基于智能感知技术的自轮运转设备管理系统研究

2022-09-05高春雷徐济松张锐王鹏刘尚昆

铁道建筑 2022年8期

高春雷徐济松张锐王鹏刘尚昆

中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081

据调研，目前国能朔黄铁路发展有限责任公司设备台账履历、维修保养、施工日志等依靠人工记录和统计，存在信息录入重复、设备过修或漏修等问题，不利于数字化管理。既有的生产管理系统均不具备自轮运转设备台账履历等的信息化管理功能，无法为设备运用和维修保养决策的制定提供依据。

自轮运转设备的发动机、变速箱等关键部件的实时状态监测与故障报警信息独立管理，无法为车辆设备大数据故障预测提供数据支持，且难以实现设备故障的预警。鉴于此，基于大数据技术［1］和铁路地理信息系统（Geographic Information System，GIS）［2］研发自轮运转设备智能管理系统，对自轮运转设备的台账履历、作业调度、关键部件维修保养、运用信息等进行智能管理。本文介绍该系统的组成、功能及应用。

1 系统组成及功能

该系统主要由地面管理平台、车载中央处理装置和手持终端组成，如图1所示。

图1 自轮运转设备智能管理系统框架

该管理系统的功能主要包括：

1）设备基础信息数字化。采用动态履历和静态履历相结合的全生命周期电子履历，一车一档，实现车辆主要技术参数、主要部件、检修信息数字化和基础台账管理信息化。

2）基于移动终端的出乘作业标准化。依据自轮运转设备标准化作业有关要求，基于移动终端实现施工日志和巡检过程的电子化、标准化，规范车辆作业前后各检测点的检查流程。

3）设备行驶轨迹的实时监测。采用GPS+北斗相结合的定位技术，基于铁路GIS实现自轮运转设备行驶轨迹的实时监测。

4）车辆关键部件的故障分析与维修保养预警。统计车辆故障信息，建立专家库。根据专家经验结合车辆的历史作业数据、故障数据、运行日志等进行分析，诊断故障的原因，评估车辆运维状态。根据设备台账、履历及运用信息，对车辆部件检修进行管理，到期提示、预警。

2 系统功能的实现

为实现系统的四大功能，对自轮运转设备进行精细化管理。具体内容包含设备管理、检修管理、生产管理等。设备管理又分为设备履历、设备台账和设备主要数据管理。

2.1 设备管理

2.1.1 设备履历管理

设备履历管理内容主要包括技术参数、主要部件、年检鉴定记录、运用记录、维修记录等信息的管理与更新。设备履历的部分管理内容见表1。

表1 设备履历部分管理内容

2.1.2 设备台账管理

自轮运转设备台账包括：走行设备的基本信息（运用单位、管理编号、车型编号、设备名称、规格型号、生产厂家、制造许可证号、出厂编号、出厂日期）；运行控制设备的基本信息（规格型号、生产厂家、出厂日期）；列车无线调度通信设备的基本信息（规格型号、生产厂家、出厂日期）；自轮运转设备修理信息（上次年修日期、上次年修单位、上次大修日期、上次大修单位）等。

2.2 检修管理

检修管理主要包括按运用时间或里程执行的例行保养管理与提醒、临时维修过程的管理与数据更新、修程管理以及设备检修的统计分析。

检修管理主要针对大修、年修和报废，提醒相关管理人员在线下处理，无需系统管控大修、年修流程。当线下处理完成后，由生产部主管在系统中输入完成时间、承修单位、本年度走行里程、累计走行里程、本年度工时、累计工时、检修记录编号和验收人。检修结束后提醒任务结束，将相关信息存储。

2.3 生产管理

根据既有自轮运转设备生产管理流程，业务人员从施工管理系统提取与本业务部门有关的施工计划，并将相应的施工计划导入智能管理系统。施工计划包括施工日期、地点、施工内容及影响范围、施工单位负责人、配合单位、作业人员、操作方法等。作业主管通过智能管理系统进入施工计划下发界面填写信息，下发计划，发起施工计划流程。

自轮运转设备生产检修流程如图2所示。

图2 生产检修流程示意

3 管理系统软件设计

测量系统使用Java、C++语言混合编程，可以在Windows平台上运行。

自轮运转设备智能管理系统通过对数据的采集存储、智能化处理和可视化应用，解决数据的共享壁垒、质量不佳、应用深度不足、管理粗放等问题，形成对自轮运转设备全生命周期管理。

软件架构分为数据采集、数据平台和业务应用三层。数据采集层采用Socket/NettyClient/MqttClient+datax/flume［3-5］实时和离线采集数据，完成对车辆在线监测数据的采集。数据平台层采用典型的Lambda架构［6-7］，通过Hadoop相关技术［8-9］，接收采集层的数据并在集群中完成数据的实时和离线处理，将结果实时推送给前端应用系统，同时把数据分析结果写入到关系型数据库。业务应用层中Web后端采用基于稳定性与持续性均较好的SpringCloud的微服务技术架构［10］进行数据处理与分析。

4 管理系统的应用

管理系统目前已经在朔黄铁路自轮运转设备管理中应用，实现了数据和设备管理、关键部件状态监测、作业过程监测等功能。

4.1 数据和设备管理

首先，采用车载中央处理装置对车载各子系统监测的数据进行收集和实时处理。车载中央处理装置数据接口设计如图3所示。然后，通过网络传输单元，将监测数据传输给管理系统，由管理系统存储和展示。最后，由管理系统对设备履历、设备台账、设备主数据和车载各子系统监测数据进行融合分析与更新，实现关键部件运维信息的智能化管理。

图3 车载中央处理装置数据接口设计

自轮运转设备履历管理界面见图4。建立各设备的信息化履历簿，动态管理设备技术参数、主要部件、年修大修等运维信息，为自轮运转设备智能化管理提供数据支撑。

图4 自轮运转设备履历管理界面

4.2 关键部件状态监测

通过温度、加速度等多种传感器，对设备发动机、变速箱等关键部件进行实时监测，对设备故障及时发出警报，对历史故障信息进行存储和统计分析，辅助实现设备状态评估。

对列车管的风压进行集中监测，结合制动异常判断逻辑，监控制动机性能，判定制动机异常，并进行预警。

4.3 作业过程监测

管理系统可实现自轮运转设备作业过程的监测。监测和评估的主要内容：①对发动机间、司机室等进行火灾监测与预警；②进行司机身份识别、司机精神状态识别和司机异常行为识别；③通过无线测距、卫星定位、毫米波雷达等多种测距技术，实现自轮运转设备车间距的数字化监控；④通过无线测距技术实现对人员的定位和距离判断；⑤采用加速度传感器，结合自轮运转设备运用管理办法，对车辆运行平稳性进行评估。