工智能技術，以大數據為基礎，智能分析為手段，實現設備狀態的全面智能化在線式診斷，將故障預防和處置關口前移。通過科學監測與診斷結果，對設備檢修提供決策依據,為運維管理提供全新的技術基礎和管理手段，在保證設備可靠運行同時，提高設備管理能力和效率,改革傳統檢修方法，為THDS設備從定期檢到狀態修發展提供技術基礎，適應總公司對減少人員線路施工和“天窗修”的管理要求。

2 方案設計

2.1 在線式設備不間斷自檢及趨勢分析

THDS設備在設計時，采用了定時自動檢測關鍵設備指標的技術，系統檢測項多達21項。這些指標是設備的“體征”，正是基于這樣的數據，狀態修輔助系統可實時掌握設備狀態的每一次細微波動，實現對設備的不間斷追蹤“體檢”。“體檢”結果可以實時預警，并且采用直觀的“趨勢曲線”的模式展示分析結果。在設備未預報故障時，趨勢分析是有效判斷設備狀態變化的手段之一。通過對趨勢曲線進行分析，查看曲線變化和參數跳變情況，對狀態進行趨勢性的分析和預測，達到早期發現故障苗頭，提前處理的目的。

2.2 設備狀態的智能診斷和早期預警

設備在使用過程中，除了設備本身自檢數據之外，還會產生大量的過車數據以及其他的輔助數據（如設備狀態、曲線信息）。就如一個人要判斷一個設備的狀態好壞，要依托自己對設備的深入認知，同樣，一個系統要能實現對設備狀態的智能診斷，實際上就是將人對設備的認知和判斷，通過計算機來實現，這實際上是人工智能的一種基本技術，即知識表示與知識庫技術。THDS設備狀態修輔助系統通過建立設備狀態專家知識庫，并利用知識庫對設備狀態的現狀進行知識推理，結合大數據的深度分析，實現對設備狀態的在線診斷并預警。智能診斷分析預警類可達22項內容。

2.3 設備狀態信息統計及分析

報表統計功能主要對設備狀態信息及過車信息進行自動匯總和統計，為現場故障處理提供參考依據和處理手段和方法。匯總表猶如一個人的“體檢表”，它直觀地展示了設備的“健康狀態”。報表中會針對各類狀態提供有效的參考信息，為維修人員提供有力的輔助性決策和方法。正是借助于這張體檢表，THDS設備狀態修輔助系統可以實現對設備關鍵指標的“日日檢”。

此外，狀態修還應提供單站狀態匯總和過車報表統計功能。報表統計功能清晰反映探測站在一定時間段內（由使用者選擇）的故障信息、相應累計次數及參考故障原因等信息，管理及維修人員可快速通過該報表獲取某段時間所發生的故障及設備當前的運行狀態并進行針對性的處理。

設備狀態分析是對設備預報的故障或異常狀態進行更深入的數據分析，管理及運維人員可以利用THDS設備狀態修輔助系統對歷史信息進行挖掘，分析故障成因，制定處理預案，以便維修人員有針對性、及時地進行問題處理。

2.4 設備遠程控制及修復功能

THDS設備狀態修輔助系統可以利用硬件冗余和多元化的遠程控制功能，實現對設備關鍵功能點的全方位檢測、遠程修復以及故障處置。為豐富對設備的維修、管理等技術手段，系統結合探測站共同作用，可以為維修人員提供了一系列遠程控制和操控功能，為維修人員進一步判斷設備故障，提供有效的技術手段。

2.4.1 熱敏定標和光子校曲線

對熱敏探頭進行遠程定標，對比熱靶溫度和探頭溫度，通過動態調整補償參數，達到提高探頭精度的目的，此功能實現后可大大減少了人員上線的時間，實現了動態調整探頭性能的功能。通過對光子探頭進行校曲線操作，與歷史匹配曲線進行對比，判斷光子探頭及熱靶的性能，通過動態調整光子補償參數，提高探頭精度。

2.4.2 關鍵指標的動態檢測

對于設備的一些指標的檢測，需要人工參與（如有的指標的檢測需要較長時間，需要確保在檢測時沒有列車通過），對設備部件進行全方位的檢測，以查看設備各部件的當前運行狀態，為維修人員現場處理提供有效的參考依據和有力的數據支持。可納入系統遠程檢測項多達22項。

2.4.3 其他重要的遠程修復手段

此外系統還應具備延時點調整、遠程刪除曲線以及速度調整等功能。其中，延時點調整是對499設備進行遠程延時點調整，動態設置延時點參數，修正探測角度；刪除曲線是對錯誤或異常曲線進行手動清除；速度調整是通過動態調整速度參數的方式，調整探測角度。

2.5 板件信息化全生命周期管理

板件管理可以實現對設備板件的全生命周期管理，利用信息化手段提升管理水平，智能化管控板件質量。系統應可以追蹤每一塊板件的使用情況，并智能追蹤板件的狀態，避免故障板件管理不善、維修不當帶來的故障重復出現和處置不當。

板件管理是通過條碼、RFID技術對板件所有設備單元（板件）實現統一標準、唯一的編碼，并依據建立的設備信息數據庫，實現紅外線設備的板件在生產、出廠、入庫、出庫及使用過程中的全流程管理。并可實現通過系統對所有設備相關板件的實時查詢，并對超期使用板件實現自動預警提示。

整個板件管理依托于計算機相關技術、RFID技術和條碼技術，利用條碼的唯一性，再結合數據庫技術，利用計算機網絡，實現對板件信息的自動化管理。隨著技術的發展，利用先進的計算機技術結合條形碼技術可以使得板件的管理變得輕松和簡單，避免手工操作和記錄帶來的數據錯誤和時間的耗費，實現對在用設備板件和備板、備件管理的智能化、網絡化、信息化和標準化。

2.6 維修質量追蹤和知識資產管理

系統通過設備故障處置結果的反饋，給管理人員提供了維修質量跟蹤考核的依據，促進了設備故障處置知識庫和系統知識資產的完備。系統對所有操作進行日志性記錄，提供查詢和信息跟蹤功能，以方便用戶進行故障跟蹤和處理反饋等操作。

系統反饋記錄用于標記維修、檢修完成事項、對設備狀態處理結果等反饋意見，方便查詢，對后續出現類似故障信息提供操作建議。在形成一定規模的反饋信息庫后，所有的反饋信息將沉淀成為知識資產，在故障維修時自動作為故障處置的參考知識。

2.7 視頻監控和網絡監控應用擴展

系統可以擴展視頻監控和網絡監控應用，通過擴展實現設備狀態遠程協管、生產安全監管以及清晰責任追溯。隨著探測站數字化通道的改造，遠程視頻監控等功能實現成為可能，網絡監控的擴展應用便于維修人員及時通過遠程視頻觀察設備狀態，以及保存整個作業流程。

網絡通信監控采用SNMP協議，對數字化通道實現全通訊鏈路監控，對探測站通訊傳輸設備狀態的實時監控，可查看設備各個端口狀態和配置信息并自動巡檢，設備出現異常時反饋告警信息。

2.8 移動APP輔助應用

移動互聯網技術給生產帶來便利，系統應具備利用移動App應用來實現設備運維的現場性、實時性信息的形成和反饋，保證數據的真實性和實時性，以促進設備管理。

無線檢修測試終端可以查看實時數據，并且有完成無線定標、離線數據分析等功能。增加利用PAD記錄作業過程，并將作業結果導入數據庫備案，既可作為對維修質量進行跟蹤考核的依據，也可通過對故障的有效處理的知識備份積累，最終形成故障處置知識庫。

2.9 其他功能

第一，科學的數據分析新方法、新手段。系統不僅要對數據進行自動、智能化分析，而且還必須利用圖表、趨勢曲線、定制組合數據對比分析等技術，提供豐富、直觀、簡潔的信息展現形式。利用這些數據分析手段，可以更好地幫助相關人員掌握設備狀態。第二，過車數據和熱軸數據的海量存儲和便捷查詢。目前紅外線系統的終端機基本采用PC機，硬盤容量及系統性能均有限，因此過車數據的存儲量也比較有限，無法達到大數據的需求。而該系統的數據庫服務器，可以達到1～3年甚至更長時間的全數據存儲。通過以車號為主要查詢依據，多方面、多角度對大量數據進行跟蹤分析。第三，軸溫對比。主要針對不同設備的軸溫數據進行對比，通過查看溫升變化及分布情況，分析探頭的狀態。第四，檢測車數據數字化管理。系統單獨對檢測車信息進行管理，方便各使用部門進行系統備案和數據分析。第五，設備基礎信息管理。系統具備對各類系統設備進行統籌管理，包含設備維修、檢修管理，設備信息及標準波形信息管理。系統對維修和檢修操作進行管理，自動統計對應時間段內狀態信息，并跟蹤故障處理情況。通過對維修和檢修日志進行管理，不僅可以有效地管理設備維修狀態，還可以對設備的處理情況進行定期跟蹤，判斷處理方式是否有效。

3 系統構建

系統構建采用在現有THDS系統上加入數據庫服務器以及設備狀態監控終端方式進行，因此，開發THDS設備狀態修輔助系統后，整個THDS系統將擴展為一個大系統，其基礎數據來源于探測站設備和監測中心。數據庫服務器用來存儲和管理數據以及依據策略對數據進行挖掘。設備狀態監控終端有兩種模式，一種是實時監控型數據終端，可以實時監控設備的狀態，完成大數據處理等一系列核心功能；而另一種為設備管理終端，對設備狀態的監控不要求實時性，而對設備狀態的完整性做出要求。

THDS設備狀態修輔助系統的加入不影響在用設備使用。對于目前的紅外線探測系統來說，只需要更換探測站及監測中心的相關軟件，配合狀態修客戶端軟件，即可滿足系統的數據需求，完成大數據存儲、處理、分析及遠程操控等功能。

系統包含了兩個子系統：THDS設備板件管理信息系統和THDS無線檢修測試終端。其中板件系統是采用信息化的手段，實現對板件從購買到使用到報廢的全程管理。無線檢修測試終端采用移動終端軟件對設備進行遠程操控，實現維修人員在軌邊與探測站機房進行無線連接，達到輔助維修的工作目的。

4 結語

目前各站段THDS都在向雙月檢管理方式轉變，這種轉變的同時帶來了一定的風險，而THDS設備狀態修輔助系統的研制和開發不僅可以在設備維護方面提供強有力的數據支撐和技術保障，而且給整個THDS系統的性能提升提供了技術基礎，使THDS系統向信息化、智能化的方向邁進了一大步,一定程度上實現了THDS系統設備的智能化管理。一個成熟的逐步完善的THDS設備狀態修輔助系統必將發揮出巨大的作用。