铁路货车配件信息管理系统设计

史晓磊，王华伟，刘宗洋，祁苗苗

（中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081）

新时期的铁路车辆部门提出了货车精益化发展的要求，当前却是以整车为对象进行技术管理，缺少针对货车零部件的信息化管理方式，难以追踪和评价配件造修质量与技术状态。

本文采用大数据、故障预测、健康管理（PHM，Prognostics Health Management）等技术，设计了铁路货车配件信息管理系统，构建了配件“一件一档”技术履历库，实现配件全生命周期管理[1]，为维修成本精细化管理奠定基础。同时，铁路货车配件信息管理系统支持开展配件造修源头质量评价，为配件招标采购提供重要支撑，降低廉政风险；深入挖掘配件性能在货车检修、运用中的变化规律，开展配件服役性能与运用时长分析，以及走行里程规律分析[2]，为车辆修程修制改革提供技术支撑。

1 架构设计

1.1 总体架构

铁路货车配件信息管理系统主要依托铁路货车技术管理信息系统（HMIS，Huoche Management Information System）和车辆运行安全监测系统（简称：5T 系统），通过信息共享建立系统数据基础。系统采用集中部署方式，浏览器/服务器（B/S，Browser/Server）架构，为中国国家铁路集团有限公司（简称：国铁集团）、铁路局集团公司和车辆段提供三级联网应用服务。铁路货车配件信息管理系统总体架构如图1 所示。

图1 铁路货车配件信息管理系统总体架构

1.2 数据架构

铁路货车配件信息管理系统的数据架构，如图2 所示。

图2 铁路货车配件信息管理系统数据架构

（1）外部数据源

依托一体化数据集成平台、HMIS 和5T 系统，并由这些系统的数据构成基础数据。

（2）数据获取层

通过多种方式采集相关业务数据，通过数据接口和服务自动接入既有系统业务数据，并对数据进行重构与组织[3]，实现构建配件唯一编码，将配件全生命周期数据串联起来。

（3）数据存储及处理

铁路货车配件信息管理系统对各类业务数据进行统一存储和集中处理，以支持上层的应用和调取。此外，铁路货车配件信息管理系统需要存储部分铁路货车技术管理系统（HMIS）数据，共享车辆运行安全监测系统的故障预警数据，对部分HMIS 数据进行存储、拆分、重构，以此作为全新的货车配件管理数据基础。系统数据主要由HMIS 数据、车辆安全监测数据、配件“一件一档”、评价信息、修程修制改革支持等业务数据组成。

对各类业务数据进行统一存储和集中处理，以支持上层的应用和调取。此外，铁路货车配件信息管理系统需要存储部分HMIS 数据，共享车辆运行安全监测系统的故障预警数据，对部分HMIS 数据进行存储、拆分、重构，以此作为全新的货车配件管理数据基础。

（4）数据交付层

主要由各类统计报表、数据图形文件等数据形式组成，丰富数据展示、运用形式，同时支撑各级车辆部门日常生产管理需要。

2 功能设计

铁路货车配件信息管理系统功能模块如图3所示。

图3 铁路货车配件信息管理系统功能模块

（1） 货车技术档案

建立货车包含新造—运用—检修—报废的全生命周期的货车技术档案，以及通过重新构建货车配件基础信息库，对配件类型、生产单位、铸造/熔炼号、制造年月查询配件基础信息，按配件编码或者配件基础信息查询配件履历信息，包括基本信息、装车信息、检修信息、运用信息和报废信息。

（2） 配件故障分析

采用大数据技术[4]，统计分析货车关键配件故障、磨耗数据，掌握配件运用检修规律，指导车辆段职工重点维修，提高货车运用检修效率。

（3） 配件质量评价

根据配件在使用过程中故障的严重程度及发生频率，追溯配件的源头质量[5]，对配件生产厂家的生产水平进行评价。

（4） 到期预警

对即将到期的关键配件进行寿命到期预警提示，以便检修人员重点关注。

（5） 报废管理

实现货车普通配件和高价互换配件报废申请、鉴定、破坏处置等管理，建立报废配件台账，从多种维度统计分析报废配件。通过向HMIS 运用和检修系统提供配件报废信息，对报废件进行卡控，有效杜绝报废件回流运用车问题的发生。

（6） 重点督办

查看国铁集团重点督办的货车问题配件和结案状态。

（7） 生产管理

按照实行寿命管理配件要求，自动评判寿命到期配件并推送至检修单位；针对源头质量问题配件，提供对同厂家同批次配件及装车信息的检索。

（8） 作业质量评价

对配件运用检修后发生的5T 系统预警信息及列检发现的运用故障进行统计分析，以便对车辆段检修车间的作业质量进行评价。

（9） 基础信息管理

提供对货车主要配件种类、配件厂家、配件型号、配件材质等基础信息的维护，建立特种车辆配件目录，为配件全寿命周期技术管理、造修质量评价提供基础数据支撑。

3 关键技术

3.1 关键货车配件身份标识码

以制造日期、制造单位、铸造编号、型号属性组成配件唯一身份标识码，以此标识为纽带，重构现有货车新造、检修、运用及报废信息，建立配件全生命周期技术履历库。

关键配件唯一身份标识码由配件种类代码、制造单位、制造时间、配件型号和铸造顺序号组成，以阿拉伯数字（0~9）、大写英文字母（A~Z）等36个字符为码元。关键配件唯一身份标识码的编码规则如表1 所示。

表1 关键配件唯一身份标识码的编码规则

3.2 全生命周期履历数据重构

围绕货车零部件全生命周期管理的需求，采用Web Services 技术，建立了与HMIS 和5T 系统交互的数据接口，实现了实时获取与货车关键配件相关的业务数据。根据唯一身份标识码的编码规则，对分散存储在HMIS 和5T 系统的业务数据进行重构[6]，建立关键配件逻辑唯一编码，并以逻辑唯一编码为索引，与配件制造、运用、检修、故障、安全监测、报废等信息进行关联。此外，还构建了货车关键配件台账库，提供按配件地制造单位、制造时间、铸造/顺序号进行检索的功能，以便分析货车关键配件的全寿命履历信息。货车关键配件“一件一档”全生命周期履历功能如图4 所示。

图4 货车车轴全寿命履历信息

3.3 厂家生产质量评价模型

通过对同种配件不同厂家相同生产时期的货车主要零部件的故障演变规律分析，对配件厂家生产质量进行评价[7]。配件故障数据包括厂修故障、段修故障、临修故障、典型故障等，按厂家质量质保期、厂段修周期、寿命期限划分运用时段，从配件型号、材质这些方面分别统计同类配件不同厂家在各运用时段的故障发生率，并统计全部配件厂家的平均故障分布，形成某配件厂家与平均故障分布的对比分析。本文以钩舌配件为例，通过对评价模型的构建与数据分析，合理评价厂家生产质量，如图5 所示。

图5 主要零部件（钩舌）制造质量评价

3.4 车轮踏面磨耗规律分析

通过分析不同轮型、不同材质、不同制造厂家的车轮磨耗规律，为车轮设计制造、货车修程修制改革提供辅助决策支撑。以货车轮轴一、二、三、四级检修采集的轮辋、轮缘和踏面历次收入与支出尺寸数据为数据样本，结合货车走行里程数据，分析车轮不同部位磨耗值与运用时长、运用里程之间的关联性。建立运用月磨耗率和运用万公里磨耗率两项指标和大数据技术来分析不同轮型、不同材质、不同厂家的轮辋、轮缘、踏面等部位的磨耗速率，以磨耗速率反映轮轴耐用性和质量优劣。货车轮对磨耗规律分析功能如图6 所示。

图6 轮轴磨耗规律分析

3.5 超期服役与安全监测综合预警

按照货车零部件寿命管理要求，自动计算服役超期，同时采集列检发现故障、走行里程信息、安全监测故障、批次质量问题等信息，为货车维修提供重点信息。当列检发出扣车票据或者车辆通过车辆段入口车号识别设备时，铁路货车配件信息管理系统能够将上述集成信息自动推送至检修车间，及时辅助相关人员制订修车方案与物料配送计划，实现货车精准修，提高检修效率。

4 结束语

铁路货车配件信息管理系统构建了关键配件“一件一档”技术履历库，实现了对关键配件全生命周期信息的管理；通过集成超期服役和安全预警信息，指导现场检修作业；深入挖掘配件性能在货车检修、运用中的变化规律，为货车修程修制改革提供技术支撑。未来，将进一步优化铁路货车配件信息管理系统并将其推广应用，实现铁路货车管理降本增效的目标。