黃小鋼 王 黎 張甫斌 胥世波 郭文浩
(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430063)
中國(guó)動(dòng)車組,自2007年全國(guó)鐵路第6次大提速以來廣泛運(yùn)用于各鐵路干線,具有快捷、安全、方便、可靠、舒適等特點(diǎn),是城際間的高效交通工具。
截止2012年底,全國(guó)將有1萬km客運(yùn)專線投入運(yùn)營(yíng),到2020年,客運(yùn)專線里程將近2萬km,每日多達(dá)3000列動(dòng)車組在線運(yùn)營(yíng),輪對(duì)安全成為動(dòng)車組安全的關(guān)鍵因素。如何全面、及時(shí)、快捷診斷輪對(duì)狀態(tài),并從海量數(shù)據(jù)中分析、評(píng)估輪對(duì)安全程度,預(yù)測(cè)安全趨勢(shì),提出使用、維護(hù)、檢修要求,實(shí)現(xiàn)輪對(duì)健康壽命管理,規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn),是本文研究的課題。
我國(guó)已建立較完善的動(dòng)車組輪對(duì)診斷系統(tǒng),按日常動(dòng)態(tài)檢測(cè)、定期在線檢測(cè)和定期落輪檢測(cè)三個(gè)層次,分別在動(dòng)車所走行線、動(dòng)車所檢查庫(kù)、動(dòng)車段檢修庫(kù)進(jìn)行輪對(duì)檢測(cè),如表1所示。
LY系統(tǒng)安裝在動(dòng)車所的走行線上,利用電磁超聲、圖像測(cè)量技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)運(yùn)行中的輪對(duì)踏面缺陷、表層裂紋、幾何尺寸,適用于CRH各型動(dòng)車組(如圖1所示)。
表1 中國(guó)高速動(dòng)車輪對(duì)診斷系統(tǒng)配置
圖1 安裝在動(dòng)車所走行線上的LY系統(tǒng)
LU系統(tǒng)安裝在動(dòng)車所檢查庫(kù)線上,利用移動(dòng)相控陣超聲探傷技術(shù),自動(dòng)檢測(cè)在線輪對(duì)的輪輞和輪輻缺陷,適用于CRH各型動(dòng)車組(如圖2所示)。
LA系統(tǒng)固定安裝在動(dòng)車段輪對(duì)檢修庫(kù)線上,將輪對(duì)從轉(zhuǎn)向架上分解下來,利用固定相控陣超聲探傷技術(shù),全面檢測(cè)落輪鏇修后的輪輞輪輻缺陷,適用于CRH各型動(dòng)車組(如圖3所示)。
圖2 安裝在動(dòng)車所檢查庫(kù)線上的LU系統(tǒng)
圖3 安裝在動(dòng)車段檢修庫(kù)線上的LA系統(tǒng)
(1)現(xiàn)有診斷系統(tǒng)特點(diǎn)
層次完備,重點(diǎn)突出:分日常檢測(cè)、在線檢測(cè)、落輪檢測(cè)三個(gè)層次設(shè)置,每個(gè)層次檢測(cè)重點(diǎn)不同,實(shí)現(xiàn)動(dòng)車輪對(duì)診斷的全覆蓋。
技術(shù)先進(jìn),設(shè)備成熟:采用國(guó)際前沿的相控陣、光學(xué)檢測(cè)、電磁超聲探傷等技術(shù),實(shí)現(xiàn)輪對(duì)無損檢測(cè);技術(shù)上走引進(jìn)、消化、吸收、創(chuàng)新之路,形成具有中國(guó)特色的診斷系統(tǒng)。
兼容性強(qiáng),運(yùn)用可靠:檢測(cè)設(shè)備適應(yīng)各種車型、踏面,系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行、操作方便、運(yùn)用靈活、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控、專業(yè)分析、診斷可靠。
診斷設(shè)備使用過程中,實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)輪對(duì)故障,即時(shí)通知專業(yè)人員進(jìn)行故障處理,保障輪對(duì)安全,第一時(shí)間消除安全隱患。
(2)現(xiàn)有診斷系統(tǒng)不足之處
目前的輪對(duì)診斷技術(shù)實(shí)行的是計(jì)劃修加預(yù)防修的思路,是以動(dòng)車段(所)和車隊(duì)為診斷對(duì)象進(jìn)行工作的,因此存在大量重復(fù)修、過渡修的現(xiàn)象,勞動(dòng)強(qiáng)度大,工作效率低,與高效、節(jié)能、減排的時(shí)代要求不相適應(yīng)。同時(shí),外段(所)動(dòng)車檢測(cè)數(shù)據(jù)自成體系,不能共享。
隨著中國(guó)高鐵大發(fā)展,動(dòng)車組數(shù)量越來越多,到2020年,輪對(duì)總數(shù)多達(dá)96000對(duì),輪對(duì)檢測(cè)檢修工作量是目前的4倍左右,若維持現(xiàn)有檢測(cè)檢修模式不變,需要增加大量動(dòng)車檢查線及診斷設(shè)備,同時(shí)增加大量檢測(cè)人員,才能滿足新的需求,投資大且設(shè)備運(yùn)用效率低。因此如何尋求一種新的診斷模式,既充分發(fā)揮現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)作用,又少花錢,構(gòu)建滿足末來發(fā)展需要的新技術(shù),任務(wù)十分緊迫。
隨著技術(shù)的進(jìn)步,世界高鐵發(fā)達(dá)國(guó)家都在投入重金進(jìn)行新型診斷技術(shù)的研發(fā),其方向是診斷個(gè)性化、實(shí)時(shí)性,對(duì)診斷對(duì)象的使用狀態(tài)了如指掌,對(duì)癥下藥,有問題則修理,沒問題則繼續(xù)使用,由計(jì)劃修發(fā)展到狀態(tài)修的新模式上來,實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效、可持續(xù)發(fā)展。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云技術(shù)的蓬勃發(fā)展,為動(dòng)車組輪對(duì)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、安全診斷云技術(shù)的實(shí)施提供了條件。
動(dòng)車組輪對(duì)安全診斷云技術(shù),是以保障輪對(duì)安全為根本目標(biāo),通過現(xiàn)有診斷系統(tǒng)跟蹤每個(gè)輪對(duì),實(shí)時(shí)檢測(cè)其狀態(tài)好壞,通過專用網(wǎng)絡(luò)傳遞診斷數(shù)據(jù),由云系統(tǒng)分析、處理這些數(shù)據(jù),并發(fā)出維修計(jì)劃,相關(guān)人員通過網(wǎng)絡(luò)獲取信息,分別參與檢測(cè)、維修、備料、管理等工作。任何動(dòng)車組輪對(duì)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,都可通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布指令,或運(yùn)用、或檢修、或更換,管理者及工作人員通過特別受權(quán)獲取相關(guān)信息,從而實(shí)現(xiàn)診斷資源共享,最大限度的保障輪對(duì)安全。
實(shí)現(xiàn)輪對(duì)安全診斷云技術(shù)的三要素是:診斷系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、云系統(tǒng)。
(1)診斷系統(tǒng)
目前動(dòng)車輪對(duì)診斷系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋全路,各動(dòng)車段(所)均已配置,是輪對(duì)安全診斷云技術(shù)的神經(jīng)末梢,為診斷云系統(tǒng)的建立提供輪對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)。只要通過局部改造就可滿足診斷云技術(shù)要求。
(2)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
鐵路專用信息網(wǎng)絡(luò)遍布全國(guó)各動(dòng)車段(所),已經(jīng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,通過網(wǎng)絡(luò)升級(jí),可直接服務(wù)輪對(duì)診斷云技術(shù)系統(tǒng)。
(3)云系統(tǒng)
云系統(tǒng),是利用當(dāng)今世界先進(jìn)的云計(jì)算技術(shù),通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),將任何一個(gè)動(dòng)車輪對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù),進(jìn)行貯存、歸納、分析、處理,運(yùn)用安全壽命管理方法,行成每個(gè)輪對(duì)使用、檢修、更換趨勢(shì)曲線,計(jì)算機(jī)提前作出生產(chǎn)指令,讓管理者和生產(chǎn)人員對(duì)每個(gè)輪對(duì)的技術(shù)狀態(tài)做到了如指掌、心中有數(shù)、有的放矢,既保證安全,又避免重復(fù)修、過渡修。我國(guó)云計(jì)算技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用已達(dá)到世界先進(jìn)水平,將有利于輪對(duì)診斷云技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。
由上述分析可知,開發(fā)診斷云系統(tǒng),是構(gòu)建動(dòng)車輪對(duì)安全診斷云技術(shù)系統(tǒng)的難點(diǎn),也是本文的重點(diǎn)。
(1)構(gòu)建動(dòng)車所云技術(shù)平臺(tái)
動(dòng)車所是動(dòng)車進(jìn)行日常整備和入庫(kù)進(jìn)行檢查場(chǎng)所,按規(guī)定的修程、修制,完成動(dòng)車組的運(yùn)用檢修,確保動(dòng)車組在離開動(dòng)車所時(shí)技術(shù)狀態(tài)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),是保障動(dòng)車安全運(yùn)行的關(guān)鍵。既有的輪對(duì)檢測(cè)體系中,班組在作業(yè)過程中將訪問LY、LU、LA系統(tǒng)的服務(wù)器,通過單次檢測(cè)數(shù)據(jù)獲取關(guān)鍵信息,作業(yè)人員不斷抽取其歷史檢測(cè)數(shù)據(jù),加上復(fù)核數(shù)據(jù),診斷本次的關(guān)鍵信息是否有效,從而指導(dǎo)輪對(duì)技術(shù)作業(yè)。
動(dòng)車所云技術(shù)平臺(tái),把LY系統(tǒng)的服務(wù)器、LU系統(tǒng)的服務(wù)器、LA系統(tǒng)的服務(wù)器、輪對(duì)履歷表、走行公里數(shù)、輪對(duì)鏇修狀況等輪對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)綜合起來,使輪對(duì)數(shù)據(jù)盡可能全面、豐富,通過安全壽命算法分析、提煉歷次檢測(cè)數(shù)據(jù),存儲(chǔ)其關(guān)鍵信息,實(shí)現(xiàn)單個(gè)輪對(duì)信息的集成。運(yùn)用趨勢(shì)分析,結(jié)合當(dāng)前檢測(cè)數(shù)據(jù)情況,通過智能判斷,指令輪對(duì)預(yù)測(cè)性檢修,從而提高輪對(duì)使用安全性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 動(dòng)車所云技術(shù)平臺(tái)示意
動(dòng)車所云技術(shù)平臺(tái)是輪對(duì)診斷云技術(shù)的核心,實(shí)現(xiàn)動(dòng)車所輪對(duì)檢測(cè)體系設(shè)備的互聯(lián)互通,實(shí)現(xiàn)動(dòng)車所轄內(nèi)輪對(duì)全生命周期監(jiān)控。
(2)構(gòu)建動(dòng)車段云技術(shù)平臺(tái)
動(dòng)車段管轄動(dòng)車所,負(fù)責(zé)動(dòng)車組的高級(jí)檢修。以武漢動(dòng)車段為例,下轄武漢動(dòng)車所、漢口動(dòng)車所、武昌動(dòng)車所(預(yù)留)、漢陽(yáng)動(dòng)車所(預(yù)留),將重點(diǎn)承擔(dān)華中、西南等地區(qū)動(dòng)車組檢修任務(wù),業(yè)務(wù)覆蓋京廣、滬漢蓉等客運(yùn)專線(如圖5所示)。
動(dòng)車段云技術(shù)平臺(tái)是動(dòng)車所云技術(shù)平臺(tái)的深入、拓展,實(shí)現(xiàn)動(dòng)車段內(nèi)動(dòng)車所間所有設(shè)備的互聯(lián)互通,實(shí)現(xiàn)動(dòng)車段內(nèi)動(dòng)車全域覆蓋。
(3)構(gòu)建路網(wǎng)數(shù)據(jù)中心云技術(shù)平臺(tái)
根據(jù)中國(guó)高鐵建設(shè)歷程、初期以北京、上海、武漢、廣州4個(gè)動(dòng)車段為節(jié)點(diǎn),相互串接共享,將各個(gè)獨(dú)立動(dòng)車段云技術(shù)平臺(tái)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一到路網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備上,統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)索引、存儲(chǔ),構(gòu)建公共云計(jì)算數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。路網(wǎng)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)將綜合信息管理平臺(tái)虛擬化,對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式調(diào)度和管理,實(shí)現(xiàn)動(dòng)車全覆蓋,結(jié)構(gòu)如圖6所示。
圖5 武漢動(dòng)車段云技術(shù)平臺(tái)示意
隨著中國(guó)高鐵的發(fā)展,路網(wǎng)數(shù)據(jù)中心范圍將逐漸擴(kuò)展,動(dòng)車段云技術(shù)平臺(tái)是一個(gè)低耦合平臺(tái),可以開放接入、擴(kuò)展,結(jié)構(gòu)如圖7所示。
(4)建設(shè)硬件平臺(tái)
給每套檢測(cè)設(shè)備分配IP、固定的編碼,當(dāng)動(dòng)車經(jīng)過檢測(cè)設(shè)備時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè),生成一系列的檢測(cè)數(shù)據(jù);檢測(cè)數(shù)據(jù)、編碼、IP封裝為一個(gè)數(shù)據(jù)單元,以車號(hào)為索引,通過鐵路系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),跟蹤動(dòng)車的運(yùn)行,完成數(shù)據(jù)的主動(dòng)推送。
根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),輪對(duì)診斷過程主要有3個(gè)環(huán)節(jié),即數(shù)據(jù)采集、共享、處理。
(1)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集流程
動(dòng)車經(jīng)過各檢測(cè)設(shè)備時(shí),當(dāng)次檢測(cè)結(jié)果被系統(tǒng)自動(dòng)提交到最近的設(shè)備管理服務(wù)器,結(jié)合輪對(duì)操作信息如鏇修數(shù)據(jù)、輪對(duì)更換記錄等上傳到動(dòng)車所級(jí)服務(wù)器。
(2)數(shù)據(jù)共享流程
數(shù)據(jù)中心云技術(shù)平臺(tái)中所有從設(shè)備收集到的檢測(cè)數(shù)據(jù),均在本地進(jìn)行初次備份,根據(jù)動(dòng)車的運(yùn)行信息,決定是否將數(shù)據(jù)傳遞給上級(jí)部門節(jié)點(diǎn)或同級(jí)節(jié)點(diǎn),依次完成全域數(shù)據(jù)共享。
(3)數(shù)據(jù)處理
每個(gè)動(dòng)車段(所)在即時(shí)獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)后,云系統(tǒng)綜合歷史數(shù)據(jù),生成使用、維護(hù)指令,指導(dǎo)生產(chǎn)人員進(jìn)行檢修,包括輪對(duì)跟蹤、鏇修、落輪等操作,生產(chǎn)人員在檢修工作結(jié)束后,也要通過云技術(shù)平臺(tái)及時(shí)將檢修工作數(shù)據(jù)上傳,使結(jié)果完成閉環(huán)管理。
圖6 路網(wǎng)數(shù)據(jù)中心云技術(shù)平臺(tái)示意
(1)整合動(dòng)車所輪對(duì)檢測(cè)資源
輪對(duì)診斷云技術(shù)整合了所有的輪對(duì)檢測(cè)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)動(dòng)車入庫(kù)檢測(cè)、在線輪對(duì)檢測(cè)、輪對(duì)落輪檢測(cè)的全覆蓋,實(shí)現(xiàn)動(dòng)車所內(nèi)輪對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)備的互聯(lián)互通,檢修班組能夠在同一的平臺(tái)下管理,方便、快捷、實(shí)用;輪對(duì)信息全面、及時(shí)、準(zhǔn)確,實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。
(2)整合動(dòng)車段輪對(duì)檢測(cè)資源
診斷云技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)車段內(nèi)動(dòng)車所間所有設(shè)備的互聯(lián)互通,各設(shè)備管理單位之間可共享其他部門的信息,掌握管理對(duì)象的情況。不同單位可以將現(xiàn)有的硬件資源共同加入到一個(gè)“云”中,進(jìn)行聯(lián)合建設(shè)、共同應(yīng)用。減少各個(gè)單位的資金和時(shí)間上的投入,實(shí)現(xiàn)真正意義上的資源共享。
(3)整合全國(guó)輪對(duì)檢測(cè)資源
通過全國(guó)鐵路網(wǎng),全國(guó)輪對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)互聯(lián)互通、相互協(xié)作、化零為整,共同完成輪對(duì)檢測(cè)。
輪對(duì)診斷云技術(shù)為各級(jí)用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù),使用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)下面三方面。
(1)動(dòng)車所使用優(yōu)勢(shì)
利用動(dòng)車所云技術(shù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)輪對(duì)全生命周期監(jiān)控,分析其輪對(duì)生命歷程,從而針對(duì)輪對(duì)的不同生命期實(shí)施不同檢修辦法,實(shí)現(xiàn)單個(gè)輪對(duì)檢修量身定制。
利用動(dòng)車所云技術(shù)平臺(tái),整合輪對(duì)所有檢測(cè)設(shè)備,綜合各級(jí)修的檢測(cè)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)相互支持、補(bǔ)充,有利于制定本所輪對(duì)維修計(jì)劃。
(2)動(dòng)車段使用優(yōu)勢(shì)
利用動(dòng)車段云技術(shù)平臺(tái),根據(jù)動(dòng)車所的維修計(jì)劃,合理調(diào)度動(dòng)車,最大限度的使用動(dòng)車資源、檢測(cè)資源。
利用動(dòng)車段云技術(shù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)輪對(duì)的全域監(jiān)控,動(dòng)車的檢測(cè)數(shù)據(jù)通過動(dòng)車檔案中存儲(chǔ)的自身的編組校正數(shù)據(jù),進(jìn)行校正和分級(jí)測(cè)算,同時(shí)有助于發(fā)現(xiàn)各地檢測(cè)設(shè)備的偏差并進(jìn)行相關(guān)二次修正。
將所有的動(dòng)車檢測(cè)報(bào)告與對(duì)應(yīng)動(dòng)車段(所)、的信息系統(tǒng)連接并上報(bào)后,并能夠及時(shí)的做出判斷和檢修的部署,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。同時(shí),信息共享可有效避免信息不對(duì)稱造成的監(jiān)管漏洞,有利于多個(gè)部門的聯(lián)合監(jiān)管。
利用動(dòng)車段云技術(shù)平臺(tái),監(jiān)控轄區(qū)動(dòng)車所輪對(duì)質(zhì)量、監(jiān)控動(dòng)車所的檢修工作,可實(shí)現(xiàn)動(dòng)車所的綜合考評(píng),有利于提高動(dòng)車段、動(dòng)車所的管理水平。
(3)決策部門使用優(yōu)勢(shì)
診斷云技術(shù)平臺(tái)能夠方便上級(jí)決策部門對(duì)全國(guó)所有動(dòng)車的輪對(duì)信息進(jìn)行統(tǒng)一的查看、分析和管理,能夠在一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)做到對(duì)整個(gè)鐵路系統(tǒng)輪對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和運(yùn)用。
圖7 擴(kuò)展路網(wǎng)數(shù)據(jù)中心云技術(shù)平臺(tái)示意
有利于動(dòng)車段間的對(duì)比管理,對(duì)動(dòng)車段進(jìn)行考評(píng),提高動(dòng)車段的管理質(zhì)量,進(jìn)而提高全國(guó)輪對(duì)管理質(zhì)量。
根據(jù)鐵路線路信息、車輛信息、輪對(duì)信息進(jìn)行綜合分析,從而根據(jù)不同的線路配置不同的踏面、車型,有利于動(dòng)車與線路最優(yōu)配置。
利用海量的檢測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行深度分析、挖掘,推導(dǎo)出正常的輪對(duì)故障周期、使用周期、維護(hù)周期,進(jìn)而優(yōu)化修程,制定更加科學(xué)的管理辦法,使得檢修工作科學(xué)合理,從現(xiàn)有的輪對(duì)故障探查進(jìn)化到故障預(yù)防,保障動(dòng)車的安全,預(yù)防于未然。
重點(diǎn)論述了輪對(duì)安全診斷云技術(shù),基于該平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)受電弓、制動(dòng)盤、裙板等關(guān)系到列車安全運(yùn)行檢測(cè)項(xiàng)目的擴(kuò)充,最終實(shí)現(xiàn)列車安全診斷云技術(shù)。
應(yīng)用先進(jìn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)云計(jì)算技術(shù),提出了一種適合我國(guó)高鐵特點(diǎn),基于動(dòng)車組輪對(duì)安全診斷云技術(shù)系統(tǒng),詳細(xì)分析了可行性、應(yīng)用優(yōu)勢(shì),對(duì)實(shí)現(xiàn)輪對(duì)狀態(tài)修,提高輪對(duì)檢測(cè)可靠性、安全性有重要的參考價(jià)值。
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