鐵路貨車配件信息管理系統設計

史曉磊，王華偉，劉宗洋，祁苗苗

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

新時期的鐵路車輛部門提出了貨車精益化發展的要求，當前卻是以整車為對象進行技術管理，缺少針對貨車零部件的信息化管理方式，難以追蹤和評價配件造修質量與技術狀態。

本文采用大數據、故障預測、健康管理（PHM，Prognostics Health Management）等技術，設計了鐵路貨車配件信息管理系統，構建了配件“一件一檔”技術履歷庫，實現配件全生命周期管理[1]，為維修成本精細化管理奠定基礎。同時，鐵路貨車配件信息管理系統支持開展配件造修源頭質量評價，為配件招標采購提供重要支撐，降低廉政風險；深入挖掘配件性能在貨車檢修、運用中的變化規律，開展配件服役性能與運用時長分析，以及走行里程規律分析[2]，為車輛修程修制改革提供技術支撐。

1 架構設計

1.1 總體架構

鐵路貨車配件信息管理系統主要依托鐵路貨車技術管理信息系統（HMIS，Huoche Management Information System）和車輛運行安全監測系統（簡稱：5T 系統），通過信息共享建立系統數據基礎。系統采用集中部署方式，瀏覽器/服務器（B/S，Browser/Server）架構，為中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）、鐵路局集團公司和車輛段提供三級聯網應用服務。鐵路貨車配件信息管理系統總體架構如圖1 所示。

圖1 鐵路貨車配件信息管理系統總體架構

1.2 數據架構

鐵路貨車配件信息管理系統的數據架構，如圖2 所示。

圖2 鐵路貨車配件信息管理系統數據架構

（1）外部數據源

依托一體化數據集成平臺、HMIS 和5T 系統，并由這些系統的數據構成基礎數據。

（2）數據獲取層

通過多種方式采集相關業務數據，通過數據接口和服務自動接入既有系統業務數據，并對數據進行重構與組織[3]，實現構建配件唯一編碼，將配件全生命周期數據串聯起來。

（3）數據存儲及處理

鐵路貨車配件信息管理系統對各類業務數據進行統一存儲和集中處理，以支持上層的應用和調取。此外，鐵路貨車配件信息管理系統需要存儲部分鐵路貨車技術管理系統（HMIS）數據，共享車輛運行安全監測系統的故障預警數據，對部分HMIS 數據進行存儲、拆分、重構，以此作為全新的貨車配件管理數據基礎。系統數據主要由HMIS 數據、車輛安全監測數據、配件“一件一檔”、評價信息、修程修制改革支持等業務數據組成。

對各類業務數據進行統一存儲和集中處理，以支持上層的應用和調取。此外，鐵路貨車配件信息管理系統需要存儲部分HMIS 數據，共享車輛運行安全監測系統的故障預警數據，對部分HMIS 數據進行存儲、拆分、重構，以此作為全新的貨車配件管理數據基礎。

（4）數據交付層

主要由各類統計報表、數據圖形文件等數據形式組成，豐富數據展示、運用形式，同時支撐各級車輛部門日常生產管理需要。

2 功能設計

鐵路貨車配件信息管理系統功能模塊如圖3所示。

圖3 鐵路貨車配件信息管理系統功能模塊

（1） 貨車技術檔案

建立貨車包含新造—運用—檢修—報廢的全生命周期的貨車技術檔案，以及通過重新構建貨車配件基礎信息庫，對配件類型、生產單位、鑄造/熔煉號、制造年月查詢配件基礎信息，按配件編碼或者配件基礎信息查詢配件履歷信息，包括基本信息、裝車信息、檢修信息、運用信息和報廢信息。

（2） 配件故障分析

采用大數據技術[4]，統計分析貨車關鍵配件故障、磨耗數據，掌握配件運用檢修規律，指導車輛段職工重點維修，提高貨車運用檢修效率。

（3） 配件質量評價

根據配件在使用過程中故障的嚴重程度及發生頻率，追溯配件的源頭質量[5]，對配件生產廠家的生產水平進行評價。

（4） 到期預警

對即將到期的關鍵配件進行壽命到期預警提示，以便檢修人員重點關注。

（5） 報廢管理

實現貨車普通配件和高價互換配件報廢申請、鑒定、破壞處置等管理，建立報廢配件臺賬，從多種維度統計分析報廢配件。通過向HMIS 運用和檢修系統提供配件報廢信息，對報廢件進行卡控，有效杜絕報廢件回流運用車問題的發生。

（6） 重點督辦

查看國鐵集團重點督辦的貨車問題配件和結案狀態。

（7） 生產管理

按照實行壽命管理配件要求，自動評判壽命到期配件并推送至檢修單位；針對源頭質量問題配件，提供對同廠家同批次配件及裝車信息的檢索。

（8） 作業質量評價

對配件運用檢修后發生的5T 系統預警信息及列檢發現的運用故障進行統計分析，以便對車輛段檢修車間的作業質量進行評價。

（9） 基礎信息管理

提供對貨車主要配件種類、配件廠家、配件型號、配件材質等基礎信息的維護，建立特種車輛配件目錄，為配件全壽命周期技術管理、造修質量評價提供基礎數據支撐。

3 關鍵技術

3.1 關鍵貨車配件身份標識碼

以制造日期、制造單位、鑄造編號、型號屬性組成配件唯一身份標識碼，以此標識為紐帶，重構現有貨車新造、檢修、運用及報廢信息，建立配件全生命周期技術履歷庫。

關鍵配件唯一身份標識碼由配件種類代碼、制造單位、制造時間、配件型號和鑄造順序號組成，以阿拉伯數字（0~9）、大寫英文字母（A~Z）等36個字符為碼元。關鍵配件唯一身份標識碼的編碼規則如表1 所示。

表1 關鍵配件唯一身份標識碼的編碼規則

3.2 全生命周期履歷數據重構

圍繞貨車零部件全生命周期管理的需求，采用Web Services 技術，建立了與HMIS 和5T 系統交互的數據接口，實現了實時獲取與貨車關鍵配件相關的業務數據。根據唯一身份標識碼的編碼規則，對分散存儲在HMIS 和5T 系統的業務數據進行重構[6]，建立關鍵配件邏輯唯一編碼，并以邏輯唯一編碼為索引，與配件制造、運用、檢修、故障、安全監測、報廢等信息進行關聯。此外，還構建了貨車關鍵配件臺賬庫，提供按配件地制造單位、制造時間、鑄造/順序號進行檢索的功能，以便分析貨車關鍵配件的全壽命履歷信息。貨車關鍵配件“一件一檔”全生命周期履歷功能如圖4 所示。

圖4 貨車車軸全壽命履歷信息

3.3 廠家生產質量評價模型

通過對同種配件不同廠家相同生產時期的貨車主要零部件的故障演變規律分析，對配件廠家生產質量進行評價[7]。配件故障數據包括廠修故障、段修故障、臨修故障、典型故障等，按廠家質量質保期、廠段修周期、壽命期限劃分運用時段，從配件型號、材質這些方面分別統計同類配件不同廠家在各運用時段的故障發生率，并統計全部配件廠家的平均故障分布，形成某配件廠家與平均故障分布的對比分析。本文以鉤舌配件為例，通過對評價模型的構建與數據分析，合理評價廠家生產質量，如圖5 所示。

圖5 主要零部件（鉤舌）制造質量評價

3.4 車輪踏面磨耗規律分析

通過分析不同輪型、不同材質、不同制造廠家的車輪磨耗規律，為車輪設計制造、貨車修程修制改革提供輔助決策支撐。以貨車輪軸一、二、三、四級檢修采集的輪輞、輪緣和踏面歷次收入與支出尺寸數據為數據樣本，結合貨車走行里程數據，分析車輪不同部位磨耗值與運用時長、運用里程之間的關聯性。建立運用月磨耗率和運用萬公里磨耗率兩項指標和大數據技術來分析不同輪型、不同材質、不同廠家的輪輞、輪緣、踏面等部位的磨耗速率，以磨耗速率反映輪軸耐用性和質量優劣。貨車輪對磨耗規律分析功能如圖6 所示。

圖6 輪軸磨耗規律分析

3.5 超期服役與安全監測綜合預警

按照貨車零部件壽命管理要求，自動計算服役超期，同時采集列檢發現故障、走行里程信息、安全監測故障、批次質量問題等信息，為貨車維修提供重點信息。當列檢發出扣車票據或者車輛通過車輛段入口車號識別設備時，鐵路貨車配件信息管理系統能夠將上述集成信息自動推送至檢修車間，及時輔助相關人員制訂修車方案與物料配送計劃，實現貨車精準修，提高檢修效率。

4 結束語

鐵路貨車配件信息管理系統構建了關鍵配件“一件一檔”技術履歷庫，實現了對關鍵配件全生命周期信息的管理；通過集成超期服役和安全預警信息，指導現場檢修作業；深入挖掘配件性能在貨車檢修、運用中的變化規律，為貨車修程修制改革提供技術支撐。未來，將進一步優化鐵路貨車配件信息管理系統并將其推廣應用，實現鐵路貨車管理降本增效的目標。