动车组轮对安全诊断云技术系统

黄小钢 王 黎 张甫斌 胥世波 郭文浩

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

中国动车组，自2007年全国铁路第6次大提速以来广泛运用于各铁路干线，具有快捷、安全、方便、可靠、舒适等特点，是城际间的高效交通工具。

截止2012年底，全国将有1万km客运专线投入运营，到2020年，客运专线里程将近2万km，每日多达3000列动车组在线运营，轮对安全成为动车组安全的关键因素。如何全面、及时、快捷诊断轮对状态，并从海量数据中分析、评估轮对安全程度，预测安全趋势，提出使用、维护、检修要求，实现轮对健康寿命管理，规避安全风险，是本文研究的课题。

1 轮对诊断

1.1 轮对诊断现状

我国已建立较完善的动车组轮对诊断系统，按日常动态检测、定期在线检测和定期落轮检测三个层次，分别在动车所走行线、动车所检查库、动车段检修库进行轮对检测，如表1所示。

LY系统安装在动车所的走行线上，利用电磁超声、图像测量技术自动检测运行中的轮对踏面缺陷、表层裂纹、几何尺寸，适用于CRH各型动车组(如图1所示)。

表1 中国高速动车轮对诊断系统配置

图1 安装在动车所走行线上的LY系统

LU系统安装在动车所检查库线上，利用移动相控阵超声探伤技术，自动检测在线轮对的轮辋和轮辐缺陷，适用于CRH各型动车组(如图2所示)。

LA系统固定安装在动车段轮对检修库线上，将轮对从转向架上分解下来，利用固定相控阵超声探伤技术，全面检测落轮镟修后的轮辋轮辐缺陷，适用于CRH各型动车组(如图3所示)。

图2 安装在动车所检查库线上的LU系统

图3 安装在动车段检修库线上的LA系统

(1)现有诊断系统特点

层次完备，重点突出:分日常检测、在线检测、落轮检测三个层次设置，每个层次检测重点不同，实现动车轮对诊断的全覆盖。

技术先进，设备成熟:采用国际前沿的相控阵、光学检测、电磁超声探伤等技术，实现轮对无损检测;技术上走引进、消化、吸收、创新之路，形成具有中国特色的诊断系统。

兼容性强，运用可靠:检测设备适应各种车型、踏面，系统全自动运行、操作方便、运用灵活、数据远程监控、专业分析、诊断可靠。

诊断设备使用过程中，实时发现轮对故障，即时通知专业人员进行故障处理，保障轮对安全，第一时间消除安全隐患。

(2)现有诊断系统不足之处

目前的轮对诊断技术实行的是计划修加预防修的思路，是以动车段(所)和车队为诊断对象进行工作的，因此存在大量重复修、过渡修的现象，劳动强度大，工作效率低，与高效、节能、减排的时代要求不相适应。同时，外段(所)动车检测数据自成体系，不能共享。

随着中国高铁大发展，动车组数量越来越多，到2020年，轮对总数多达96000对，轮对检测检修工作量是目前的4倍左右，若维持现有检测检修模式不变，需要增加大量动车检查线及诊断设备，同时增加大量检测人员，才能满足新的需求，投资大且设备运用效率低。因此如何寻求一种新的诊断模式，既充分发挥现有检测系统作用，又少花钱，构建满足末来发展需要的新技术，任务十分紧迫。

随着技术的进步，世界高铁发达国家都在投入重金进行新型诊断技术的研发，其方向是诊断个性化、实时性，对诊断对象的使用状态了如指掌，对症下药，有问题则修理，没问题则继续使用，由计划修发展到状态修的新模式上来，实现节能高效、可持续发展。

计算机网络技术、物联网技术、云技术的蓬勃发展，为动车组轮对实现高效节能、安全诊断云技术的实施提供了条件。

1.2 轮对诊断云技术的可行性

动车组轮对安全诊断云技术，是以保障轮对安全为根本目标，通过现有诊断系统跟踪每个轮对，实时检测其状态好坏，通过专用网络传递诊断数据，由云系统分析、处理这些数据，并发出维修计划，相关人员通过网络获取信息，分别参与检测、维修、备料、管理等工作。任何动车组轮对实时状态信息，都可通过网络发布指令，或运用、或检修、或更换，管理者及工作人员通过特别受权获取相关信息，从而实现诊断资源共享，最大限度的保障轮对安全。

实现轮对安全诊断云技术的三要素是:诊断系统、网络系统、云系统。

(1)诊断系统

目前动车轮对诊断系统已经覆盖全路，各动车段(所)均已配置，是轮对安全诊断云技术的神经末梢，为诊断云系统的建立提供轮对状态数据。只要通过局部改造就可满足诊断云技术要求。

(2)网络系统

铁路专用信息网络遍布全国各动车段(所)，已经实现互联互通，通过网络升级，可直接服务轮对诊断云技术系统。

(3)云系统

云系统，是利用当今世界先进的云计算技术，通过网络系统，将任何一个动车轮对状态数据，进行贮存、归纳、分析、处理，运用安全寿命管理方法，行成每个轮对使用、检修、更换趋势曲线，计算机提前作出生产指令，让管理者和生产人员对每个轮对的技术状态做到了如指掌、心中有数、有的放矢，既保证安全，又避免重复修、过渡修。我国云计算技术的开发与应用已达到世界先进水平，将有利于轮对诊断云技术的实现。

由上述分析可知，开发诊断云系统，是构建动车轮对安全诊断云技术系统的难点，也是本文的重点。

2 轮对诊断云技术方案

2.1 构建轮对诊断云技术平台

(1)构建动车所云技术平台

动车所是动车进行日常整备和入库进行检查场所，按规定的修程、修制，完成动车组的运用检修，确保动车组在离开动车所时技术状态达到标准，是保障动车安全运行的关键。既有的轮对检测体系中，班组在作业过程中将访问LY、LU、LA系统的服务器，通过单次检测数据获取关键信息，作业人员不断抽取其历史检测数据，加上复核数据，诊断本次的关键信息是否有效，从而指导轮对技术作业。

动车所云技术平台，把LY系统的服务器、LU系统的服务器、LA系统的服务器、轮对履历表、走行公里数、轮对镟修状况等轮对相关数据综合起来，使轮对数据尽可能全面、丰富，通过安全寿命算法分析、提炼历次检测数据，存储其关键信息，实现单个轮对信息的集成。运用趋势分析，结合当前检测数据情况，通过智能判断，指令轮对预测性检修，从而提高轮对使用安全性。系统结构如图4所示。

图4 动车所云技术平台示意

动车所云技术平台是轮对诊断云技术的核心，实现动车所轮对检测体系设备的互联互通，实现动车所辖内轮对全生命周期监控。

(2)构建动车段云技术平台

动车段管辖动车所，负责动车组的高级检修。以武汉动车段为例，下辖武汉动车所、汉口动车所、武昌动车所(预留)、汉阳动车所(预留)，将重点承担华中、西南等地区动车组检修任务，业务覆盖京广、沪汉蓉等客运专线(如图5所示)。

动车段云技术平台是动车所云技术平台的深入、拓展，实现动车段内动车所间所有设备的互联互通，实现动车段内动车全域覆盖。

(3)构建路网数据中心云技术平台

根据中国高铁建设历程、初期以北京、上海、武汉、广州4个动车段为节点，相互串接共享，将各个独立动车段云技术平台的关键数据信息统一到路网数据中心的网络存储设备上，统一进行数据索引、存储，构建公共云计算数据分析平台。路网数据分析平台将综合信息管理平台虚拟化，对检测数据进行分布式调度和管理，实现动车全覆盖，结构如图6所示。

图5 武汉动车段云技术平台示意

随着中国高铁的发展，路网数据中心范围将逐渐扩展，动车段云技术平台是一个低耦合平台，可以开放接入、扩展，结构如图7所示。

(4)建设硬件平台

给每套检测设备分配IP、固定的编码，当动车经过检测设备时，系统自动检测，生成一系列的检测数据;检测数据、编码、IP封装为一个数据单元，以车号为索引，通过铁路系统内部网络，跟踪动车的运行，完成数据的主动推送。

2.2 轮对诊断云数据处理过程

根据系统结构，轮对诊断过程主要有3个环节，即数据采集、共享、处理。

(1)现场数据采集流程

动车经过各检测设备时，当次检测结果被系统自动提交到最近的设备管理服务器，结合轮对操作信息如镟修数据、轮对更换记录等上传到动车所级服务器。

(2)数据共享流程

数据中心云技术平台中所有从设备收集到的检测数据，均在本地进行初次备份，根据动车的运行信息，决定是否将数据传递给上级部门节点或同级节点，依次完成全域数据共享。

(3)数据处理

每个动车段(所)在即时获得检测数据后，云系统综合历史数据，生成使用、维护指令，指导生产人员进行检修，包括轮对跟踪、镟修、落轮等操作，生产人员在检修工作结束后，也要通过云技术平台及时将检修工作数据上传，使结果完成闭环管理。

图6 路网数据中心云技术平台示意

3 轮对诊断云技术预期目标

3.1 检测资源优化

(1)整合动车所轮对检测资源

轮对诊断云技术整合了所有的轮对检测设备，实现动车入库检测、在线轮对检测、轮对落轮检测的全覆盖，实现动车所内轮对检测系统设备的互联互通，检修班组能够在同一的平台下管理，方便、快捷、实用;轮对信息全面、及时、准确，实现精细化管理。

(2)整合动车段轮对检测资源

诊断云技术实现动车段内动车所间所有设备的互联互通，各设备管理单位之间可共享其他部门的信息，掌握管理对象的情况。不同单位可以将现有的硬件资源共同加入到一个“云”中，进行联合建设、共同应用。减少各个单位的资金和时间上的投入，实现真正意义上的资源共享。

(3)整合全国轮对检测资源

通过全国铁路网，全国轮对检测系统互联互通、相互协作、化零为整，共同完成轮对检测。

4 轮对诊断云技术优势

4.1 应用优势

轮对诊断云技术为各级用户提供优质服务，使用优势主要体现下面三方面。

(1)动车所使用优势

利用动车所云技术平台，实现轮对全生命周期监控，分析其轮对生命历程，从而针对轮对的不同生命期实施不同检修办法，实现单个轮对检修量身定制。

利用动车所云技术平台，整合轮对所有检测设备，综合各级修的检测数据，数据相互支持、补充，有利于制定本所轮对维修计划。

(2)动车段使用优势

利用动车段云技术平台，根据动车所的维修计划，合理调度动车，最大限度的使用动车资源、检测资源。

利用动车段云技术平台，实现轮对的全域监控，动车的检测数据通过动车档案中存储的自身的编组校正数据，进行校正和分级测算，同时有助于发现各地检测设备的偏差并进行相关二次修正。

将所有的动车检测报告与对应动车段(所)、的信息系统连接并上报后，并能够及时的做出判断和检修的部署，及时发现问题。同时，信息共享可有效避免信息不对称造成的监管漏洞，有利于多个部门的联合监管。

利用动车段云技术平台，监控辖区动车所轮对质量、监控动车所的检修工作，可实现动车所的综合考评，有利于提高动车段、动车所的管理水平。

(3)决策部门使用优势

诊断云技术平台能够方便上级决策部门对全国所有动车的轮对信息进行统一的查看、分析和管理，能够在一个中心节点做到对整个铁路系统轮对数据进行分析和运用。

图7 扩展路网数据中心云技术平台示意

有利于动车段间的对比管理，对动车段进行考评，提高动车段的管理质量，进而提高全国轮对管理质量。

根据铁路线路信息、车辆信息、轮对信息进行综合分析，从而根据不同的线路配置不同的踏面、车型，有利于动车与线路最优配置。

利用海量的检测数据，进行深度分析、挖掘，推导出正常的轮对故障周期、使用周期、维护周期，进而优化修程，制定更加科学的管理办法，使得检修工作科学合理，从现有的轮对故障探查进化到故障预防，保障动车的安全，预防于未然。

4.2 扩充性强

重点论述了轮对安全诊断云技术，基于该平台，可实现受电弓、制动盘、裙板等关系到列车安全运行检测项目的扩充，最终实现列车安全诊断云技术。

5 结论

应用先进计算机网络云计算技术，提出了一种适合我国高铁特点，基于动车组轮对安全诊断云技术系统，详细分析了可行性、应用优势，对实现轮对状态修，提高轮对检测可靠性、安全性有重要的参考价值。

［1］铁建设［2009］209号 高速铁路设计规范(试行)［S］

［2］铁建设［2007］89号 铁路动车组设备设计暂行规定［S］

［3］运装客车［2007］36号 铁路动车组运用维修标准［S］

［4］高静涛，戴立新，王泽勇．轮对动态检测系统应用综述［J］．铁道技术监督，2009，37(7)

［5］李艳华．云计算技术研究现状综述［J］．计算机工程应用技术，2009(5):6314-6315

［6］林立宇，陈云海，等．云计算技术及运营可行性分析［J］．广东通信技术，2008(12):34-37