車輛THDS設(shè)備狀態(tài)修輔助系統(tǒng)方案設(shè)計研究

馬治國

（大秦鐵路股份有限公司湖東車輛段，山西大同037005）

1 引言

THDS是重要的地對車安全監(jiān)控設(shè)備，歷經(jīng)了近30年的技術(shù)發(fā)展過程。隨著鐵路的發(fā)展和生產(chǎn)、運營及管理方式的不斷改革，THDS的設(shè)備應(yīng)用和管理也在不斷變化。近年來，總公司明確提出“天窗修”和減少人員上線的要求，檢修方式由原來的半月檢到月檢再發(fā)展到雙月檢，檢修方式的變化對THDS設(shè)備現(xiàn)有的維修、維護制度及故障處理方式和手段提出了新的挑戰(zhàn)。為適應(yīng)這些需求的變化，需要利用新的技術(shù)手段，實現(xiàn)新的功能，增強整個紅外線系統(tǒng)的“自我檢測、自我分析、自我診斷、自我調(diào)整”的能力，達到智能化設(shè)備管理的目的。因此需要結(jié)合THDS檢修變化實際，開發(fā)一套THDS設(shè)備狀態(tài)修輔助系統(tǒng)，利用人工智能技術(shù)，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，智能分析為手段，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的全面智能化在線式診斷，將故障預(yù)防和處置關(guān)口前移。通過科學(xué)監(jiān)測與診斷結(jié)果，對設(shè)備檢修提供決策依據(jù),為運維管理提供全新的技術(shù)基礎(chǔ)和管理手段，在保證設(shè)備可靠運行同時，提高設(shè)備管理能力和效率,改革傳統(tǒng)檢修方法，為THDS設(shè)備從定期檢到狀態(tài)修發(fā)展提供技術(shù)基礎(chǔ)，適應(yīng)總公司對減少人員線路施工和“天窗修”的管理要求。

2 方案設(shè)計

2.1 在線式設(shè)備不間斷自檢及趨勢分析

THDS設(shè)備在設(shè)計時，采用了定時自動檢測關(guān)鍵設(shè)備指標的技術(shù)，系統(tǒng)檢測項多達21項。這些指標是設(shè)備的“體征”，正是基于這樣的數(shù)據(jù)，狀態(tài)修輔助系統(tǒng)可實時掌握設(shè)備狀態(tài)的每一次細微波動，實現(xiàn)對設(shè)備的不間斷追蹤“體檢”?！绑w檢”結(jié)果可以實時預(yù)警，并且采用直觀的“趨勢曲線”的模式展示分析結(jié)果。在設(shè)備未預(yù)報故障時，趨勢分析是有效判斷設(shè)備狀態(tài)變化的手段之一。通過對趨勢曲線進行分析，查看曲線變化和參數(shù)跳變情況，對狀態(tài)進行趨勢性的分析和預(yù)測，達到早期發(fā)現(xiàn)故障苗頭，提前處理的目的。

2.2 設(shè)備狀態(tài)的智能診斷和早期預(yù)警

設(shè)備在使用過程中，除了設(shè)備本身自檢數(shù)據(jù)之外，還會產(chǎn)生大量的過車數(shù)據(jù)以及其他的輔助數(shù)據(jù)（如設(shè)備狀態(tài)、曲線信息）。就如一個人要判斷一個設(shè)備的狀態(tài)好壞，要依托自己對設(shè)備的深入認知，同樣，一個系統(tǒng)要能實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的智能診斷，實際上就是將人對設(shè)備的認知和判斷，通過計算機來實現(xiàn)，這實際上是人工智能的一種基本技術(shù)，即知識表示與知識庫技術(shù)。THDS設(shè)備狀態(tài)修輔助系統(tǒng)通過建立設(shè)備狀態(tài)專家知識庫，并利用知識庫對設(shè)備狀態(tài)的現(xiàn)狀進行知識推理，結(jié)合大數(shù)據(jù)的深度分析，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的在線診斷并預(yù)警。智能診斷分析預(yù)警類可達22項內(nèi)容。

2.3 設(shè)備狀態(tài)信息統(tǒng)計及分析

報表統(tǒng)計功能主要對設(shè)備狀態(tài)信息及過車信息進行自動匯總和統(tǒng)計，為現(xiàn)場故障處理提供參考依據(jù)和處理手段和方法。匯總表猶如一個人的“體檢表”，它直觀地展示了設(shè)備的“健康狀態(tài)”。報表中會針對各類狀態(tài)提供有效的參考信息，為維修人員提供有力的輔助性決策和方法。正是借助于這張體檢表，THDS設(shè)備狀態(tài)修輔助系統(tǒng)可以實現(xiàn)對設(shè)備關(guān)鍵指標的“日日檢”。

此外，狀態(tài)修還應(yīng)提供單站狀態(tài)匯總和過車報表統(tǒng)計功能。報表統(tǒng)計功能清晰反映探測站在一定時間段內(nèi)（由使用者選擇）的故障信息、相應(yīng)累計次數(shù)及參考故障原因等信息，管理及維修人員可快速通過該報表獲取某段時間所發(fā)生的故障及設(shè)備當前的運行狀態(tài)并進行針對性的處理。

設(shè)備狀態(tài)分析是對設(shè)備預(yù)報的故障或異常狀態(tài)進行更深入的數(shù)據(jù)分析，管理及運維人員可以利用THDS設(shè)備狀態(tài)修輔助系統(tǒng)對歷史信息進行挖掘，分析故障成因，制定處理預(yù)案，以便維修人員有針對性、及時地進行問題處理。

2.4 設(shè)備遠程控制及修復(fù)功能

THDS設(shè)備狀態(tài)修輔助系統(tǒng)可以利用硬件冗余和多元化的遠程控制功能，實現(xiàn)對設(shè)備關(guān)鍵功能點的全方位檢測、遠程修復(fù)以及故障處置。為豐富對設(shè)備的維修、管理等技術(shù)手段，系統(tǒng)結(jié)合探測站共同作用，可以為維修人員提供了一系列遠程控制和操控功能，為維修人員進一步判斷設(shè)備故障，提供有效的技術(shù)手段。

2.4.1 熱敏定標和光子校曲線

對熱敏探頭進行遠程定標，對比熱靶溫度和探頭溫度，通過動態(tài)調(diào)整補償參數(shù)，達到提高探頭精度的目的，此功能實現(xiàn)后可大大減少了人員上線的時間，實現(xiàn)了動態(tài)調(diào)整探頭性能的功能。通過對光子探頭進行校曲線操作，與歷史匹配曲線進行對比，判斷光子探頭及熱靶的性能，通過動態(tài)調(diào)整光子補償參數(shù)，提高探頭精度。

2.4.2 關(guān)鍵指標的動態(tài)檢測

對于設(shè)備的一些指標的檢測，需要人工參與（如有的指標的檢測需要較長時間，需要確保在檢測時沒有列車通過），對設(shè)備部件進行全方位的檢測，以查看設(shè)備各部件的當前運行狀態(tài)，為維修人員現(xiàn)場處理提供有效的參考依據(jù)和有力的數(shù)據(jù)支持。可納入系統(tǒng)遠程檢測項多達22項。

2.4.3 其他重要的遠程修復(fù)手段

此外系統(tǒng)還應(yīng)具備延時點調(diào)整、遠程刪除曲線以及速度調(diào)整等功能。其中，延時點調(diào)整是對499設(shè)備進行遠程延時點調(diào)整，動態(tài)設(shè)置延時點參數(shù)，修正探測角度；刪除曲線是對錯誤或異常曲線進行手動清除；速度調(diào)整是通過動態(tài)調(diào)整速度參數(shù)的方式，調(diào)整探測角度。

2.5 板件信息化全生命周期管理

板件管理可以實現(xiàn)對設(shè)備板件的全生命周期管理，利用信息化手段提升管理水平，智能化管控板件質(zhì)量。系統(tǒng)應(yīng)可以追蹤每一塊板件的使用情況，并智能追蹤板件的狀態(tài)，避免故障板件管理不善、維修不當帶來的故障重復(fù)出現(xiàn)和處置不當。

板件管理是通過條碼、RFID技術(shù)對板件所有設(shè)備單元（板件）實現(xiàn)統(tǒng)一標準、唯一的編碼，并依據(jù)建立的設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)紅外線設(shè)備的板件在生產(chǎn)、出廠、入庫、出庫及使用過程中的全流程管理。并可實現(xiàn)通過系統(tǒng)對所有設(shè)備相關(guān)板件的實時查詢，并對超期使用板件實現(xiàn)自動預(yù)警提示。

整個板件管理依托于計算機相關(guān)技術(shù)、RFID技術(shù)和條碼技術(shù)，利用條碼的唯一性，再結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用計算機網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對板件信息的自動化管理。隨著技術(shù)的發(fā)展，利用先進的計算機技術(shù)結(jié)合條形碼技術(shù)可以使得板件的管理變得輕松和簡單，避免手工操作和記錄帶來的數(shù)據(jù)錯誤和時間的耗費，實現(xiàn)對在用設(shè)備板件和備板、備件管理的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化和標準化。

2.6 維修質(zhì)量追蹤和知識資產(chǎn)管理

系統(tǒng)通過設(shè)備故障處置結(jié)果的反饋，給管理人員提供了維修質(zhì)量跟蹤考核的依據(jù)，促進了設(shè)備故障處置知識庫和系統(tǒng)知識資產(chǎn)的完備。系統(tǒng)對所有操作進行日志性記錄，提供查詢和信息跟蹤功能，以方便用戶進行故障跟蹤和處理反饋等操作。

系統(tǒng)反饋記錄用于標記維修、檢修完成事項、對設(shè)備狀態(tài)處理結(jié)果等反饋意見，方便查詢，對后續(xù)出現(xiàn)類似故障信息提供操作建議。在形成一定規(guī)模的反饋信息庫后，所有的反饋信息將沉淀成為知識資產(chǎn)，在故障維修時自動作為故障處置的參考知識。

2.7 視頻監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控應(yīng)用擴展

系統(tǒng)可以擴展視頻監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控應(yīng)用，通過擴展實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)遠程協(xié)管、生產(chǎn)安全監(jiān)管以及清晰責(zé)任追溯。隨著探測站數(shù)字化通道的改造，遠程視頻監(jiān)控等功能實現(xiàn)成為可能，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的擴展應(yīng)用便于維修人員及時通過遠程視頻觀察設(shè)備狀態(tài)，以及保存整個作業(yè)流程。

網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控采用SNMP協(xié)議，對數(shù)字化通道實現(xiàn)全通訊鏈路監(jiān)控，對探測站通訊傳輸設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)控，可查看設(shè)備各個端口狀態(tài)和配置信息并自動巡檢，設(shè)備出現(xiàn)異常時反饋告警信息。

2.8 移動APP輔助應(yīng)用

移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給生產(chǎn)帶來便利，系統(tǒng)應(yīng)具備利用移動App應(yīng)用來實現(xiàn)設(shè)備運維的現(xiàn)場性、實時性信息的形成和反饋，保證數(shù)據(jù)的真實性和實時性，以促進設(shè)備管理。

無線檢修測試終端可以查看實時數(shù)據(jù)，并且有完成無線定標、離線數(shù)據(jù)分析等功能。增加利用PAD記錄作業(yè)過程，并將作業(yè)結(jié)果導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫備案，既可作為對維修質(zhì)量進行跟蹤考核的依據(jù)，也可通過對故障的有效處理的知識備份積累，最終形成故障處置知識庫。

2.9 其他功能

第一，科學(xué)的數(shù)據(jù)分析新方法、新手段。系統(tǒng)不僅要對數(shù)據(jù)進行自動、智能化分析，而且還必須利用圖表、趨勢曲線、定制組合數(shù)據(jù)對比分析等技術(shù)，提供豐富、直觀、簡潔的信息展現(xiàn)形式。利用這些數(shù)據(jù)分析手段，可以更好地幫助相關(guān)人員掌握設(shè)備狀態(tài)。第二，過車數(shù)據(jù)和熱軸數(shù)據(jù)的海量存儲和便捷查詢。目前紅外線系統(tǒng)的終端機基本采用PC機，硬盤容量及系統(tǒng)性能均有限，因此過車數(shù)據(jù)的存儲量也比較有限，無法達到大數(shù)據(jù)的需求。而該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，可以達到1～3年甚至更長時間的全數(shù)據(jù)存儲。通過以車號為主要查詢依據(jù)，多方面、多角度對大量數(shù)據(jù)進行跟蹤分析。第三，軸溫對比。主要針對不同設(shè)備的軸溫數(shù)據(jù)進行對比，通過查看溫升變化及分布情況，分析探頭的狀態(tài)。第四，檢測車數(shù)據(jù)數(shù)字化管理。系統(tǒng)單獨對檢測車信息進行管理，方便各使用部門進行系統(tǒng)備案和數(shù)據(jù)分析。第五，設(shè)備基礎(chǔ)信息管理。系統(tǒng)具備對各類系統(tǒng)設(shè)備進行統(tǒng)籌管理，包含設(shè)備維修、檢修管理，設(shè)備信息及標準波形信息管理。系統(tǒng)對維修和檢修操作進行管理，自動統(tǒng)計對應(yīng)時間段內(nèi)狀態(tài)信息，并跟蹤故障處理情況。通過對維修和檢修日志進行管理，不僅可以有效地管理設(shè)備維修狀態(tài)，還可以對設(shè)備的處理情況進行定期跟蹤，判斷處理方式是否有效。

3 系統(tǒng)構(gòu)建

系統(tǒng)構(gòu)建采用在現(xiàn)有THDS系統(tǒng)上加入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控終端方式進行，因此，開發(fā)THDS設(shè)備狀態(tài)修輔助系統(tǒng)后，整個THDS系統(tǒng)將擴展為一個大系統(tǒng)，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于探測站設(shè)備和監(jiān)測中心。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用來存儲和管理數(shù)據(jù)以及依據(jù)策略對數(shù)據(jù)進行挖掘。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控終端有兩種模式，一種是實時監(jiān)控型數(shù)據(jù)終端，可以實時監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)，完成大數(shù)據(jù)處理等一系列核心功能；而另一種為設(shè)備管理終端，對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控不要求實時性，而對設(shè)備狀態(tài)的完整性做出要求。

THDS設(shè)備狀態(tài)修輔助系統(tǒng)的加入不影響在用設(shè)備使用。對于目前的紅外線探測系統(tǒng)來說，只需要更換探測站及監(jiān)測中心的相關(guān)軟件，配合狀態(tài)修客戶端軟件，即可滿足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求，完成大數(shù)據(jù)存儲、處理、分析及遠程操控等功能。

系統(tǒng)包含了兩個子系統(tǒng)：THDS設(shè)備板件管理信息系統(tǒng)和THDS無線檢修測試終端。其中板件系統(tǒng)是采用信息化的手段，實現(xiàn)對板件從購買到使用到報廢的全程管理。無線檢修測試終端采用移動終端軟件對設(shè)備進行遠程操控，實現(xiàn)維修人員在軌邊與探測站機房進行無線連接，達到輔助維修的工作目的。

4 結(jié)語

目前各站段THDS都在向雙月檢管理方式轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變的同時帶來了一定的風(fēng)險，而THDS設(shè)備狀態(tài)修輔助系統(tǒng)的研制和開發(fā)不僅可以在設(shè)備維護方面提供強有力的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)保障，而且給整個THDS系統(tǒng)的性能提升提供了技術(shù)基礎(chǔ)，使THDS系統(tǒng)向信息化、智能化的方向邁進了一大步,一定程度上實現(xiàn)了THDS系統(tǒng)設(shè)備的智能化管理。一個成熟的逐步完善的THDS設(shè)備狀態(tài)修輔助系統(tǒng)必將發(fā)揮出巨大的作用。