CRH2型动车组三级检修关键故障辅助分析系统的设计与实现

2016-02-16钱建强

铁路计算机应用 2016年6期

关键词：动车动车组关键

钱建强

（上海铁路局上海动车段，上海 200070）

CRH2型动车组三级检修关键故障辅助分析系统的设计与实现

钱建强

（上海铁路局上海动车段，上海 200070）

本文采用分层取样法对CRH2型动车组三级检修中积累的故障进行统计分析，综合考虑随机样本的发生率和重要性，以加权平均法计算加权得分，评定形成关键故障处理数据库。通过开发基于B/S网络架构的辅助分析系统，实现分级用户管理、故障数据添加、模糊查询等功能，方便现场作业人员实时获取正确的关键故障处理技术指南，从而提高动车组检修效率和检修质量。

CRH2；动车组；三级检修；关键故障；分析系统

截至2015年7月底，上海动车段已配属动车组485组（折算成标准组），体量较大。按照走行公里数，上海动车段每年都有大量动车组集中到三级修修程，近两年，每年均要承担动车组三级修任务约130组。同时，由于动车组运用时间较长，运行区间跨度较大，外部环境因素多变，导致设备设施损伤、老化，设备性能普遍下降，故障有上升趋势。检修任务繁重且故障形式多样，这些都对动车组高级修的检修质量和生产进度提出了严峻挑战。

为提高动车组三级修检修质量和故障处理效率，本文通过对上海动车段三级检修工作中多年积累的故障数据进行分析，以科学合理的方法筛选出关键故障，有针对性制定故障处理技术指南和故障处理流程图，设计编制CRH2型动车组三级修关键故障辅助分析系统（以下简称故障分析系统），将关键故障纳入系统管理，实现作业人员实时查询、检索、学习，为现场故障处理提供正确的故障处理技术指南，加快动车组故障的排查和处理进度，确保动车组检修质量和提高检修效率。

1 系统概述

1.1 研究目标

故障分析系统的研究目标是将关键故障形成数据库后纳入故障分析系统，动车组出现类似问题时，现场作业人员可实时获取专业、全面的处理技术指南。本系统须达到3大目标：（1）通过一定的关键故障筛选算法，筛选出关键故障数据并形成关键故障数据库；（2）实现分级用户管理、故障数据添加，以便完善故障处理数据库；（3）实现模糊查询，便于现场作业人员通过故障分析系统查询，程序给出相应的故障处理技术指南。

1.2 逻辑架构

系统功能采用分层架构设计，既增强了系统开发部署的灵活性，同时也加强了系统的安全性，如图1所示。

图1 CRH2型动车组三级修关键故障辅助分析系统逻辑架构

1.3 网络架构

CRH2型动车组三级修关键故障辅助分析系统依托铁路计算机网，采用B/S网络架构（即Browse/ Server架构），由段集中部署在铁路计算机网的内部局域网中，各网络节点通过浏览器进行数据交互，如图2所示。

图2 B/S网络架构图

相对于传统的C/S架构（即Client/Server架构），B/S架构的好处在于：

（1）B/S架构是一种瘦客户端的架构，它可以将所有核心部分集中在服务器上，后续所有软件维护、系统升级、程序改进等工作量都集中在服务器上，实现了客户端免维护。

（2）B/S架构具有很好的跨平台性能，可以很好地支持Windows、Linux、Unix及Mac OS等主流操作系统。利用先进的系统重用技术，降低了系统管理难度，节约了后续开发维护成本。

（3）B/S架构带有很强的网络交互性优势。通过局域网或互联网，在浏览器前端方便地进行系统交互操作，从而消除地域限制，实时获取权威解决方案。

2 关键故障筛选算法设计

2.1 关键故障算法概述

以上海动车段积累的大量故障数据为基础，综合考虑多项关键指标，通过量化计算筛选出来的故障统称关键故障。关键故障筛选算法是故障分析系统的核心技术。

故障发生率是筛选关键故障的主要依据。为确定关键故障占故障总数比率，采用随机抽样统计方法，抽样要求：（1）选取不同年份修竣的若干动车组故障数据进行统计，排除集中发生的倾向性故障干扰；（2）每次抽样调查样本重复率不大于40%，确保统计结果准确；（3）试验人群为车间各班组随机抽调，抽调后相对固定，基本代表车间人员故障处理水平；（4）随机抽样调查先后进行3次，以排除偶然因素干扰。3次抽样调查结果为：常见故障（不影响检修修时，对动车组运行安全无影响，处理难度不高）的故障占比分别为74.9%、71.2%、79.9%，即关键故障占比分别为25.1%、28.8%、20.1%。因此，可以得出结论，常见故障占比约为70%～80%，即关键故障在故障总数中占比约为20%～30%，计为（25±5）%。关键故障中不同发生率的故障占抽样总故障数量的比率如表1所示。

表1 关键故障中不同发生率的故障占抽样总故障数量的比率列表

以上海动车段目前积累的CRH2型车组三级修故障库为基础，统计出不同故障发生率的故障占故障总数比率如表2所示。

表2 不同故障发生率的故障占故障总数比率列表

根据表2可知，当选取故障发生率大于40%（或者更小）的故障为高发故障并纳入关键故障数据库时，仅此一项，关键故障数据库所选取的故障数据就占故障总数的32.2%（或者更大），超过（25±5）%的标准范围。而当我们将故障发生率大于50%的故障视为高发故障并纳入关键故障数据库时，高发故障（故障发生率超过50%的故障）占故障总数的14.4%，关键故障数据库中高发故障与低发故障比率约为1.36:1（关键故障占故障总数比率取标准值25%），与表1基本吻合。

综上所述，我们将故障发生率高于或等于50%的故障称为高发故障；故障发生率低于50%的故障称为低发故障。高发故障直接列入关键故障数据库。低发故障需要综合考虑多种因素进行筛选，从中选取关键设备故障、处理复杂度高、社会影响大、对修时影响明显的故障，作为关键故障列入关键故障数据库。其他故障视为一般性故障，不列入关键故障数据库。

2.2 故障发生率计算

为了让故障发生率的统计更合理,我们采用分层取样法对故障进行统计分析。把总体分成若干个类型组，然后从各个类型组中按一定比例随机抽选。为了样本更具代表性，选取的样本数量随当年动车组检修量同比递增。假设某故障为G，在X年中的平均故障发生率为：

式（1）中：

（1）M1、M2、…、MX分别为X年样本中G故障发生的次数；

（2）N1、N2、…、NX分别为X年中每年所选取的动车组样本数量。

且符合：

其中：

（2）Ni为第i年所选出的动车组样本数量；

（3）1≤i≤X；

（4）Zi为第i年的动车组检修总数量。

分层取样法可以排除动车组运行的不同时期发生的倾向性故障对故障发生率统计结果产生的干扰，使故障发生率统计结果更为科学合理，更能反映故障发生的趋势和集中点。

2.3 高发故障统计

高发故障是关键故障的主要组成部分。根据统计出的平均故障发生率，当时，该故障为高发故障。

示例：

裙板锁滑牙故障相关信息如表3所示。

表3 裙板锁滑牙故障信息

根据表3信息可知，裙板锁滑牙故障发生率为：

由上式可知，裙板锁滑牙故障的发生率大于50%，属于高发故障。

2.4 低发故障统计

低发故障中的重点故障也是关键故障中的重要组成部分。根据统计出的平均故障发生率，发生率的故障属于低发故障。为了能准确筛选出低发故障中关键故障，我们考虑故障发生频率、故障所属系统的重要程度、社会影响大小（主要是影响旅客舒适度导致的投诉）、故障解决难易程度、检修进度受阻概率5个方面因素，根据各个因素的得分和权重，通过加权平均法得出故障的综合得分，综合得分超过40分的可列为关键故障。具体筛选算法如表4所示。

表4 关键故障筛选算法

其中，加权平均法计算公式为：

式（2）中：

f1,f2,f3,…,fk为权。

假设故障G的得分为X1=98，X2=100，X3=55，X4=25，X5=21，那么根据加权平均法计算公式可以算出G的得分：

由上式可知，故障G可列为关键故障。

3 故障分析系统实现

3.1 开发平台

由于上海动车段高级修场内部网络节点（如办公电脑、工位机等）分布广泛，且都已接入铁路内部网络，可以相互共享信息数据。现场作业人员可方便的在任何位置通过这些网络终端，实时获取相关支持文件。因此故障分析系统在内部网络信息系统基础上进行拓展和开发是经济科学、切实可行的。

3.2 系统硬件组成

服务器型号：Lenovo ThinkCenter

操作系统：Windows Server 2012 Standard Eva-luation X64

内存参数：1.00 G

CPU参数：Intel(R) Core(TM) Duo CPU E8400 @ 3.00 GHz

浏览器版本：Firefox 35.0.1

系统配置：Apache Tomcat &Oracle后台数据库

软件架构：B/S架构

3.3 软件实现

（1）权限控制

该软件用户分为3个等级，按照权限由大到小排序分别是：段级管理员用户、车间管理员用户、普通用户。段级管理员用户仅有一个，车间管理员用户由段级管理员用户指定，可以有多个不同的车间管理员用户。高权限级别的用户可以根据需要对低权限用户进行注册、销户、权限分配、密码修改等操作。

（2）数据库管理

该软件数据库为Oracle关系型数据库，支持标准SQL语句查询。主要分为用户名数据表、权限管理表和关键故障数据表3个表，分别用于用户名、用户权限和故障数据集合管理。

（3）功能管理

软件主要具备3个模块：登陆模块、主操作模块和后台管理模块。

登陆模块功能：用户必须正确输入用户名和密码方可进入系统。具备IP控制功能，只有经过允许的网络节点才可登陆故障分析系统，确保故障分析系统数据的可控性，同时降低故障分析系统的访问压力，确保现场作业人员快速、流畅访问系统。

主操作模块功能：主操作模块是软件的主界面。根据权限不同，可以进行关键故障数据的添加、查询、修改、删除、打印、导出、统计等操作。

后台管理模块：后台管理模块主要实现了对用户名及用户权限进行管理。

4 系统优点

（1）关键故障筛选算法科学有效。采用分层取样法对故障进行统计分析,排除了时间倾向性故障的干扰，同时综合考虑多重因素,形成关键故障处理数据库。建立了一整套完善的关键故障量化评价界定算法。

（2）系统架构先进。采用了先进的B/S网络架构，该架构以其瘦客户端和跨平台的特点，在确保网络性能的基础上，降低了后续维护成本，提高了其通用性。

（3）故障分析系统实用性强。故障分析系统整合了大量关键故障案例，从所属系统、故障描述、原因分析对关键故障进行了深度剖析，并给出了切实可行、全面详实的故障处理技术指南，对现场故障处理提供了强大的技术支持。

（4）故障分析系统界面友好，使用方便，各项操作简明易懂，现场作业人员可快速掌握该系统的使用方法，具备普遍推广使用的基本条件。

5 结束语

目前，故障分析系统已在上海动车段高级修场投入使用，通过工位机，高级修作业人员可实时检索查询关键故障处理方法和流程并参照处理，从而提高了动车组故障处理的效率和质量，保证了动车组检修进度与质量，为动车组安全运行提供了坚实保障。

[1]铁道部运输局.动车组管理信息系统总体方案[R].北京：铁道部运输局，2009.

[2]钱建强.CRH2型动车组三级修电气调试故障分析及建议[J].铁道机车车辆，2013，33（5）：72-74.

[3]张笑天，麻磊，张绍哲，等.动车组关键配件信息追溯条形码管理系统的设计与实现[J].铁路计算机应用，2014，23（1）：18-21.

责任编辑付思

Key Fault aided Analyzing System for CRH2 EMU Level 3 maintenance

QIAN Jianqiang
( Shanghai Depot of EMU,Shanghai Railway Administration,Shanghai 200070,China)

In this paper,stratifed sampling method was used to count and analyze the faults of CRH2 EMU Level 3 maintenance.It was compromised the occurrence rate and importance of random sample,calculated the weighted score by weighted average method to form the key fault processing database.Through the development of Key Fault aided Analyzing System based on B/S network framework,the management of classifed users,added fault data,fuzzy query and other functions were implemented.It was convenient for the feld operation personnel to obtain real-time processing of key fault,so as to improve the effciency and quality of EMU maintenance.

CRH2;EMU;Level 3 maintenance;key fault;analyzing system