蘭州局機車“一輪一檔”信息化建設的思考及實施

何 鵬1，謝 宣1，張 渝，趙 波，錢微冬

(1.中國鐵路蘭州局集團有限公司機務部，甘肅 蘭州 730000；2.北京主導時代科技有限公司，北京 100070)

0 引言

輪對屬于機車走行部的重要組成部分，其質量關系到整個列車的運行安全，輪對承載著機車的全部重量并與鋼軌高速摩擦，惡劣的使用環境會導致輪對會出現擦傷、裂痕、磨損等，一旦出現較大的擦傷、裂損或者磨損導致部分指標不達標，可能發生嚴重的事故。因此，為保證機車的安全運行，需定期檢修機車輪對，但隨著機車數量的增加，輪對檢修工作日益加重，輪對管理趨于復雜化，所以急需研究關于輪對健康的科學管理方式。

中國鐵路蘭州局集團有限公司通過現代通信及計算機等技術，實現整備檢修、檢測數據自動化采集，整備流程、整備質量逐步由人控向機控轉變，使得機務整備大步向“能力適應、流程順暢、設備先進、信息同步”的新時代邁進。

1 建設思路及目標

通過制定信息化數據接口規范，利用機務段的既有網絡使入庫動態檢測設備、庫內自動化檢修設備、手持設備全面聯網，構建中國鐵路蘭州局集團有限公司層面檢測大數據分析平臺，實現檢測數據匯總、統一標準、規范管理，規范入庫檢修作業流程、報警數據閉環管理，實現檢測設備網絡化管理、性能評估分析，利用大數據分析診斷方法，提供機車維修策略及建議。該系統的具體建設目標如下。

1.1 實現數據自動交換和管理

利用現代通信技術、計算機軟件技術采集LY輪對故障動態檢測、LE車底圖像監測、SJ受電弓動態檢測、LHZ空心軸檢測、LZM實心軸檢測、手持等設備的檢測數據，實現檢測數據自動上傳匯總和遠程查看，超限報警數據閉環管理，檢測數據可追溯管理。

1.2 實現輪對檢修履歷電子化管理

深入理解國家鐵路集團公司管理辦法、蘭州局的管理辦法，深入研究各檢修流程和操作規定，將各檢修作業抽象成系統功能，通過系統配置控制不同角色的功能，提升不同角色專業技能。如小輔修、鏇修、落輪(換裝)、中修、備品檢修等機車檢修履歷電子化管理，方便數據分析及查詢。

1.3 實現輪對檢修流程規范化管理

通過將角色功能、角色權限等信息存儲在數據庫中，系統通過登錄信息配置不同角色的權限，根據管理辦法的規定進行流程控制，保證每一步都可靠準確實現輪對診斷及大數據分析。

1.4 實現輪對健康診斷數據分析

利用時間序列法與回歸分析法、神經網絡算法等數學模型結合大量基礎數據實現基于大數據的缺陷發展規律總結及車輪磨耗趨勢分析，建立到限模型，實現了到限時間及到限里程預測，實現機車關鍵部件(輪對)的壽命預警及機車健康狀態的綜合評價，為機車提供經濟、可靠的運用維修策略。同時，利用大數據分析實現歷史數據統計分析、數據關聯分析(報警數據專家診斷)、機車運用環境(車型、線路等)綜合分析、設備診斷等功能。

1.5 實現設備管理

通過建立相關設備檔案，實時監控輪對檢測設備運行狀態，評估設備使用性能，提醒維護保養，保障輪對檢測設備性能。

1.6 實現信息交互

通過提供標準信息化接口，可快速實現與其他系統的交互，如機車整備管理系統獲取提票、提票報活記錄，機車27系統獲取機車走行里程信息，6 A系統獲取走行部車載監測結果，減少人為因素導致的信息流失，同時提高分析人員工作效率。

2 系統建設

2.1 系統開發

機車健康管理“一輪一檔”系統涉及到輪對運用檢修各環節，主要對輪對技術質量、風險、物資、輪對履歷檔案、設備進行管理。

1)設備級傳輸協議的研究開發，采用標準化協議傳輸數據?？紤]到接口的安全性、可靠性、實時性和維護便利性，數據傳輸軟件與設備間采取Web Services和消息2種數據交換方式。采用WebService傳輸規范，用于各種自動化檢修設備將檢測的結果數據，傳輸到系統服務器的數據庫中，供管理軟件讀取進行分析，同時設備軟件也可通過本協議，從服務端獲取輪對檔案更新信息，以同步設備中的機車檔案信息。利用DWR，將消息及時傳遞給接收人。可通過網頁傳送、郵寄發送和短信發送。例如系統下達小輔修計劃，即可在下一秒通過網頁消息提醒、郵寄、短信、手機APP等方式提示給作業人員，提高工作效率。文件上傳通過flash+Open Office+Flex Paper Viewer實現。三大功能聯合使用，實現了文件上傳以及預覽的功能。

2)海量數據存儲研究開發，采用成熟的分布式數據庫存儲。著系統的不斷運用及功能的擴展，系統數據將會日益龐大，單個磁盤根本無法滿足系統對數據的存儲空間、存儲性能以及存儲安全的要求。系統采用獨立磁盤冗余陣列(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)技術，磁盤陣列由很多獨立的磁盤，組合成一個容量巨大的磁盤組，利用個別磁盤提供數據所產生加成效果提升整個磁盤系統效能。利用這項技術，將數據切割成許多區段，分別存放在各個硬盤上。

3)深入理解國家鐵路集團有限公司、中國鐵路蘭州局集團有限公司機務系統的管理辦法，研究各檢修流程和操作規定，將各檢修作業抽象成系統功能，通過系統配置控制不同角色的功能，提升不同角色專業技能。通過將角色功能、角色權限等信息存儲在數據庫中，系統通過登錄信息配置不同角色的權限，根據管理辦法的規定進行流程控制，保證每一步都可靠準確。

4)建立完善的一輪一檔、機車輪對履歷檔案、技術卡片等檔案信息，將輪對各狀態動態管理且系統自動更新狀態，自動添加輪對履歷等檔案信息。

5)數據庫的設計研究開發，系統采用MySQL+mongoDB混合存儲模式存放數據。MySQL對系統開發具有簡單性、普及性、靈活性和可擴展性。隨著業務的擴展，可以將任何部件當成對象處理，添加、刪除非常方便靈活，具有很高的脫離性。在MySQL中，用于查詢處理的數據庫引擎和實際負責存儲數據的存儲引擎是相互獨立的，對于每張數據表都可以采用不同的存儲引擎。而mongoDB主要是支持大容量的存儲，采取文檔結構的存儲方式能夠更便捷的獲取數據。

6)移動終端設備及相應的移動終端應用軟件的設計開發，隨時隨地展現作業流程化管理。

機車健康管理“一輪一檔”系統的架構如圖1所示。

2.2 系統展示

1)機車輪對履歷展示如圖2所示。

2)檢測棚、車軸檢測數據上傳匯總，如圖3所示。

3)小輔修作業計劃，如圖4所示。

4)鏇修計劃，如圖5所示。

5)輪對健康診斷分析功能，如圖6所示。

圖1 系統架構

(a)輪對檔案管理

(b)檢修履歷管理

(a)檢測棚LY檢測記錄

(b)車軸檢測記錄

(a)小輔修計劃

(b)尺寸測量

圖5 鏇修管控

(a)輪徑到限預測

(b)輪徑壽命預警

3 運用效果

截至2019年10月1日，輪對健康“一輪一檔”系統已成功運用于中國鐵路蘭州局集團有限公司機務系統，目前使用單位包括中國鐵路蘭州局集團有限公司機務部、局屬3個機務段，服務于現場1 206臺機車在役輪對和若干備品輪對的管理。利用大數據分析軟件實現了報警數據輪對的遠程診斷、綜合分析，確保了檢測數據的有效性及超限閉環控制管理。