中國機車監測與診斷系統（CMD 系統）數據深化應用研究

黃敏雷

（中車南京浦鎮車輛有限公司，南京 210031）

中國鐵路行業是國家交通運輸的重要組成部分，其機車是運輸的重要載體之一。隨著中國高鐵的迅猛發展，其優質高效的服務越來越被重視，在數字化轉型工作不斷深入的背景下，利用數據驅動產品技術發展和服務質量提升已成為當前重點發展和建設的工作。

中國機車監測與診斷系統（CMD 系統）是一種集機車運行數據采集、分析和診斷為一體的智能化監測系統，旨在提高機車運行的安全性和可靠性。CMD 系統作為機車動態大數據的采集、傳輸和綜合應用平臺，利用大量的數據采集技術和數據分析技術，對機車進行實時監測和分析。其建設構架技術路線為車載數據落地、數據挖掘利用，以及地面專家系統建設提供了技術實施基礎，從而幫助鐵路運輸企業實現對機車的智能化管理。

然而，傳統的CMD 系統只能對機車進行基本的監測和診斷，很難全面深入地分析機車的運行狀況和故障情況。隨著大數據技術的快速發展，CMD 系統所采集的數據量也在不斷增加。如何更好地利用這些數據，深入挖掘其中的信息，為機車的運行安全和維護管理提供更為有效的支持，也成為了當前研究的熱點之一。

近年來，軌道交通移動裝備技術和服務要求不斷提高，人們開始意識到將CMD 系統與數據深化應用相結合，將動車組運行過程中產生的各種數據進行收集、存儲、分析和應用，有助于優化列車的運行效率，提高服務質量和客戶滿意度。同時也響應“交通強國”的國家戰略，提高服務水平，快速響應服務需求，確保線上運行車組的安全、穩定和可靠運行。因此，利用CMD 系統的車載落地數據進行深度運用迫在眉睫。

1 CMD 系統概況

CMD 系統是由車載子系統、數據傳輸子系統、地面綜合應用子系統3 個部分構成的[1]。車載子系統包括LDP、北斗衛星導航系統、WLAN/4G 定位天線及相應的線纜。數據傳輸子系統由GPRS/4G、WLAN、北斗、MTUP、鐵路統一傳輸平臺、通信服務器和無線轉儲服務器等組成。地面綜合應用子系統則包括數據處理中心、綜合服務平臺、運行維護管理3 部分。

CMD 系統的主要功能是通過數據傳輸子系統將車載子系統采集到的數據傳輸到地面綜合應用子系統中進行處理和管理，以實現對機車運行狀態的監測和故障診斷。其中，數據處理中心是整個系統的核心部分，負責對接收到的數據進行分析和處理，并向綜合服務平臺提供相關信息和建議，以便進行運行維護管理。

2 CMD 系統數據深化應用方案

車載CMD 系統是機車數據的傳輸中樞，負責采集、匯總和傳輸列車運行監控裝置（LKJ）、機車車載安全防護系統（6A）、列車控制與管理系統（TCMS）、鐵路客車運行安全監控系統（TCDS）及北斗等系統的實時數據和存儲數據，車載CMD 系統將上述數據信息通過公網傳輸到鐵路總公司數據中心，再由數據中心將數據解析并轉發到各個主機廠。車載實時數據落地到主機廠的過程如圖1所示。

圖1 CMD 數據落地過程圖

數據落地后，主機企業通過搭建CMD 數據處理平臺，對CMD 數據進行接收、加解密和回傳，可以進行遠程實時應急處置、即時故障分析反饋、可靠性分析報告、PHM專家系統建設及數據和功能校驗5 個方面的數據運用。

2.1 遠程實時應急處置

線上故障遠程實時應急處置針對線上運行的車輛，在發生影響車輛正常運行的故障時，主機廠技術支持人員通過落地主機廠的CMD 系統數據進行快速分析，及時研判，給出應急處置建議。通過CMD 系統將建議推送至用戶，用于用戶的線上故障應急指揮參考。

主機廠獲取需要介入并提供應急指揮的場景有3個：一是通過主機廠提供給用戶的應急指揮聯系方式，用戶通過電話聯系主機廠應急指揮人員以獲取應急指揮建議信息，稱為“被動”應急指揮。二是用戶應急指揮中心通過用戶CMD 系統、監控系統等數據，以及隨車機械師或乘務員的線上運用信息反饋的情況，在獲取線上運行車輛故障信息后，用戶在其應急指揮中心將應急指揮技術支持需求信息通過CMD 平臺推送至主機廠，主機廠收到CMD 推送的需求信息后在系統中及時回傳應急指揮建議，稱為“半主動”應急指揮。三是通過落地在主機廠內的CMD 系統數據，綜合車輛速度、公里標、網壓和網流等狀態數據，以及車輛實時故障數據，智能識別到需要線上運行故障車輛，并主動提供應急指揮建議，稱為“主動”應急指揮。

根據當前實際情況和技術狀態，系統運用前期可針對場景一和場景二進行應急指揮成果回傳，在系統不斷建設研究并完善后，可逐步實現場景三的智能報警并主動回傳應急指揮建議。

針對場景一，為實現用戶準確掌握主機廠應急指揮技術人員聯系信息，主機廠可以通過數據運用平臺向用戶回傳應急指揮技術人員的信息，并動態更新。

針對場景二，由用戶通過系統觸發的應急指揮，用戶CMD 系統需要具備向主機廠發生需求的功能。同時，為實現主機廠技術資源合理高效運用，建議用戶自身建立發起應急指揮需求的相關制度流程，明確需要發起應急指揮的具體場景。為不斷提高主機廠的應急處置建議的準確性，在當次應急指揮結束后，建議用戶將本次應急指揮實際情況反饋回主機廠。

線上故障應急處置建議成果回傳業務流程如圖2—4 所示。

圖2 場景一“被動”應急指揮業務流程圖

圖3 場景二“半主動”應急指揮業務流程圖

圖4 場景三“主動”應急指揮業務流程圖

2.2 即時故障分析反饋

針對動車組的線上運用故障，特別是引起機破、安監類的故障，為支持用戶快速掌握故障詳細原因、制定故障處理方案及車組后續生產計劃，主機廠利用自身的技術優勢及CMD 系統數據，在車組回庫前快速給出初步原因分析報告，并在車組回庫后給出最終故障原因報告，將相關分析報告通過CMD 系統回傳給用戶。

當前，擬定需要觸發主機廠進行故障分析報告回傳的場景為線上故障，主要是針對引起機破、安監類的故障，需要通過用戶CMD 系統每天及時準確推送機破、安監類故障信息至主機廠，主機廠針對該類故障完成故障分析報告編寫并回傳。

考慮到系統推送的機破、安監類故障推送可能存在延遲或丟失的情況，系統需要具備主機廠主動推送故障分析報告的功能。按照動車組線上運用問題不過夜的原則，故障分析報告回傳原則上要求于次日7 點前提交初版分析報告，待故障原因確定后，再回傳終版分析報告，用戶可以針對終版分析報告進行審核。除機破、安監類故障需強制觸發回傳報告外，主機廠也可主動推送其他類故障報告。

即時故障分析業務流程如圖5 所示。

圖5 即時故障分析業務流程圖

2.3 可靠性分析報告

通過CMD 系統將當前動力集中動車組相關車載數據在主機廠內落地，對高壓系統、制動系統、走行部系統和車門系統等方面進行部件工作負荷的統計分析，結合統計數據和設備故障數據，研究設定各部件工作狀態的故障預警值，對實時工作的設備參數進行監測并評估其可靠性。主機廠將可靠性評估成果回傳給用戶，用戶可參考主機廠對系統或部件的可靠性評估成果制定檢修和維護方案，用戶也可結合實際檢修維護情況，對主機廠的可靠性評估結論的合理性和可靠性反饋意見。

當前擬定需要進行可靠性分析報告回傳的場景為主機廠主動觸發，先期確定回傳的數據接口，在各主機廠可靠性分析模型建設完善并具有一定準確性后，通過數據回傳接口將成果回傳至用戶。

可靠性分析報告及部件預警信息回傳業務流程如圖6 所示。

圖6 可靠性分析報告回傳流程圖

2.4 PHM 專家系統建設

PHM 模型在主機廠數據系統內進行分析運用，將具備較高準確率的成熟模型的模型字典通過接口回傳至CMD 系統，該模型產生的實時預警信息作為推送信息，通過CMD 系統共享給用戶運用。用戶收到預警信息可根據處置建議采取對應處置，最后將處置結果反饋主機廠形成閉環，為主機廠修正、升級模型提供數據支撐。

當前擬定需要進行PHM 專家系統分析回傳的場景為主機廠主動觸發，先期確定回傳的數據接口，在各主機廠PHM 分析模型建設完善并具有一定準確性后，通過數據回傳接口將成果回傳至用戶。

基于當前車載系統或部件PHM 專家系統研究現狀，電力動力車、內燃動力車及拖車基于自身技術特點開展PHM 專家系統建設，如通過開發車門故障統計、軸溫趨勢分析、制動缸異常預警、車門狀態監控和故障提醒、轉向架平穩性監測及絕緣監測預警等算法模型，將故障預測結果回傳到CMD 系統，為主動服務提供技術支撐。

PHM 專家系統回傳業務流程如圖7 所示。

圖7 PHM 專家系統回傳業務流程圖

PHM 專家系統建設效果如圖8 所示。

圖8 PHM 專家系統建設效果圖

2.5 數據和功能校核

數據校驗從數據源的本身來說分為2 個部分：一是狀態數據校驗，二是故障信息數據校驗。從校驗的工作內容來說主要包括以下2 個方面：一是主機廠拿到的數據和車載數據的一致性校驗，也就是所述的數據準確性校驗；二是主機廠拿到了和車載實際一樣的數據，但是報出的是故障數據的準確性和合理性校驗，也就是所述的功能校驗，這里僅針對故障信息數據。

主機拿到的數據和車載數據不一致，可能的原因有主機廠自己解析錯誤、數據中心的數據解析和接口轉發過程問題、車載CMD 系統因自身問題往地面發錯誤數據，以及車載CMD 系統協議問題導致錯誤地轉儲了數據。因此，主機廠提出的需要校驗的狀態數據或故障數據，需要相關單位共同從以上鏈路進行排查校準。

當前，數據校驗工作觸發的場景為主機廠數據運用人員日常數據運用過程中發現數據不一致或數據準確性問題，人為主動推送數據校驗信息。主機廠提出的需要校驗的狀態數據或故障數據，進行反饋的同時，需要產品設計人員優化控制軟件。數據和功能校核成果回傳業務流程如圖9 所示。數據和功能校核應用效果如圖10 所示。

圖9 數據和功能校核成果回傳業務流程圖

圖10 數據和功能校核應用效果圖

3 結束語

由于CMD 數據跨局回傳采用車輛段到鐵路總公司的方案，涉及跨段傳輸且車載數據落地總公司數據中心后再回傳給各個主機廠，數據體量較大，當數據過多時會給網絡帶寬帶來壓力[2]，在數據落地時會出現數據延遲、數據丟失、數據堆積等現象，會影響到數據落地的應用效果。

未來希望數據中心優化數據解析和轉發程序，提高車載落地數據的實時性、準確性、完整性。通過提高數據質量和數據運用挖掘，將CMD 系統的數據價值最大化利用，以數據驅動產品與服務，實現主機廠的設計質量提升，實現用戶對產品的運、管、修質量全面提升。