基于信息分類與關(guān)聯(lián)的動(dòng)車(chē)組專家支持系統(tǒng)研究與應(yīng)用

宋龍龍 弓海斌 任廣強(qiáng) 王海濤 徐磊

摘要：我國(guó)動(dòng)車(chē)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷維護(hù)中由于列車(chē)數(shù)量和運(yùn)行里程的增加以及結(jié)構(gòu)集成度、復(fù)雜性的增加造成了故障數(shù)量種類大量增加、故障間關(guān)系復(fù)雜交叉、故障原因診斷定位困難、診斷檢修效率低以及診斷專家相對(duì)不足等問(wèn)題。該文綜合集成動(dòng)車(chē)組設(shè)計(jì)、運(yùn)用、檢修各類專家知識(shí)，研究開(kāi)發(fā)基于信息分類與關(guān)聯(lián)的動(dòng)車(chē)組專家支持系統(tǒng)，為動(dòng)車(chē)組設(shè)計(jì)和運(yùn)用提供專家知識(shí)支持。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車(chē)組；專家系統(tǒng)；信息分類

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）13-0031-02

我國(guó)動(dòng)車(chē)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷維護(hù)中由于列車(chē)數(shù)量和運(yùn)行里程的增加以及結(jié)構(gòu)集成度、復(fù)雜性的增加造成了故障數(shù)量種類大量增加、故障間關(guān)系復(fù)雜交叉、故障原因診斷定位困難、診斷檢修效率低以及診斷專家相對(duì)不足等問(wèn)題；隨著故障診斷檢修工作的開(kāi)展，積累了大量專家結(jié)論與故障案例，但是這些歷史故障記錄存儲(chǔ)獨(dú)立分散、文件格式雜亂、故障描述缺乏統(tǒng)一且缺少深入整理挖掘和結(jié)構(gòu)化處理，難以實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享和重用，造成了專家知識(shí)的閑置和浪費(fèi)。綜合集成動(dòng)車(chē)組設(shè)計(jì)、運(yùn)用、檢修各類專家知識(shí)，研究開(kāi)發(fā)基于信息分類與關(guān)聯(lián)的動(dòng)車(chē)組專家支持系統(tǒng)，為動(dòng)車(chē)組設(shè)計(jì)和運(yùn)用提供專家支持。

1 系統(tǒng)總體框架

針對(duì)動(dòng)車(chē)組的各種類型的運(yùn)行數(shù)據(jù)和專家知識(shí)資料，以中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司所研制的CRH2型動(dòng)車(chē)組為例，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把分布于各地的動(dòng)車(chē)組運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息和動(dòng)車(chē)組專家知識(shí)互相聯(lián)系起來(lái)，將這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)篩選、歸類、整理，形成規(guī)范的數(shù)據(jù)庫(kù)，并在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上形成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、方法庫(kù)和規(guī)則庫(kù)，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑動(dòng)車(chē)組基于本體的動(dòng)車(chē)組專家支持系統(tǒng)。

建立動(dòng)車(chē)組專家知識(shí)庫(kù)，為動(dòng)車(chē)組提供設(shè)計(jì)支持、運(yùn)用支持、檢修支持。針對(duì)動(dòng)車(chē)組設(shè)計(jì)與運(yùn)用維護(hù)中積累形成的海量專家知識(shí)，對(duì)上述動(dòng)車(chē)組各類型技術(shù)資料文檔進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、精確化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化處理，依據(jù)各類文件特點(diǎn)分別建立上傳存儲(chǔ)接口，匯總整理形成動(dòng)車(chē)組專家支持系統(tǒng)完備知識(shí)庫(kù)。

以動(dòng)車(chē)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為中心建立各類專家知識(shí)之間的映射關(guān)聯(lián)查詢。以中國(guó)鐵路總公司制定發(fā)布的《CRH型動(dòng)車(chē)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》為標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)化完善涵蓋最小維護(hù)單元的結(jié)構(gòu)分類，并以此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為統(tǒng)一查詢?nèi)肟?，集成建立包含?dòng)車(chē)組故障知識(shí)、檢修規(guī)程、設(shè)計(jì)文檔、結(jié)構(gòu)參數(shù)、試驗(yàn)報(bào)告等參考資料的統(tǒng)一搜索查詢平臺(tái)，為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供最為廣泛全面和真實(shí)可信的歷史數(shù)據(jù)支持，提高新產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)效率，形成有效的設(shè)計(jì)支持。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能模塊分類

系統(tǒng)主要包含以下四大功能模塊：運(yùn)用支持模塊、檢修支持模塊、設(shè)計(jì)持模塊和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊。通過(guò)四大模塊建立起動(dòng)車(chē)組新造設(shè)計(jì)和運(yùn)用檢修全體專家知識(shí)統(tǒng)一存儲(chǔ)查詢分析平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)專項(xiàng)工作發(fā)布、查看、跟蹤、反饋一站式工作管理。

2.1 運(yùn)用支持模塊

（1）動(dòng)車(chē)組運(yùn)用支持模塊涵蓋的專家知識(shí)資料包含以下項(xiàng)：故障日?qǐng)?bào)、重要信息反饋、專家結(jié)論、修程修制、動(dòng)車(chē)組配屬、運(yùn)營(yíng)里程、故障率和用戶手冊(cè)；

（2）其中用戶手冊(cè)又包含以下幾項(xiàng)：部件手冊(cè)、使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)、司機(jī)操作手冊(cè)、應(yīng)急故障處理手冊(cè)、運(yùn)用維護(hù)規(guī)程和培訓(xùn)教材；

（3）可通過(guò)系統(tǒng)按照文件發(fā)布時(shí)間、所屬車(chē)型、所屬系統(tǒng)、文件名稱等條件分別調(diào)取查詢；

（4）故障率計(jì)算主要包含平均故障間隔里程MDBF、平均故障間隔時(shí)間MTBF、平均維修時(shí)間MTTR。

2.2 檢修支持模塊

動(dòng)車(chē)組檢修支持模塊涵蓋的專家知識(shí)資料包含以下項(xiàng)：檢修技術(shù)條件、檢修試驗(yàn)報(bào)告、科研報(bào)告、零件更換指導(dǎo)；可通過(guò)系統(tǒng)按照文件發(fā)布時(shí)間、所屬車(chē)型、所屬系統(tǒng)、文件名稱等條件分別調(diào)取查詢。

2.3 設(shè)計(jì)支持模塊

動(dòng)車(chē)組新造設(shè)計(jì)支持模塊涵蓋的專家知識(shí)資料包含以下項(xiàng)：設(shè)計(jì)規(guī)劃書(shū)、CAD電子圖紙、技術(shù)條件、仿真技術(shù)報(bào)告、隱患登記冊(cè)、D-FMEA分析、型式試驗(yàn)報(bào)告、工藝要求；可通過(guò)系統(tǒng)按照文件發(fā)布時(shí)間、所屬車(chē)型、所屬系統(tǒng)、文件名稱等條件分別調(diào)取查詢。

3 以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為中心的專家知識(shí)關(guān)聯(lián)映射查詢

以鐵總下發(fā)的《CRH型動(dòng)車(chē)組分類》為基準(zhǔn)，結(jié)合四方股份既有資料，進(jìn)一步細(xì)化完善形成分車(chē)型的涵蓋最小維護(hù)單元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹(shù)，可按照所屬車(chē)型查詢各個(gè)類型動(dòng)車(chē)組的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系；可按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為統(tǒng)一查詢?nèi)肟冢⒏黝惣夹g(shù)資料的關(guān)聯(lián)映射，可按照所屬車(chē)型、所屬系統(tǒng)、所屬部件、結(jié)構(gòu)名稱查詢顯示其相關(guān)的各類技術(shù)資料。

針對(duì)存儲(chǔ)格式包含word、Excel、pdf、壓縮文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等多種存儲(chǔ)格式的專家知識(shí)，多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合，通過(guò)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)資源描述框架（Resource Description Framework （Schema），RDF（S））到全局 RDF（S）的轉(zhuǎn)換和基于 RDF（S）圖的本體合并，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)信息的融合。構(gòu)建動(dòng)車(chē)組專家支持系統(tǒng)各類專家知識(shí)的關(guān)聯(lián)映射，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車(chē)組設(shè)計(jì)專家知識(shí)、運(yùn)用專家知識(shí)、檢修專家知識(shí)和專項(xiàng)工作重要信息的統(tǒng)一和融合。

根據(jù)中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局2013年7月31日頒發(fā)的《CRH型動(dòng)車(chē)組系統(tǒng)分類》，根據(jù)各型動(dòng)車(chē)組系統(tǒng)功能分類和零部件裝配關(guān)系逐級(jí)分解原則，CRH動(dòng)車(chē)組系統(tǒng)分類分為兩類，共5級(jí)。第一部分為系統(tǒng)及子系統(tǒng)，共2級(jí)；第二部分為零部件結(jié)構(gòu)，共3級(jí)。其中系統(tǒng)按功能劃分為13類，并根據(jù)具體功能對(duì)部分系統(tǒng)劃分子系統(tǒng)。零部件根據(jù)裝配關(guān)系對(duì)部分可拆分件進(jìn)行逐級(jí)拆解，與系統(tǒng)、子系統(tǒng)形成5級(jí)分層結(jié)構(gòu)。

（1）選擇車(chē)型A：車(chē)型選定后即可顯示A型車(chē)的動(dòng)車(chē)組結(jié)構(gòu)樹(shù)。

（2）選擇系統(tǒng)B：系統(tǒng)選定后，可檢索查詢出A型車(chē)B系統(tǒng)的全部技術(shù)資料，包括故障日?qǐng)?bào)、專家結(jié)論等運(yùn)用支持資料，檢修技術(shù)資料、檢修試驗(yàn)報(bào)告等檢修支持資料，設(shè)計(jì)規(guī)劃書(shū)、CAD電子圖紙等設(shè)計(jì)支持資料。

（3）選擇一級(jí)子部件C：一級(jí)子部件選定后，可檢索查詢出A型車(chē)B系統(tǒng)C部件的全部技術(shù)資料，包括故障日?qǐng)?bào)、專家結(jié)論等運(yùn)用支持資料，檢修技術(shù)資料、檢修試驗(yàn)報(bào)告等檢修支持資料，設(shè)計(jì)規(guī)劃書(shū)、CAD電子圖紙等設(shè)計(jì)支持資料。

（4）選擇二級(jí)子部件D：二級(jí)子部件選定后，可檢索查詢出A型車(chē)B系統(tǒng)C部件中D部件的全部技術(shù)資料，包括故障日?qǐng)?bào)、專家結(jié)論等運(yùn)用支持資料，檢修技術(shù)資料、檢修試驗(yàn)報(bào)告等檢修支持資料，設(shè)計(jì)規(guī)劃書(shū)、CAD電子圖紙等設(shè)計(jì)支持資料。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)基于中國(guó)鐵路總公司制定下發(fā)的各類行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，集成建立統(tǒng)一完備的動(dòng)車(chē)組技術(shù)資料查詢統(tǒng)計(jì)分析平臺(tái)，集成分散于公司各部門(mén)間的各類專家知識(shí)及設(shè)計(jì)說(shuō)明文檔，打通不同系統(tǒng)之間信息傳輸交換壁壘，實(shí)現(xiàn)多源文件之間的信息共享，服務(wù)于動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維護(hù)及設(shè)計(jì)研發(fā)部門(mén)，提供有效的專家知識(shí)支持。

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