中國機(jī)車監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（CMD 系統(tǒng)）數(shù)據(jù)深化應(yīng)用研究

黃敏雷

（中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，南京 210031）

中國鐵路行業(yè)是國家交通運輸?shù)闹匾M成部分，其機(jī)車是運輸?shù)闹匾d體之一。隨著中國高鐵的迅猛發(fā)展，其優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)越來越被重視，在數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作不斷深入的背景下，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展和服務(wù)質(zhì)量提升已成為當(dāng)前重點發(fā)展和建設(shè)的工作。

中國機(jī)車監(jiān)測與診斷系統(tǒng)（CMD 系統(tǒng)）是一種集機(jī)車運行數(shù)據(jù)采集、分析和診斷為一體的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，旨在提高機(jī)車運行的安全性和可靠性。CMD 系統(tǒng)作為機(jī)車動態(tài)大數(shù)據(jù)的采集、傳輸和綜合應(yīng)用平臺，利用大量的數(shù)據(jù)采集技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對機(jī)車進(jìn)行實時監(jiān)測和分析。其建設(shè)構(gòu)架技術(shù)路線為車載數(shù)據(jù)落地、數(shù)據(jù)挖掘利用，以及地面專家系統(tǒng)建設(shè)提供了技術(shù)實施基礎(chǔ)，從而幫助鐵路運輸企業(yè)實現(xiàn)對機(jī)車的智能化管理。

然而，傳統(tǒng)的CMD 系統(tǒng)只能對機(jī)車進(jìn)行基本的監(jiān)測和診斷，很難全面深入地分析機(jī)車的運行狀況和故障情況。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，CMD 系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)量也在不斷增加。如何更好地利用這些數(shù)據(jù)，深入挖掘其中的信息，為機(jī)車的運行安全和維護(hù)管理提供更為有效的支持，也成為了當(dāng)前研究的熱點之一。

近年來，軌道交通移動裝備技術(shù)和服務(wù)要求不斷提高，人們開始意識到將CMD 系統(tǒng)與數(shù)據(jù)深化應(yīng)用相結(jié)合，將動車組運行過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲、分析和應(yīng)用，有助于優(yōu)化列車的運行效率，提高服務(wù)質(zhì)量和客戶滿意度。同時也響應(yīng)“交通強(qiáng)國”的國家戰(zhàn)略，提高服務(wù)水平，快速響應(yīng)服務(wù)需求，確保線上運行車組的安全、穩(wěn)定和可靠運行。因此，利用CMD 系統(tǒng)的車載落地數(shù)據(jù)進(jìn)行深度運用迫在眉睫。

1 CMD 系統(tǒng)概況

CMD 系統(tǒng)是由車載子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)3 個部分構(gòu)成的[1]。車載子系統(tǒng)包括LDP、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、WLAN/4G 定位天線及相應(yīng)的線纜。數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)由GPRS/4G、WLAN、北斗、MTUP、鐵路統(tǒng)一傳輸平臺、通信服務(wù)器和無線轉(zhuǎn)儲服務(wù)器等組成。地面綜合應(yīng)用子系統(tǒng)則包括數(shù)據(jù)處理中心、綜合服務(wù)平臺、運行維護(hù)管理3 部分。

CMD 系統(tǒng)的主要功能是通過數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)將車載子系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婢C合應(yīng)用子系統(tǒng)中進(jìn)行處理和管理，以實現(xiàn)對機(jī)車運行狀態(tài)的監(jiān)測和故障診斷。其中，數(shù)據(jù)處理中心是整個系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并向綜合服務(wù)平臺提供相關(guān)信息和建議，以便進(jìn)行運行維護(hù)管理。

2 CMD 系統(tǒng)數(shù)據(jù)深化應(yīng)用方案

車載CMD 系統(tǒng)是機(jī)車數(shù)據(jù)的傳輸中樞，負(fù)責(zé)采集、匯總和傳輸列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）、機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)（6A）、列車控制與管理系統(tǒng)（TCMS）、鐵路客車運行安全監(jiān)控系統(tǒng)（TCDS）及北斗等系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)，車載CMD 系統(tǒng)將上述數(shù)據(jù)信息通過公網(wǎng)傳輸?shù)借F路總公司數(shù)據(jù)中心，再由數(shù)據(jù)中心將數(shù)據(jù)解析并轉(zhuǎn)發(fā)到各個主機(jī)廠。車載實時數(shù)據(jù)落地到主機(jī)廠的過程如圖1所示。

圖1 CMD 數(shù)據(jù)落地過程圖

數(shù)據(jù)落地后，主機(jī)企業(yè)通過搭建CMD 數(shù)據(jù)處理平臺，對CMD 數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、加解密和回傳，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程實時應(yīng)急處置、即時故障分析反饋、可靠性分析報告、PHM專家系統(tǒng)建設(shè)及數(shù)據(jù)和功能校驗5 個方面的數(shù)據(jù)運用。

2.1 遠(yuǎn)程實時應(yīng)急處置

線上故障遠(yuǎn)程實時應(yīng)急處置針對線上運行的車輛，在發(fā)生影響車輛正常運行的故障時，主機(jī)廠技術(shù)支持人員通過落地主機(jī)廠的CMD 系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析，及時研判，給出應(yīng)急處置建議。通過CMD 系統(tǒng)將建議推送至用戶，用于用戶的線上故障應(yīng)急指揮參考。

主機(jī)廠獲取需要介入并提供應(yīng)急指揮的場景有3個：一是通過主機(jī)廠提供給用戶的應(yīng)急指揮聯(lián)系方式，用戶通過電話聯(lián)系主機(jī)廠應(yīng)急指揮人員以獲取應(yīng)急指揮建議信息，稱為“被動”應(yīng)急指揮。二是用戶應(yīng)急指揮中心通過用戶CMD 系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等數(shù)據(jù)，以及隨車機(jī)械師或乘務(wù)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(yīng)急指揮中心將應(yīng)急指揮技術(shù)支持需求信息通過CMD 平臺推送至主機(jī)廠，主機(jī)廠收到CMD 推送的需求信息后在系統(tǒng)中及時回傳應(yīng)急指揮建議，稱為“半主動”應(yīng)急指揮。三是通過落地在主機(jī)廠內(nèi)的CMD 系統(tǒng)數(shù)據(jù)，綜合車輛速度、公里標(biāo)、網(wǎng)壓和網(wǎng)流等狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及車輛實時故障數(shù)據(jù)，智能識別到需要線上運行故障車輛，并主動提供應(yīng)急指揮建議，稱為“主動”應(yīng)急指揮。

根據(jù)當(dāng)前實際情況和技術(shù)狀態(tài)，系統(tǒng)運用前期可針對場景一和場景二進(jìn)行應(yīng)急指揮成果回傳，在系統(tǒng)不斷建設(shè)研究并完善后，可逐步實現(xiàn)場景三的智能報警并主動回傳應(yīng)急指揮建議。

針對場景一，為實現(xiàn)用戶準(zhǔn)確掌握主機(jī)廠應(yīng)急指揮技術(shù)人員聯(lián)系信息，主機(jī)廠可以通過數(shù)據(jù)運用平臺向用戶回傳應(yīng)急指揮技術(shù)人員的信息，并動態(tài)更新。

針對場景二，由用戶通過系統(tǒng)觸發(fā)的應(yīng)急指揮，用戶CMD 系統(tǒng)需要具備向主機(jī)廠發(fā)生需求的功能。同時，為實現(xiàn)主機(jī)廠技術(shù)資源合理高效運用，建議用戶自身建立發(fā)起應(yīng)急指揮需求的相關(guān)制度流程，明確需要發(fā)起應(yīng)急指揮的具體場景。為不斷提高主機(jī)廠的應(yīng)急處置建議的準(zhǔn)確性，在當(dāng)次應(yīng)急指揮結(jié)束后，建議用戶將本次應(yīng)急指揮實際情況反饋回主機(jī)廠。

線上故障應(yīng)急處置建議成果回傳業(yè)務(wù)流程如圖2—4 所示。

圖2 場景一“被動”應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)流程圖

圖3 場景二“半主動”應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)流程圖

圖4 場景三“主動”應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)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(jī)破、安監(jiān)類的故障，為支持用戶快速掌握故障詳細(xì)原因、制定故障處理方案及車組后續(xù)生產(chǎn)計劃，主機(jī)廠利用自身的技術(shù)優(yōu)勢及CMD 系統(tǒng)數(shù)據(jù)，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(guān)分析報告通過CMD 系統(tǒng)回傳給用戶。

當(dāng)前，擬定需要觸發(fā)主機(jī)廠進(jìn)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(jī)破、安監(jiān)類的故障，需要通過用戶CMD 系統(tǒng)每天及時準(zhǔn)確推送機(jī)破、安監(jiān)類故障信息至主機(jī)廠，主機(jī)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(tǒng)推送的機(jī)破、安監(jiān)類故障推送可能存在延遲或丟失的情況，系統(tǒng)需要具備主機(jī)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(jìn)行審核。除機(jī)破、安監(jiān)類故障需強(qiáng)制觸發(fā)回傳報告外，主機(jī)廠也可主動推送其他類故障報告。

即時故障分析業(yè)務(wù)流程如圖5 所示。

圖5 即時故障分析業(yè)務(wù)流程圖

2.3 可靠性分析報告

通過CMD 系統(tǒng)將當(dāng)前動力集中動車組相關(guān)車載數(shù)據(jù)在主機(jī)廠內(nèi)落地，對高壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、走行部系統(tǒng)和車門系統(tǒng)等方面進(jìn)行部件工作負(fù)荷的統(tǒng)計分析，結(jié)合統(tǒng)計數(shù)據(jù)和設(shè)備故障數(shù)據(jù)，研究設(shè)定各部件工作狀態(tài)的故障預(yù)警值，對實時工作的設(shè)備參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測并評估其可靠性。主機(jī)廠將可靠性評估成果回傳給用戶，用戶可參考主機(jī)廠對系統(tǒng)或部件的可靠性評估成果制定檢修和維護(hù)方案，用戶也可結(jié)合實際檢修維護(hù)情況，對主機(jī)廠的可靠性評估結(jié)論的合理性和可靠性反饋意見。

當(dāng)前擬定需要進(jìn)行可靠性分析報告回傳的場景為主機(jī)廠主動觸發(fā)，先期確定回傳的數(shù)據(jù)接口，在各主機(jī)廠可靠性分析模型建設(shè)完善并具有一定準(zhǔn)確性后，通過數(shù)據(jù)回傳接口將成果回傳至用戶。

可靠性分析報告及部件預(yù)警信息回傳業(yè)務(wù)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(tǒng)建設(shè)

PHM 模型在主機(jī)廠數(shù)據(jù)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行分析運用，將具備較高準(zhǔn)確率的成熟模型的模型字典通過接口回傳至CMD 系統(tǒng)，該模型產(chǎn)生的實時預(yù)警信息作為推送信息，通過CMD 系統(tǒng)共享給用戶運用。用戶收到預(yù)警信息可根據(jù)處置建議采取對應(yīng)處置，最后將處置結(jié)果反饋主機(jī)廠形成閉環(huán)，為主機(jī)廠修正、升級模型提供數(shù)據(jù)支撐。

當(dāng)前擬定需要進(jìn)行PHM 專家系統(tǒng)分析回傳的場景為主機(jī)廠主動觸發(fā)，先期確定回傳的數(shù)據(jù)接口，在各主機(jī)廠PHM 分析模型建設(shè)完善并具有一定準(zhǔn)確性后，通過數(shù)據(jù)回傳接口將成果回傳至用戶。

基于當(dāng)前車載系統(tǒng)或部件PHM 專家系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，電力動力車、內(nèi)燃動力車及拖車基于自身技術(shù)特點開展PHM 專家系統(tǒng)建設(shè)，如通過開發(fā)車門故障統(tǒng)計、軸溫趨勢分析、制動缸異常預(yù)警、車門狀態(tài)監(jiān)控和故障提醒、轉(zhuǎn)向架平穩(wěn)性監(jiān)測及絕緣監(jiān)測預(yù)警等算法模型，將故障預(yù)測結(jié)果回傳到CMD 系統(tǒng)，為主動服務(wù)提供技術(shù)支撐。

PHM 專家系統(tǒng)回傳業(yè)務(wù)流程如圖7 所示。

圖7 PHM 專家系統(tǒng)回傳業(yè)務(wù)流程圖

PHM 專家系統(tǒng)建設(shè)效果如圖8 所示。

圖8 PHM 專家系統(tǒng)建設(shè)效果圖

2.5 數(shù)據(jù)和功能校核

數(shù)據(jù)校驗從數(shù)據(jù)源的本身來說分為2 個部分：一是狀態(tài)數(shù)據(jù)校驗，二是故障信息數(shù)據(jù)校驗。從校驗的工作內(nèi)容來說主要包括以下2 個方面：一是主機(jī)廠拿到的數(shù)據(jù)和車載數(shù)據(jù)的一致性校驗，也就是所述的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性校驗；二是主機(jī)廠拿到了和車載實際一樣的數(shù)據(jù)，但是報出的是故障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(shù)據(jù)。

主機(jī)拿到的數(shù)據(jù)和車載數(shù)據(jù)不一致，可能的原因有主機(jī)廠自己解析錯誤、數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)解析和接口轉(zhuǎn)發(fā)過程問題、車載CMD 系統(tǒng)因自身問題往地面發(fā)錯誤數(shù)據(jù)，以及車載CMD 系統(tǒng)協(xié)議問題導(dǎo)致錯誤地轉(zhuǎn)儲了數(shù)據(jù)。因此，主機(jī)廠提出的需要校驗的狀態(tài)數(shù)據(jù)或故障數(shù)據(jù)，需要相關(guān)單位共同從以上鏈路進(jìn)行排查校準(zhǔn)。

當(dāng)前，數(shù)據(jù)校驗工作觸發(fā)的場景為主機(jī)廠數(shù)據(jù)運用人員日常數(shù)據(jù)運用過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致或數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性問題，人為主動推送數(shù)據(jù)校驗信息。主機(jī)廠提出的需要校驗的狀態(tài)數(shù)據(jù)或故障數(shù)據(jù)，進(jìn)行反饋的同時，需要產(chǎn)品設(shè)計人員優(yōu)化控制軟件。數(shù)據(jù)和功能校核成果回傳業(yè)務(wù)流程如圖9 所示。數(shù)據(jù)和功能校核應(yīng)用效果如圖10 所示。

圖9 數(shù)據(jù)和功能校核成果回傳業(yè)務(wù)流程圖

圖10 數(shù)據(jù)和功能校核應(yīng)用效果圖

3 結(jié)束語

由于CMD 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)落地總公司數(shù)據(jù)中心后再回傳給各個主機(jī)廠，數(shù)據(jù)體量較大，當(dāng)數(shù)據(jù)過多時會給網(wǎng)絡(luò)帶寬帶來壓力[2]，在數(shù)據(jù)落地時會出現(xiàn)數(shù)據(jù)延遲、數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)堆積等現(xiàn)象，會影響到數(shù)據(jù)落地的應(yīng)用效果。

未來希望數(shù)據(jù)中心優(yōu)化數(shù)據(jù)解析和轉(zhuǎn)發(fā)程序，提高車載落地數(shù)據(jù)的實時性、準(zhǔn)確性、完整性。通過提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)運用挖掘，將CMD 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)價值最大化利用，以數(shù)據(jù)驅(qū)動產(chǎn)品與服務(wù)，實現(xiàn)主機(jī)廠的設(shè)計質(zhì)量提升，實現(xiàn)用戶對產(chǎn)品的運、管、修質(zhì)量全面提升。