和諧型電力機車車載數據處理及專家診斷系統的開發應用

　　摘要：文章介紹了和諧型電力機車車載數據處理及專家診斷系統開發的必要性、技術特征、結構功能;基于和諧型電力機車數據資源在機車質量控制中的作用，闡述了CMD系統、大數據智能專家系統、外部系統三大部分實現的功能，對機車數據無線轉儲、數據處理、故障診斷、故障處置流程、方法等進行了系統介紹。

　　關鍵詞：機車數據,處理,診斷分析,開發應用

　　建筑方向論文投稿刊物：《電力機車與城軌車輛》(雙月刊)創刊于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單位的領導干部、專家學者和工程技術人員面向高等院校和中專學校相關專業師生。主要欄目：專題研究、綜述•評論、研究開發、制造技術、檢測•試驗、他山之石、運用檢修、技術動態。

　　1概述

　　和諧型電力機車是高度集成化、信息化、網絡化設計的大功率新型電力機車，其車載數據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用，傳統人工數據轉儲分析的數據處理方式弊端明顯，因此，開發基于智能化機車車載數據處理及診斷分析技術十分必要。

　　2系統開發的必要性、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，承擔徐州北至云臺山區段59對貨運列車牽引任務，約占我段貨運牽引任務的59%。

　　在系統開發前，我段機車每趟入庫采取人工上車使用筆記本電腦進行轉儲、數據分析人員人工梳理分析的數據處理方式，存在轉儲分析效率低，數據分析不準確全面、信息反饋及響應不及時等問題，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。

　　在硬件設施上，近年我段先后建立了標準化整備場、機車大數據分析室、機車在線地面檢測系統、整備安全監控系統、整備作業管理平臺、機車檢修作業管理系統等機車自動化、信息化設施，具備兼容和支持機車數據處理及診斷系統開發的硬件條件。基于以上條件，我段自2018年3月份開始，著手開發和諧型電力機車車載數據處理及專家診斷系統，截至2018年8月，項目已基本開發完成，9月份進入全面優化調試階段，10月份進入試運行階段。

　　3技術特征及應用功能

　　(1)應用功能：和諧型電力機車車載數據處理及專家診斷系統實現車載數據無線轉儲、自主診斷分析及故障報修等功能，對機車TCMS數據、6A數據、LKJ數據等多系統數據進行關聯分析及故障診斷，充分發揮車載數據資源在機車故障診斷、精準修車、保障安全方面的作用，并大幅減少人工操作。

　　(2)專家診斷系統的數據獲取不改變機車固有結構與數據組成，系統在獲取數據過程中，不對機車產生任何不良影響。

　　(3)專家診斷系統的數據傳輸應采用無線方式(兼顧人工轉儲方式)，無線網絡覆蓋范圍為段本部機車整備作業區。

　　(4)系統兼容windowsxp、windows7、windows8/10多種操作系統32位和64位應用環境。

　　4數據處理及專家診斷系統構成及功能

　　4.1數據處理及專家診斷系統框架由CMD系統、大數據智能專家系統、外部系統三大部分構成CMD系統：由數據源、數據轉儲環節構成。數據源主要是TCMS、LDP、6A系統、JK11430裝置等車載數據，通過WLAN轉儲、手持終端轉儲等方式進行數據轉儲，將數據存儲在大數據平臺。

　　大數據智能專家系統：由大數據平臺(段數據服務器、大數據平臺、數據庫、協議解釋器等)和應用平臺兩部分構成，大數據平臺的數據經過數據算法與應用平臺進行數據交換。專家系統應用平臺：由數據清洗、管理分析、故障診斷、故障預警、應急處置、健康評估、專家知識庫、算法組態、協議解釋器等應用功能構成，是對和諧機車故障診斷分析、數據應用的核心。外部系統：主要由車號識別系統、整備場整備系統、檢修系統、6A地面分析軟件、TCMS地面分析軟件、JK11430分析軟件等構成。

　　以上三大部分構成了數據處理及專家診斷系統的基本框架，以滿足我段HXD1C型大功率機車數據處理的需求。因第三部分我段在之前已逐步建立完成，因此本次開發的和諧型電力機車車載數據處理及專家診斷系統由CMD離線數據WLAN無線轉儲系統和和諧型電力機車大數據專家診斷系統兩部分組成。

　　4.2CMD離線數據WLAN無線轉儲系統

　　WLAN無線數據轉儲，該項功能是整個診斷系統的基礎，實現了機車數據從轉儲到解析的全過程自動化。CMD離線數據WLAN無線轉儲系統主要由機車車載CMD系統、段WLAN下載專用網路由器、數據庫服務器組成。機車入段時首先進行車號識別，機車車載CMD系統接入段WLAN網絡，自動將6A、LKJ、LDP、TCMS等車載數據通過無線網絡轉儲(或手持終端進行人工轉儲)到數據庫服務器，實現了機車數據下載、解析、轉儲全過程自動化。

　　CMD車載設備與地面WLAN通信實現數據無線下載、斷點續傳，下載總時間不超過20分鐘。下載的數據在數據服務器中進行解析處理后，再轉儲到對應的數據服務器中，再通過大數據專家系統進行解析存儲，并自動通知機務段有權限的客戶端。內容包括：當前正在轉儲數據文件詳情、進度;當天入庫機車、正在轉儲機車、轉儲成功機車、歷史轉儲查詢功能。

　　4.3專家診斷系統平臺

　　(1)系統構成：基于車載數據進行分析應用，大數據專家診斷系統功能結構主要由信息總覽、文件下載、故障診斷分析、機統6提票管理、統計與報表的自動生成、專家知識庫等，能實現機車數據WLAN自動下載、解析、轉儲，機車趟檢數據分析與診斷，機車歷史文件及故障處置情況查詢。數據下載與分析無需人工操作，并進行故障診斷。通過故障分類統計展示、故障統計表、故障百分比分布圖、故障次數統計圖、故障樹等形式呈現，并能與機車整備作業系統進行數據交換。

　　(2)應用功能。大數據專家診斷系統主要有以下功能：a.數據存儲與清洗功能。對當前趟次數據自動快速解析和數據存儲，無需人工操作;根據故障時刻狀態數據以及前后相關的故障條目，對下載的TCMS數據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、庫內試驗故障，實現將無效故障排除。b.故障分析與診斷。該項功能是整個診斷系統的核心功能。

　　專家診斷系統可實現對機車數據清洗之后的故障進行重點分析與診斷，根據診斷分析結果，提供詳細的波形分析、故障樹分析、處理手冊，并自動診斷故障原因，并實現與既有整備系統進行數據交換，提供機統6及故障處理措施。c.關聯分析。將故障信息與LKJ、6A及部分TCMS數據進行關聯分析。事件記錄需根據當前故障進行相關事件記錄數據提取，事件記錄關聯分析需提供列表與波形多樣化方式展示，實現事件記錄(運行工況)的自動關聯診斷分析、結合故障特征自動關聯長時間運行工況。

　　d.故障處置。根據診斷結果，提供相應故障物理定位、故障處理手冊，指導機車故障處理。e.關鍵動作部件壽命診斷。系統可以通過關鍵動作部件(主斷路器、接觸器、動作開關等部件)的累計動作次數和階段內平均動作時間來判斷其動作性能，與技術規格書中額定參數進行比較，判斷其性能趨勢，提前主動給出預警。f.查詢、統計及報表:系統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6提票管理，對機車臨修票提票、回票狀態進行統計與查詢，實現整個故障處理流程監控，對變化情況進行持續跟蹤，為機車檢修技術管理提供數據支持及機車故障趨勢分析。

　　5專家診斷系統故障診斷分析流程

　　機車入庫后CMD離線數據WLAN無線轉儲系統自動將數據下載導入到專家系統中，專家系統對該機車本趟數據自動解析、清洗后在系統界面顯示，作業人員對“清洗后故障條數”進行確認，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據進行具體分析。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，通過機車數據記錄對故障原因進行確認。可以點擊處置手冊，了解故障產生的原因;點擊知識庫查看，根據檢修處理措施，對故障進行檢查處理。

　　6結束語

　　機車車載數據處理及專家診斷系統開發使用以來，在和諧機車故障診斷、預防、質量控制工作中發揮了積極作用，特別在機車故障提前預判分析、安全隱患提前防控、故障精準化處置方面作用明顯。在系統使用過程中，通過機車故障數據及診斷分析經驗的積累，我們將對系統不斷優化，完善機車故障信息清洗規則，使該系統達到最佳狀態，切實在我段機車故障診斷、質量安全控制、提升檢修效率、修程修制改革等方面充分發揮好作用。

　　參考文獻：

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

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