基于信息分类与关联的动车组专家支持系统研究与应用

宋龙龙 弓海斌 任广强 王海涛 徐磊

摘要：我国动车组状态监测和诊断维护中由于列车数量和运行里程的增加以及结构集成度、复杂性的增加造成了故障数量种类大量增加、故障间关系复杂交叉、故障原因诊断定位困难、诊断检修效率低以及诊断专家相对不足等问题。该文综合集成动车组设计、运用、检修各类专家知识，研究开发基于信息分类与关联的动车组专家支持系统，为动车组设计和运用提供专家知识支持。

关键词：动车组；专家系统；信息分类

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）13-0031-02

我国动车组状态监测和诊断维护中由于列车数量和运行里程的增加以及结构集成度、复杂性的增加造成了故障数量种类大量增加、故障间关系复杂交叉、故障原因诊断定位困难、诊断检修效率低以及诊断专家相对不足等问题；随着故障诊断检修工作的开展，积累了大量专家结论与故障案例，但是这些历史故障记录存储独立分散、文件格式杂乱、故障描述缺乏统一且缺少深入整理挖掘和结构化处理，难以实现知识共享和重用，造成了专家知识的闲置和浪费。综合集成动车组设计、运用、检修各类专家知识，研究开发基于信息分类与关联的动车组专家支持系统，为动车组设计和运用提供专家支持。

1 系统总体框架

针对动车组的各种类型的运行数据和专家知识资料，以中车青岛四方机车车辆股份有限公司所研制的CRH2型動车组为例，通过网络把分布于各地的动车组运行状态数据信息和动车组专家知识互相联系起来，将这些数据经过筛选、归类、整理，形成规范的数据库，并在数据库的基础上形成数据仓库、方法库和规则库，通过Internet网络构筑动车组基于本体的动车组专家支持系统。

建立动车组专家知识库，为动车组提供设计支持、运用支持、检修支持。针对动车组设计与运用维护中积累形成的海量专家知识，对上述动车组各类型技术资料文档进行结构化、精确化、标准化、规范化处理，依据各类文件特点分别建立上传存储接口，汇总整理形成动车组专家支持系统完备知识库。

以动车组系统结构为中心建立各类专家知识之间的映射关联查询。以中国铁路总公司制定发布的《CRH型动车组系统结构》为标准，细化完善涵盖最小维护单元的结构分类，并以此系统结构为统一查询入口，集成建立包含动车组故障知识、检修规程、设计文档、结构参数、试验报告等参考资料的统一搜索查询平台，为新产品设计开发提供最为广泛全面和真实可信的历史数据支持，提高新产品设计研发效率，形成有效的设计支持。系统总体框架如图1所示。

2 系统功能模块分类

系统主要包含以下四大功能模块：运用支持模块、检修支持模块、设计持模块和系统结构模块。通过四大模块建立起动车组新造设计和运用检修全体专家知识统一存储查询分析平台，并实现专项工作发布、查看、跟踪、反馈一站式工作管理。

2.1 运用支持模块

（1）动车组运用支持模块涵盖的专家知识资料包含以下项：故障日报、重要信息反馈、专家结论、修程修制、动车组配属、运营里程、故障率和用户手册；

（2）其中用户手册又包含以下几项：部件手册、使用维护说明书、司机操作手册、应急故障处理手册、运用维护规程和培训教材；

（3）可通过系统按照文件发布时间、所属车型、所属系统、文件名称等条件分别调取查询；

（4）故障率计算主要包含平均故障间隔里程MDBF、平均故障间隔时间MTBF、平均维修时间MTTR。

2.2 检修支持模块

动车组检修支持模块涵盖的专家知识资料包含以下项：检修技术条件、检修试验报告、科研报告、零件更换指导；可通过系统按照文件发布时间、所属车型、所属系统、文件名称等条件分别调取查询。

2.3 设计支持模块

动车组新造设计支持模块涵盖的专家知识资料包含以下项：设计规划书、CAD电子图纸、技术条件、仿真技术报告、隐患登记册、D-FMEA分析、型式试验报告、工艺要求；可通过系统按照文件发布时间、所属车型、所属系统、文件名称等条件分别调取查询。

3 以系统结构为中心的专家知识关联映射查询

以铁总下发的《CRH型动车组分类》为基准，结合四方股份既有资料，进一步细化完善形成分车型的涵盖最小维护单元系统结构树，可按照所属车型查询各个类型动车组的系统结构关系；可按照系统结构为统一查询入口，建立各类技术资料的关联映射，可按照所属车型、所属系统、所属部件、结构名称查询显示其相关的各类技术资料。

针对存储格式包含word、Excel、pdf、压缩文件、数据库等多种存储格式的专家知识，多源异构数据融合，通过本地数据库资源描述框架（Resource Description Framework （Schema），RDF（S））到全局 RDF（S）的转换和基于 RDF（S）图的本体合并，实现多源异构信息的融合。构建动车组专家支持系统各类专家知识的关联映射，实现动车组设计专家知识、运用专家知识、检修专家知识和专项工作重要信息的统一和融合。

根据中国铁路总公司运输局2013年7月31日颁发的《CRH型动车组系统分类》，根据各型动车组系统功能分类和零部件装配关系逐级分解原则，CRH动车组系统分类分为两类，共5级。第一部分为系统及子系统，共2级；第二部分为零部件结构，共3级。其中系统按功能划分为13类，并根据具体功能对部分系统划分子系统。零部件根据装配关系对部分可拆分件进行逐级拆解，与系统、子系统形成5级分层结构。

（1）选择车型A：车型选定后即可显示A型车的动车组结构树。

（2）选择系统B：系统选定后，可检索查询出A型车B系统的全部技术资料，包括故障日报、专家结论等运用支持资料，检修技术资料、检修试验报告等检修支持资料，设计规划书、CAD电子图纸等设计支持资料。

（3）选择一级子部件C：一级子部件选定后，可检索查询出A型车B系统C部件的全部技术资料，包括故障日报、专家结论等运用支持资料，检修技术资料、检修试验报告等检修支持资料，设计规划书、CAD电子图纸等设计支持资料。

（4）选择二级子部件D：二级子部件选定后，可检索查询出A型车B系统C部件中D部件的全部技术资料，包括故障日报、专家结论等运用支持资料，检修技术资料、检修试验报告等检修支持资料，设计规划书、CAD电子图纸等设计支持资料。

4 结论

本系統基于中国铁路总公司制定下发的各类行业标准，集成建立统一完备的动车组技术资料查询统计分析平台，集成分散于公司各部门间的各类专家知识及设计说明文档，打通不同系统之间信息传输交换壁垒，实现多源文件之间的信息共享，服务于动车组运用维护及设计研发部门，提供有效的专家知识支持。

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