兰州局机车“一轮一档”信息化建设的思考及实施

何 鹏1，谢 宣1，张 渝，赵 波，钱微冬

(1.中国铁路兰州局集团有限公司机务部，甘肃 兰州 730000；2.北京主导时代科技有限公司，北京 100070)

0 引言

轮对属于机车走行部的重要组成部分，其质量关系到整个列车的运行安全，轮对承载着机车的全部重量并与钢轨高速摩擦，恶劣的使用环境会导致轮对会出现擦伤、裂痕、磨损等，一旦出现较大的擦伤、裂损或者磨损导致部分指标不达标，可能发生严重的事故。因此，为保证机车的安全运行，需定期检修机车轮对，但随着机车数量的增加，轮对检修工作日益加重，轮对管理趋于复杂化，所以急需研究关于轮对健康的科学管理方式。

中国铁路兰州局集团有限公司通过现代通信及计算机等技术，实现整备检修、检测数据自动化采集，整备流程、整备质量逐步由人控向机控转变，使得机务整备大步向“能力适应、流程顺畅、设备先进、信息同步”的新时代迈进。

1 建设思路及目标

通过制定信息化数据接口规范，利用机务段的既有网络使入库动态检测设备、库内自动化检修设备、手持设备全面联网，构建中国铁路兰州局集团有限公司层面检测大数据分析平台，实现检测数据汇总、统一标准、规范管理，规范入库检修作业流程、报警数据闭环管理，实现检测设备网络化管理、性能评估分析，利用大数据分析诊断方法，提供机车维修策略及建议。该系统的具体建设目标如下。

1.1 实现数据自动交换和管理

利用现代通信技术、计算机软件技术采集LY轮对故障动态检测、LE车底图像监测、SJ受电弓动态检测、LHZ空心轴检测、LZM实心轴检测、手持等设备的检测数据，实现检测数据自动上传汇总和远程查看，超限报警数据闭环管理，检测数据可追溯管理。

1.2 实现轮对检修履历电子化管理

深入理解国家铁路集团公司管理办法、兰州局的管理办法，深入研究各检修流程和操作规定，将各检修作业抽象成系统功能，通过系统配置控制不同角色的功能，提升不同角色专业技能。如小辅修、镟修、落轮(换装)、中修、备品检修等机车检修履历电子化管理，方便数据分析及查询。

1.3 实现轮对检修流程规范化管理

通过将角色功能、角色权限等信息存储在数据库中，系统通过登录信息配置不同角色的权限，根据管理办法的规定进行流程控制，保证每一步都可靠准确实现轮对诊断及大数据分析。

1.4 实现轮对健康诊断数据分析

利用时间序列法与回归分析法、神经网络算法等数学模型结合大量基础数据实现基于大数据的缺陷发展规律总结及车轮磨耗趋势分析，建立到限模型，实现了到限时间及到限里程预测，实现机车关键部件(轮对)的寿命预警及机车健康状态的综合评价，为机车提供经济、可靠的运用维修策略。同时，利用大数据分析实现历史数据统计分析、数据关联分析(报警数据专家诊断)、机车运用环境(车型、线路等)综合分析、设备诊断等功能。

1.5 实现设备管理

通过建立相关设备档案，实时监控轮对检测设备运行状态，评估设备使用性能，提醒维护保养，保障轮对检测设备性能。

1.6 实现信息交互

通过提供标准信息化接口，可快速实现与其他系统的交互，如机车整备管理系统获取提票、提票报活记录，机车27系统获取机车走行里程信息，6 A系统获取走行部车载监测结果，减少人为因素导致的信息流失，同时提高分析人员工作效率。

2 系统建设

2.1 系统开发

机车健康管理“一轮一档”系统涉及到轮对运用检修各环节，主要对轮对技术质量、风险、物资、轮对履历档案、设备进行管理。

1)设备级传输协议的研究开发，采用标准化协议传输数据。考虑到接口的安全性、可靠性、实时性和维护便利性，数据传输软件与设备间采取Web Services和消息2种数据交换方式。采用WebService传输规范，用于各种自动化检修设备将检测的结果数据，传输到系统服务器的数据库中，供管理软件读取进行分析，同时设备软件也可通过本协议，从服务端获取轮对档案更新信息，以同步设备中的机车档案信息。利用DWR，将消息及时传递给接收人。可通过网页传送、邮寄发送和短信发送。例如系统下达小辅修计划，即可在下一秒通过网页消息提醒、邮寄、短信、手机APP等方式提示给作业人员，提高工作效率。文件上传通过flash+Open Office+Flex Paper Viewer实现。三大功能联合使用，实现了文件上传以及预览的功能。

2)海量数据存储研究开发，采用成熟的分布式数据库存储。着系统的不断运用及功能的扩展，系统数据将会日益庞大，单个磁盘根本无法满足系统对数据的存储空间、存储性能以及存储安全的要求。系统采用独立磁盘冗余阵列(Redundant Arrays of Independent Disks，RAID)技术，磁盘阵列由很多独立的磁盘，组合成一个容量巨大的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生加成效果提升整个磁盘系统效能。利用这项技术，将数据切割成许多区段，分别存放在各个硬盘上。

3)深入理解国家铁路集团有限公司、中国铁路兰州局集团有限公司机务系统的管理办法，研究各检修流程和操作规定，将各检修作业抽象成系统功能，通过系统配置控制不同角色的功能，提升不同角色专业技能。通过将角色功能、角色权限等信息存储在数据库中，系统通过登录信息配置不同角色的权限，根据管理办法的规定进行流程控制，保证每一步都可靠准确。

4)建立完善的一轮一档、机车轮对履历档案、技术卡片等档案信息，将轮对各状态动态管理且系统自动更新状态，自动添加轮对履历等档案信息。

5)数据库的设计研究开发，系统采用MySQL+mongoDB混合存储模式存放数据。MySQL对系统开发具有简单性、普及性、灵活性和可扩展性。随着业务的扩展，可以将任何部件当成对象处理，添加、删除非常方便灵活，具有很高的脱离性。在MySQL中，用于查询处理的数据库引擎和实际负责存储数据的存储引擎是相互独立的，对于每张数据表都可以采用不同的存储引擎。而mongoDB主要是支持大容量的存储，采取文档结构的存储方式能够更便捷的获取数据。

6)移动终端设备及相应的移动终端应用软件的设计开发，随时随地展现作业流程化管理。

机车健康管理“一轮一档”系统的架构如图1所示。

2.2 系统展示

1)机车轮对履历展示如图2所示。

2)检测棚、车轴检测数据上传汇总，如图3所示。

3)小辅修作业计划，如图4所示。

4)镟修计划，如图5所示。

5)轮对健康诊断分析功能，如图6所示。

图1 系统架构

(a)轮对档案管理

(b)检修履历管理

(a)检测棚LY检测记录

(b)车轴检测记录

(a)小辅修计划

(b)尺寸测量

图5 镟修管控

(a)轮径到限预测

(b)轮径寿命预警

3 运用效果

截至2019年10月1日，轮对健康“一轮一档”系统已成功运用于中国铁路兰州局集团有限公司机务系统，目前使用单位包括中国铁路兰州局集团有限公司机务部、局属3个机务段，服务于现场1 206台机车在役轮对和若干备品轮对的管理。利用大数据分析软件实现了报警数据轮对的远程诊断、综合分析，确保了检测数据的有效性及超限闭环控制管理。