和諧型電力機車車載數(shù)據(jù)處理及專家診斷系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用

　　摘要：文章介紹了和諧型電力機車車載數(shù)據(jù)處理及專家診斷系統(tǒng)開發(fā)的必要性、技術(shù)特征、結(jié)構(gòu)功能;基于和諧型電力機車數(shù)據(jù)資源在機車質(zhì)量控制中的作用，闡述了CMD系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)智能專家系統(tǒng)、外部系統(tǒng)三大部分實現(xiàn)的功能，對機車數(shù)據(jù)無線轉(zhuǎn)儲、數(shù)據(jù)處理、故障診斷、故障處置流程、方法等進行了系統(tǒng)介紹。

　　關(guān)鍵詞：機車數(shù)據(jù),處理,診斷分析,開發(fā)應(yīng)用

　　建筑方向論文投稿刊物：《電力機車與城軌車輛》(雙月刊)創(chuàng)刊于1978年，由中國南車集團株洲電力機車廠主辦。本刊面向鐵道干線電力機車、動車組與城市軌道車輛整車、配件和專用材料的研究、制造與運用單位面向相關(guān)單位的領(lǐng)導(dǎo)干部、專家學(xué)者和工程技術(shù)人員面向高等院校和中專學(xué)校相關(guān)專業(yè)師生。主要欄目：專題研究、綜述•評論、研究開發(fā)、制造技術(shù)、檢測•試驗、他山之石、運用檢修、技術(shù)動態(tài)。

　　1概述

　　和諧型電力機車是高度集成化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計的大功率新型電力機車，其車載數(shù)據(jù)資源的有效利用在故障診斷分析、保障機車運用安全、提升檢修維護效率等方面具有重要意義。隨著近年和諧型電力機車在全路廣泛配屬應(yīng)用，傳統(tǒng)人工數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲分析的數(shù)據(jù)處理方式弊端明顯，因此，開發(fā)基于智能化機車車載數(shù)據(jù)處理及診斷分析技術(shù)十分必要。

　　2系統(tǒng)開發(fā)的必要性、可行性分析

　　2018年10月，我段配屬客、貨運和諧型電力機車86臺，其中HXD1C型電力機車50臺，占和諧型電力機車的58.1%，為我段貨運主力機型，承擔(dān)徐州北至云臺山區(qū)段59對貨運列車牽引任務(wù)，約占我段貨運牽引任務(wù)的59%。

　　在系統(tǒng)開發(fā)前，我段機車每趟入庫采取人工上車使用筆記本電腦進行轉(zhuǎn)儲、數(shù)據(jù)分析人員人工梳理分析的數(shù)據(jù)處理方式，存在轉(zhuǎn)儲分析效率低，數(shù)據(jù)分析不準(zhǔn)確全面、信息反饋及響應(yīng)不及時等問題，既不利于機車故障隱患的防范，也制約機車檢修效率、運用效率的提升。

　　在硬件設(shè)施上，近年我段先后建立了標(biāo)準(zhǔn)化整備場、機車大數(shù)據(jù)分析室、機車在線地面檢測系統(tǒng)、整備安全監(jiān)控系統(tǒng)、整備作業(yè)管理平臺、機車檢修作業(yè)管理系統(tǒng)等機車自動化、信息化設(shè)施，具備兼容和支持機車數(shù)據(jù)處理及診斷系統(tǒng)開發(fā)的硬件條件�；�于以上條件，我段自2018年3月份開始，著手開發(fā)和諧型電力機車車載數(shù)據(jù)處理及專家診斷系統(tǒng)，截至2018年8月，項目已基本開發(fā)完成，9月份進入全面優(yōu)化調(diào)試階段，10月份進入試運行階段。

　　3技術(shù)特征及應(yīng)用功能

　　(1)應(yīng)用功能：和諧型電力機車車載數(shù)據(jù)處理及專家診斷系統(tǒng)實現(xiàn)車載數(shù)據(jù)無線轉(zhuǎn)儲、自主診斷分析及故障報修等功能，對機車TCMS數(shù)據(jù)、6A數(shù)據(jù)、LKJ數(shù)據(jù)等多系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析及故障診斷，充分發(fā)揮車載數(shù)據(jù)資源在機車故障診斷、精準(zhǔn)修車、保障安全方面的作用，并大幅減少人工操作。

　　(2)專家診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取不改變機車固有結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)組成，系統(tǒng)在獲取數(shù)據(jù)過程中，不對機車產(chǎn)生任何不良影響。

　　(3)專家診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)采用無線方式(兼顧人工轉(zhuǎn)儲方式)，無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍為段本部機車整備作業(yè)區(qū)。

　　(4)系統(tǒng)兼容windowsxp、windows7、windows8/10多種操作系統(tǒng)32位和64位應(yīng)用環(huán)境。

　　4數(shù)據(jù)處理及專家診斷系統(tǒng)構(gòu)成及功能

　　4.1數(shù)據(jù)處理及專家診斷系統(tǒng)框架由CMD系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)智能專家系統(tǒng)、外部系統(tǒng)三大部分構(gòu)成CMD系統(tǒng)：由數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲環(huán)節(jié)構(gòu)成。數(shù)據(jù)源主要是TCMS、LDP、6A系統(tǒng)、JK11430裝置等車載數(shù)據(jù)，通過WLAN轉(zhuǎn)儲、手持終端轉(zhuǎn)儲等方式進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲，將數(shù)據(jù)存儲在大數(shù)據(jù)平臺。

　　大數(shù)據(jù)智能專家系統(tǒng)：由大數(shù)據(jù)平臺(段數(shù)據(jù)服務(wù)器、大數(shù)據(jù)平臺、數(shù)據(jù)庫、協(xié)議解釋器等)和應(yīng)用平臺兩部分構(gòu)成，大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)算法與應(yīng)用平臺進行數(shù)據(jù)交換。專家系統(tǒng)應(yīng)用平臺：由數(shù)據(jù)清洗、管理分析、故障診斷、故障預(yù)警、應(yīng)急處置、健康評估、專家知識庫、算法組態(tài)、協(xié)議解釋器等應(yīng)用功能構(gòu)成，是對和諧機車故障診斷分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用的核心。外部系統(tǒng)：主要由車號識別系統(tǒng)、整備場整備系統(tǒng)、檢修系統(tǒng)、6A地面分析軟件、TCMS地面分析軟件、JK11430分析軟件等構(gòu)成。

　　以上三大部分構(gòu)成了數(shù)據(jù)處理及專家診斷系統(tǒng)的基本框架，以滿足我段HXD1C型大功率機車數(shù)據(jù)處理的需求。因第三部分我段在之前已逐步建立完成，因此本次開發(fā)的和諧型電力機車車載數(shù)據(jù)處理及專家診斷系統(tǒng)由CMD離線數(shù)據(jù)WLAN無線轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)和和諧型電力機車大數(shù)據(jù)專家診斷系統(tǒng)兩部分組成。

　　4.2CMD離線數(shù)據(jù)WLAN無線轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)

　　WLAN無線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲，該項功能是整個診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)，實現(xiàn)了機車數(shù)據(jù)從轉(zhuǎn)儲到解析的全過程自動化。CMD離線數(shù)據(jù)WLAN無線轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)主要由機車車載CMD系統(tǒng)、段WLAN下載專用網(wǎng)路由器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成。機車入段時首先進行車號識別，機車車載CMD系統(tǒng)接入段WLAN網(wǎng)絡(luò)，自動將6A、LKJ、LDP、TCMS等車載數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)儲(或手持終端進行人工轉(zhuǎn)儲)到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，實現(xiàn)了機車數(shù)據(jù)下載、解析、轉(zhuǎn)儲全過程自動化。

　　CMD車載設(shè)備與地面WLAN通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線下載、斷點續(xù)傳，下載總時間不超過20分鐘。下載的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)服務(wù)器中進行解析處理后，再轉(zhuǎn)儲到對應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器中，再通過大數(shù)據(jù)專家系統(tǒng)進行解析存儲，并自動通知機務(wù)段有權(quán)限的客戶端。內(nèi)容包括：當(dāng)前正在轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)文件詳情、進度;當(dāng)天入庫機車、正在轉(zhuǎn)儲機車、轉(zhuǎn)儲成功機車、歷史轉(zhuǎn)儲查詢功能。

　　4.3專家診斷系統(tǒng)平臺

　　(1)系統(tǒng)構(gòu)成：基于車載數(shù)據(jù)進行分析應(yīng)用，大數(shù)據(jù)專家診斷系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)主要由信息總覽、文件下載、故障診斷分析、機統(tǒng)6提票管理、統(tǒng)計與報表的自動生成、專家知識庫等，能實現(xiàn)機車數(shù)據(jù)WLAN自動下載、解析、轉(zhuǎn)儲，機車趟檢數(shù)據(jù)分析與診斷，機車歷史文件及故障處置情況查詢。數(shù)據(jù)下載與分析無需人工操作，并進行故障診斷。通過故障分類統(tǒng)計展示、故障統(tǒng)計表、故障百分比分布圖、故障次數(shù)統(tǒng)計圖、故障樹等形式呈現(xiàn)，并能與機車整備作業(yè)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。

　　(2)應(yīng)用功能。大數(shù)據(jù)專家診斷系統(tǒng)主要有以下功能：a.數(shù)據(jù)存儲與清洗功能。對當(dāng)前趟次數(shù)據(jù)自動快速解析和數(shù)據(jù)存儲，無需人工操作;根據(jù)故障時刻狀態(tài)數(shù)據(jù)以及前后相關(guān)的故障條目，對下載的TCMS數(shù)據(jù)中的眾多故障進行智能篩選與清洗，提煉需要處理的故障，智能屏蔽次生故障、庫內(nèi)試驗故障，實現(xiàn)將無效故障排除。b.故障分析與診斷。該項功能是整個診斷系統(tǒng)的核心功能。

　　專家診斷系統(tǒng)可實現(xiàn)對機車數(shù)據(jù)清洗之后的故障進行重點分析與診斷，根據(jù)診斷分析結(jié)果，提供詳細(xì)的波形分析、故障樹分析、處理手冊，并自動診斷故障原因，并實現(xiàn)與既有整備系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，提供機統(tǒng)6及故障處理措施。c.關(guān)聯(lián)分析。將故障信息與LKJ、6A及部分TCMS數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析。事件記錄需根據(jù)當(dāng)前故障進行相關(guān)事件記錄數(shù)據(jù)提取，事件記錄關(guān)聯(lián)分析需提供列表與波形多樣化方式展示，實現(xiàn)事件記錄(運行工況)的自動關(guān)聯(lián)診斷分析、結(jié)合故障特征自動關(guān)聯(lián)長時間運行工況。

　　d.故障處置。根據(jù)診斷結(jié)果，提供相應(yīng)故障物理定位、故障處理手冊，指導(dǎo)機車故障處理。e.關(guān)鍵動作部件壽命診斷。系統(tǒng)可以通過關(guān)鍵動作部件(主斷路器、接觸器、動作開關(guān)等部件)的累計動作次數(shù)和階段內(nèi)平均動作時間來判斷其動作性能，與技術(shù)規(guī)格書中額定參數(shù)進行比較，判斷其性能趨勢，提前主動給出預(yù)警。f.查詢、統(tǒng)計及報表:系統(tǒng)具有機車歷史文件查詢功能及機車故障處置情況查詢功能;并通過機統(tǒng)6提票管理，對機車臨修票提票、回票狀態(tài)進行統(tǒng)計與查詢，實現(xiàn)整個故障處理流程監(jiān)控，對變化情況進行持續(xù)跟蹤，為機車檢修技術(shù)管理提供數(shù)據(jù)支持及機車故障趨勢分析。

　　5專家診斷系統(tǒng)故障診斷分析流程

　　機車入庫后CMD離線數(shù)據(jù)WLAN無線轉(zhuǎn)儲系統(tǒng)自動將數(shù)據(jù)下載導(dǎo)入到專家系統(tǒng)中，專家系統(tǒng)對該機車本趟數(shù)據(jù)自動解析、清洗后在系統(tǒng)界面顯示，作業(yè)人員對“清洗后故障條數(shù)”進行確認(rèn)，如為0，則無需進行進一步分析;如不為0，則對該機車故障報警數(shù)據(jù)進行具體分析。點擊詳情欄查看按鈕，對該機車故障報警具體情況進行查看，通過機車數(shù)據(jù)記錄對故障原因進行確認(rèn)�？梢渣c擊處置手冊，了解故障產(chǎn)生的原因;點擊知識庫查看，根據(jù)檢修處理措施，對故障進行檢查處理。

　　6結(jié)束語

　　機車車載數(shù)據(jù)處理及專家診斷系統(tǒng)開發(fā)使用以來，在和諧機車故障診斷、預(yù)防、質(zhì)量控制工作中發(fā)揮了積極作用，特別在機車故障提前預(yù)判分析、安全隱患提前防控、故障精準(zhǔn)化處置方面作用明顯。在系統(tǒng)使用過程中，通過機車故障數(shù)據(jù)及診斷分析經(jīng)驗的積累，我們將對系統(tǒng)不斷優(yōu)化，完善機車故障信息清洗規(guī)則，使該系統(tǒng)達到最佳狀態(tài)，切實在我段機車故障診斷、質(zhì)量安全控制、提升檢修效率、修程修制改革等方面充分發(fā)揮好作用。

　　參考文獻：

　　[1]王小朋.基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的和諧機車智能檢修方案研究[J].鐵路計算機應(yīng)用，2019(02)：45-48.

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