楊慶和，李占領(lǐng)，張四海

（北京鐵路局 北京客運(yùn)專線基礎(chǔ)設(shè)施維修基地，北京 100070）

牽引供電微機(jī)化維修管理系統(tǒng)是高速鐵路牽引供電設(shè)備維修管理的客觀需要，是開通運(yùn)營后運(yùn)營維修的支撐平臺(tái)。該系統(tǒng)對(duì)于保障高速鐵路牽引供電系統(tǒng)安全、高效的運(yùn)營，保證維修質(zhì)量、降低運(yùn)營成本以及設(shè)備維修現(xiàn)代化、信息化起到關(guān)鍵的作用。牽引供電微機(jī)化維修管理系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備臺(tái)帳履歷管理、檢測(cè)數(shù)據(jù)處理、維修管理、物資管理和故障統(tǒng)計(jì)分析等功能。

1 系統(tǒng)組成

1.1 硬件組成及分布

牽引供電微機(jī)化維修管理系統(tǒng)的硬件由系統(tǒng)服務(wù)器、磁帶機(jī)、客戶計(jì)算機(jī)、路由器、打印機(jī)等組成。分布在系統(tǒng)機(jī)房、維修中心和維修工區(qū)。

1.1.1 系統(tǒng)機(jī)房

采用2 M鐵路骨干網(wǎng)與鐵路局、客專公司、調(diào)度所進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備由服務(wù)器、路由器和工程控制臺(tái)組成。

服務(wù)器包括MS Office服務(wù)器、開發(fā)服務(wù)器和生產(chǎn)用服務(wù)器，路由器均有防火墻和專用通訊協(xié)議，包括連接數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)的服務(wù)器、連接CTC系統(tǒng)的路由器、連接時(shí)鐘系統(tǒng)的服務(wù)器。

1.1.2 維修中心

在基礎(chǔ)設(shè)施維修中心（基地）設(shè)立工作終端，通過專用網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)機(jī)房進(jìn)行通訊。終端工作人員包括維護(hù)經(jīng)理、商務(wù)經(jīng)理、質(zhì)保經(jīng)理、安全經(jīng)理、維修系統(tǒng)分析師、采購經(jīng)理、接觸網(wǎng)工程師、變電工程師、SCADA工程師和生產(chǎn)調(diào)度等。

1.1.3 維修工區(qū)

在維修工區(qū)設(shè)置接觸網(wǎng)終端、變電終端、SCADA終端以及庫管員終端。通過延伸到現(xiàn)場(chǎng)的2 M鐵路骨干網(wǎng)與維修中心進(jìn)行通訊聯(lián)系。

1.2 系統(tǒng)軟件

服務(wù)器：操作系統(tǒng)為Windows NT，數(shù)據(jù)庫為Database Oracle V 7.3。

客戶機(jī)：操作系統(tǒng)為Windows XP。

開發(fā)軟件：SAP R/3軟件具有良好的人機(jī)界面和擴(kuò)展性，系統(tǒng)使用了SAP R/3中的車間維護(hù)模塊（PM）和材料管理模塊（MM）。車間維護(hù)模塊（PM）能夠完成預(yù)防性維護(hù)、安全改進(jìn)維護(hù)、庫存管理、故障記錄系統(tǒng)及分析等功能。材料管理模塊（MM）能夠完成包括與材料購買和管理的功能。

1.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)傳輸包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)。局域網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議和鐵路專網(wǎng)協(xié)議，局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換采用專用IP高速鏈接協(xié)議。

2 系統(tǒng)功能

按照功能劃分，主要模塊有：臺(tái)帳履歷管理，檢測(cè)數(shù)據(jù)錄入及分析，維修管理，物資管理，故障統(tǒng)計(jì)分析，設(shè)備及設(shè)施監(jiān)視等，見圖1。

2.1 臺(tái)帳履歷管理

建立臺(tái)帳履歷管理數(shù)據(jù)庫，對(duì)各主要設(shè)備建立管理臺(tái)帳。方便查找、匯總和分析，系統(tǒng)的所有設(shè)備按照接觸網(wǎng)、牽引變電和電力設(shè)備分為3個(gè)子系統(tǒng)。按照樹狀結(jié)構(gòu)，分7級(jí)分別建立臺(tái)帳和履歷。

圖1 牽引供電微機(jī)化維修管理系統(tǒng)功能模塊

查找功能：依樹狀結(jié)構(gòu)代碼查找臺(tái)帳或設(shè)備。依故障代碼查找再次發(fā)生的故障。依樹狀結(jié)構(gòu)代碼查找連續(xù)發(fā)生的故障。

匯總統(tǒng)計(jì)功能：依據(jù)樹狀結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)及顯示其下所有設(shè)備臺(tái)帳及履歷。依設(shè)備類別，統(tǒng)計(jì)同型設(shè)備之故障狀況。依故障代碼，統(tǒng)計(jì)故障原因、統(tǒng)計(jì)所有材料發(fā)放和接收。

2.2 檢測(cè)及維修數(shù)據(jù)處理

檢測(cè)及維修數(shù)據(jù)的來源主要有檢測(cè)中心的接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)、SCADA子系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、維修和試驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于這些數(shù)據(jù)，軟件系統(tǒng)能夠完成下載、統(tǒng)計(jì)、分析處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

2.2.1 接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理

當(dāng)接觸網(wǎng)測(cè)量值上傳維修管理系統(tǒng)時(shí)，維修管理系統(tǒng)產(chǎn)生測(cè)量記錄。分別按照接觸壓力、空間幾何參數(shù)以及導(dǎo)線磨耗的判斷標(biāo)準(zhǔn)分析是否超限，確定超限的嚴(yán)重等級(jí)，從而產(chǎn)生通知單。維修人員也可以通過本系統(tǒng)數(shù)據(jù)的積累，按照測(cè)量值的變化趨勢(shì)分析設(shè)備狀態(tài)。處理流程如圖2。

圖2 接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理流程

2.2.2 S CADA狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理

從SCADA系統(tǒng)的EAV數(shù)據(jù)庫messages.db表產(chǎn)生通知單1W21、狀態(tài)表ZPMSCA01；在通知單1W21中，根據(jù)故障定位SCADA系統(tǒng)EAV數(shù)據(jù)庫的Faultloc文件，形成故障代碼、故障時(shí)間，產(chǎn)生通知單的優(yōu)先級(jí)，管理人員根據(jù)通知單安排維修任務(wù)，或取消自動(dòng)生成的故障通知。狀態(tài)表ZPMSCA01中產(chǎn)生設(shè)備地點(diǎn)、名稱、安裝及運(yùn)行的履歷信息及故障原因，這些信息被存儲(chǔ)在服務(wù)器， 使維修人員可以核實(shí)某時(shí)間點(diǎn)牽引變電設(shè)備的狀態(tài)，利用這些信息可以進(jìn)行原因判斷分析。

從SCADA系統(tǒng)的EAV數(shù)據(jù)庫獲取當(dāng)前測(cè)量值MEASVALS、小時(shí)測(cè)量值HMEASVAL、日測(cè)量值DMEASVAL、月測(cè)量值MMEASVAL、當(dāng)前計(jì)數(shù)值METEVALS、小時(shí)計(jì)數(shù)值HMETEVAL、日計(jì)數(shù)值DMETEVAL、月計(jì)數(shù)值MMETEVAL文件，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換形成測(cè)量記錄1K11。在測(cè)量記錄1K11中包括地點(diǎn)、設(shè)備名稱、編號(hào)、測(cè)量點(diǎn)、測(cè)量時(shí)間等信息，可支持維修人員進(jìn)行趨勢(shì)分析，通過定義測(cè)量值的上下限，如果測(cè)量值超出限制，系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)故障通知單。

公告ZPMSCA02、注釋ZPMSCA03、提示ZPMSCA04這3個(gè)表根據(jù)SCADA系統(tǒng)EAV數(shù)據(jù)庫的ANNOUNCE、COMMENTS和HINTS文件，經(jīng)過數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)字段轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生。

2.2.3 檢修和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

無論接觸網(wǎng)、變電還是電力、SCADA設(shè)備，經(jīng)過人工維修和測(cè)量后，由維修工區(qū)錄入管理系統(tǒng)，設(shè)定邊界值就可以形成故障通知單，產(chǎn)生通知單的優(yōu)先級(jí)，形成維修工作命令，也可以根據(jù)已知故障取消這個(gè)計(jì)劃維修任務(wù)。

2.3 維修管理

維修管理在本系統(tǒng)中由SAP R/3中的車間維修模塊（PM）基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，維修管理支持計(jì)劃性預(yù)防維修和故障維修兩種方式。維修管理通過通知及命令來實(shí)現(xiàn)，通知是用來通知故障，然后根據(jù)故障情況安排維修，命令用于計(jì)劃性預(yù)防維修的安排。

維修管理完成維修計(jì)劃的編制、維修命令的確認(rèn)下達(dá)、執(zhí)行及完成情況反饋、物資管理、安全提示等任務(wù)。維修命令被分成5種不同的命令種類，在維修部門中有7類維修處理。見表1。

2.3.1 預(yù)防性維修

牽引供電及電力供電系統(tǒng)的管理人員使用本系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃、安排進(jìn)度、控制及分析維護(hù)任務(wù)。維修計(jì)劃由部門管理人員在管理系統(tǒng)中建立并保存，它包括規(guī)定維修任務(wù)的清單及維修的周期。該計(jì)劃建立在設(shè)備供應(yīng)商提供的維護(hù)運(yùn)營手冊(cè)、維修策略及歷史紀(jì)錄信息的基礎(chǔ)上。維修部門管理人員按照維修周期安排任務(wù)，自動(dòng)生成來自維修計(jì)劃的工作命令，安排優(yōu)先等級(jí)，將命令下達(dá)給工人，同時(shí)提供物資計(jì)劃和相應(yīng)的物資管理功能。

表1 維修處理分類

2.3.2 故障維修

當(dāng)牽引供電系統(tǒng)及配電系統(tǒng)產(chǎn)生故障后，或者根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)、SCADA狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷出的故障，管理系統(tǒng)生成故障通知，給每個(gè)通知分配一個(gè)優(yōu)先權(quán)，按照故障位置、故障原因等，分派給相應(yīng)管理人員，由管理人員安排故障維修，安排所需要的材料、工具及人力并確認(rèn)。

緊急故障維修是在沒有維修命令和通知的情況下進(jìn)行維修，屬于故障搶修，該系統(tǒng)提供搶修完成后的內(nèi)容填寫。

2.3.3 命令執(zhí)行和人工干預(yù)

命令執(zhí)行：根據(jù)維護(hù)計(jì)劃的主體數(shù)據(jù)庫，一旦到了指定日期，管理系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生信號(hào)，則系統(tǒng)會(huì)緊接著預(yù)先規(guī)定的維護(hù)計(jì)劃自動(dòng)生成維護(hù)命令，會(huì)為維護(hù)組提供所有的信息，如哪個(gè)零件，哪種特殊工具等，讓維護(hù)管理人員決定是否要進(jìn)行維護(hù)工作。

人工干預(yù)：如果不進(jìn)行維護(hù)，則必須說明原因，例如沒有足夠的零件儲(chǔ)備。

2.3.4 確認(rèn)

確認(rèn)主要是評(píng)估維護(hù)工作的估計(jì)時(shí)間和實(shí)際時(shí)間、維修后的參數(shù)、成本。以計(jì)劃需求作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)際維修工作進(jìn)行評(píng)估，例如進(jìn)行實(shí)際成本和估計(jì)的成本計(jì)算做比較。確認(rèn)過程中需要的信息包括工作開始時(shí)間、日期、途中時(shí)間、等待時(shí)間、實(shí)際工作時(shí)間以及工作類型等。

2.4 物資管理

物資管理模塊由SAP R/3中的材料管理（MM）模塊基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，材料的消耗和申請(qǐng)來自維修管理功能，由系統(tǒng)根據(jù)輸入自動(dòng)生成，物資管理模塊根據(jù)消耗和申請(qǐng)開始實(shí)時(shí)進(jìn)行物資管理，時(shí)刻保證能夠滿足維修的需要。

2.4.1 庫存等級(jí)及清單

庫存水平、存貨所有備件和耗材記錄在管理系統(tǒng)中作為材料主記錄。材料主記錄包括：材料的詳細(xì)技術(shù)資料、可用信息、存貨信息（庫存水平、存貨地點(diǎn)、存貨狀態(tài)等）、采購信息和材料價(jià)格。

材料發(fā)放和預(yù)定：物資管理模塊記錄所有材料發(fā)放和接收。發(fā)放可分為發(fā)放給特定維護(hù)任務(wù)、特定人員，也可以另外預(yù)定材料，并記錄每筆預(yù)定的理由。

材料調(diào)撥記錄：如果使用了一個(gè)以上的倉庫（如車站倉庫），物資管理模塊允許材料記錄從一個(gè)存儲(chǔ)位置轉(zhuǎn)移到其他的位置。

材料需求規(guī)劃：為了減少缺少材料、無法維修的風(fēng)險(xiǎn)，物資管理模塊具有計(jì)算材料庫存水平、與補(bǔ)貨點(diǎn)比較的功能。定貨點(diǎn)必須根據(jù)實(shí)際材料消耗經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整。如果預(yù)計(jì)的庫存水平低于補(bǔ)貨點(diǎn)，會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)采購申請(qǐng)。

2.4.2 材料計(jì)價(jià)

物資管理模塊運(yùn)用動(dòng)態(tài)平均價(jià)格原理計(jì)算備品備件的價(jià)格，也可以指定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格，該模塊提供自動(dòng)生成的材料清單并能在盤存手續(xù)結(jié)束后調(diào)整庫存水平。

2.4.3 備品備件采購定單

采購申請(qǐng)：可以手動(dòng)或自動(dòng)生成。

采購定單：采購定單可以打印并交予賣方。定單編號(hào)、價(jià)格、交付地址取自采購申請(qǐng)。

采購信息記錄：提示可以從哪個(gè)賣方定購何種材料，包括定單數(shù)量、價(jià)格和其他相關(guān)采購信息。生成一個(gè)采購?fù)ㄖ獣?，這些信息自動(dòng)轉(zhuǎn)入采購?fù)ㄖ獣?，減少數(shù)據(jù)輸入時(shí)間。

發(fā)票驗(yàn)證：如果收到備品備件或耗材發(fā)票，就可以檢查何時(shí)以何種價(jià)格定購材料，是完全收到還是部分收到，這些信息幫助用戶決定是否支付貨款。

2.4.4 存貨周轉(zhuǎn)量

庫存分析可以顯示出備件庫存的利用效率。這個(gè)報(bào)告顯示是否有太多不必要的零件被積蓄或是否有庫存短缺導(dǎo)致沒有備用或降低工作效率。

2.5 故障管理

2.5.1 故障優(yōu)先級(jí)

故障優(yōu)先級(jí)按照表2所列。

表2 故障優(yōu)先級(jí)

2.5.2 故障追蹤

故障追蹤通過運(yùn)行報(bào)告實(shí)現(xiàn)，該報(bào)告提供故障維修過程狀態(tài)信息以及設(shè)備故障狀態(tài)信息。使用故障追蹤可實(shí)現(xiàn)識(shí)別再次發(fā)生的故障、識(shí)別連續(xù)的故障、控制故障維修工作的進(jìn)程、監(jiān)督設(shè)備故障狀態(tài)。

2.5.3 故障統(tǒng)計(jì)分析

故障統(tǒng)計(jì)可以提供特定時(shí)期或某個(gè)周期內(nèi)對(duì)整個(gè)牽引供電子系統(tǒng)或特定牽引供電設(shè)備的長(zhǎng)期故障統(tǒng)計(jì)?？梢燥@示一個(gè)設(shè)備或一項(xiàng)功能的故障平均間隔時(shí)間，用MTBF來表示平均無故障時(shí)間。

2.5.4 損壞分析

損壞分析顯示單個(gè)設(shè)備或一項(xiàng)功能故障的頻率。最小的報(bào)告時(shí)間是1天，可以選擇更長(zhǎng)的期間（如1周、1月、1年）。主要的用途是識(shí)別缺陷設(shè)備并檢討執(zhí)行維修策略的功效。

2.5.5 位置分析

位置分析顯示的是特定位置（車站、區(qū)段等）故障的頻率。它考慮與該位置相關(guān)的所有設(shè)備而不管它們屬于哪個(gè)子系統(tǒng)。最小的報(bào)告時(shí)間是1天，也可以選擇更長(zhǎng)的期間（如1周、1月、1年）。主要的用途是識(shí)別比其他地方故障率高的位置，從而說明故障原因是環(huán)境因素而非設(shè)備質(zhì)量問題。

2.6 設(shè)備及設(shè)施監(jiān)視

2.6.1 通過SCADA監(jiān)視牽引供電及電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

通過SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引供電及電力供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方復(fù)示功能，管理功能與控制中心的功能基本一致，不具有控制功能、不具有控制權(quán)。

2.6.2 通過CTC監(jiān)視維修作業(yè)軌道車輛位置

通過CTC系統(tǒng)的信息交換，取得所有作業(yè)車輛在天窗封閉前后、天窗內(nèi)車輛的位置信息，使管理人員、調(diào)度人員實(shí)時(shí)掌握接觸網(wǎng)作業(yè)車輛的位置，并形成記錄，可以用于維修分析和故障分析。

2.6.3 實(shí)現(xiàn)安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)示

與安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)有權(quán)監(jiān)控人員通過自己的終端監(jiān)控牽引變電所、配電室的視頻，幫助了解運(yùn)行狀態(tài)和協(xié)助處理設(shè)備故障。

2.7 其它

系統(tǒng)預(yù)留了與財(cái)務(wù)管理方面的接口，通過數(shù)據(jù)文件的交換來實(shí)現(xiàn)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 與SCADA的連接和數(shù)據(jù)交換

SCADA 和 維修管理系統(tǒng)通過一個(gè)有防火墻的路由器連接，這個(gè)路由器允許維修管理系統(tǒng)服務(wù)器訪問 SCADA EVA數(shù)據(jù)庫。服務(wù)器把 SCADA消息存檔于 EVA數(shù)據(jù)庫，維修管理系統(tǒng)按預(yù)定的周期查詢 EVA數(shù)據(jù)庫，如果檢測(cè)到有新的 SCADA消息，就會(huì)傳遞到維修管理系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)位置。

3.2 與CTC（車輛位置）的數(shù)據(jù)交換

與CTC接口的用途是向維修人員提供接觸網(wǎng)作業(yè)車的位置信息。

CTC服務(wù)器提交列車行程安排數(shù)據(jù)到接口轉(zhuǎn)換器，維修管理系統(tǒng)通過中間協(xié)議從接口轉(zhuǎn)換器接收維修車輛位置數(shù)據(jù)包，接口轉(zhuǎn)換器使用418協(xié)議（TDCS數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)）通過TCP/IP局域網(wǎng)提交數(shù)據(jù)包。中間件接收、處理并且向維修管理系統(tǒng)傳輸經(jīng)過處理后的維修車輛位置信息。通過一個(gè)功能模塊存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫表里，利用一個(gè)查詢程序在屏幕上顯示維修車輛的信息。

4 結(jié)束語

牽引供電微機(jī)化維修管理系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)是：設(shè)備臺(tái)帳的編碼采用樹狀結(jié)構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)展性，便于查找、統(tǒng)計(jì)、匯總和查詢。能夠處理和轉(zhuǎn)入各種檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行綜合分析。維修策略完全按照德國維修標(biāo)準(zhǔn)制定。物料管理在SAP R/3中材料管理（MM）模塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)。在與SCADA、CTC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中，采用專有的技術(shù)，保證了不對(duì)調(diào)度終端系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，較好地解決了不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的難題。

牽引供電微機(jī)化維修管理系統(tǒng)對(duì)于轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的維修管理模式、實(shí)現(xiàn)維修組織扁平化、開發(fā)我國的微機(jī)化維修管理系統(tǒng)具有一定的借鑒意義。

[1]Friedrich KieBling.中鐵電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M]. 中鐵電化局集團(tuán)有限公司. 北京：中國電力出版社，2004.