基于大数据分析动车组零部件修程修制优化研究

基于大数据分析动车组零部件修程修制优化研究

刘芳

中国铁路郑州局集团有限公司郑州动车段 河南省郑州市 450045

摘要：随着我国时代的不断变迁，科技的不断更新换代，我国的动车组应运而生。自动车组上线以来，我国已积累了大量的动车组运维数据，这些数据中蕴含着动车组性能变化规律和故障诊断信息，为进一步开展修程修制优化和寿命研究创造了条件。但由于数据量大且增长迅速、数据类型多、无效的干扰数据多、数据处理实时性要求高等原因，使得传统的数据处理技术难以满足应用需求。

关键词：大数据分析；动车组；零部件修程修制；优化

引言

众所周知，最早的时候，中国拟定的动车组修程修制通常都是引入的外国原型动车组修程修制为基础制定的,并且现有检修标准大部分出自于主机厂技术人员之手，与检修现场脱节，过度维修问题普遍存在，在经过十多年的运用实践以后，大家普遍认为动车组运用维修的很多方面需要进行修改和完善，基于这一需求，目前中国铁路总公司在大力推进动车组修程修制的改革。

1多源数据融合技术

数据融合是将来自各个业务系统的数据，以一定的规则进行处理并统一形式输出存储的过程。动车组检修数据主要来自运维管理系统、产品设计数据管理系统、车载无线传输系统、动车组故障日报、专家结论等，这些数据部分为人工录入故障数据，部分为系统自动记录故障数据。动车组检修数据存在重复录入、数据缺失、记录格式不一致、数据存储分散无法交互等问题。为了保证数据分析结果的准确完整和统一，需对多张数据表单信息整合后再进行数据统计分析，从而为修程修制优化和寿命研究提供更为准确的数据基础。数据融合子系统的集成，重点强调源数据的转换，即将数据按设定的转换过程处理成整齐、清晰、便于后续分析、符合修程修制优化和零部件寿命分析要求的数据表。

2检修范围

一级检修:车体外部清洗，转向架外观检查，制动系统外观检查，车钩装置外观检查，牵引系统一般动作检查，空调装置、司机室设备、车载信息系统性能试验。二级检修:车外部清洗，转向架外观检查，轮对、车轴超声波探伤，车钩装置外观检查，制动系统、空调装置以及各电气设备性能检查，牵引系统动作性能检查。三级检修:转向架进行分解检修，齿轮箱、牵引连接分解检修，自行车钩分解检查，空前于基础制动组件检查，空调性能检查。四级检修:转向架进行分解检修，牵引电机分解检修，空气与基础制动组件分解检修，自行车钩分解检修，车辆设备分解与检修、空调机组分解检修。五级检修:对全车进行分解检修，转向架分解检修，牵引系统主要组成部件分解检修，制动系统组件、电气指令与控制元件分解检修，车钩全数分解检修，空调机组分解检修，较大范围地更新零部件，并进行车体的涂漆。

2.3维修策略优化技术

首先以动车组零部件故障数据为基础开展故障模式分析，主要分析零部件故障的产生规律和分布特点，建立修程修制分析模型，通过蒙特卡罗方法计算得到动车组零部件检修周期优化分析结果。基于修程修制优化分析结果，建立动车组零部件故障预测模型，计算得到零部件各类故障模式的故障分布函数。基于蒙特卡罗算法模拟故障发生情况，开展故障预测研究。寿命研究主要分２个步骤：（１）基于威布尔分布对既有零部件故障记录数据进行分析，通过概率值计算得出故障记录数据的分布参数；（２）运用基于计算得到的分布参数和部分根据维修时间和资源等确定的参数建立动车组零部件维修、故障模型，计算得到动车组零部件最佳维修时间。AvSim（AvailabilitySimulation可用性仿真）模块主要用于优化系统及各零部件的性能，并主要针对各部类的可维修性和可用性。通过该模块可建立系统和备用件的成本模型，能够进行系统费用及相关费用的对比。基于蒙特卡罗方法，可充分考虑零部件老化问题及备用件库存状况，优化维修策略，模拟各零部件的故障隐患以及所采取的措施。对于维修间隔、预计故障数、备用件等级等，此模块也可进行优化分析。

2.4检修方式

我国高速动车组的检修方式在借鉴国外动车组修程修制的基础上，结合我国实际运行情况，以主要零部件的寿命周期管理和先进的检测手段和检修设备为基础，总结提出了“换件修+集中修+状态修+均衡修”的维修体制。动车组的检修应该采取高效的检修方式，在计划预防修前提下，逐步实现状态修，换检修和主要零部件的集中修、返厂修。对于对运行质量以及安全性影响较大的系统比如制动系统、牵引系统、转向架系统采用状态修，对于相对来说不是特别重要的系统比如内装系统、车体系统可以采取事后维修的方式，以此可大幅度提高检修单位的使用效率和作业效率，从而缩短休车时间，实现高度的集约化以及社会化。

2.5作业周期优化

结合动车组运用检修经验，将司机室前舱检查、受电弓压力测试等5个一级检修项目检修周期延长，全部纳入到二级检修作业职责范围，一级检修作业不再进行检修，针对该类项目梳理了目前二级检修执行情况，并重新制定了目标检修周期及实车验证的判定标准,

2.6作业方式优化验证

针对“简化一级检修，强化二级检修”的车顶板和防滑地胶检查、照明灯具检查、盥洗室检查、卫生间检查、电茶炉检查、乘务室检查、服务台检查、影视系统检查等8个项目，通过实车验证，快速检查能够保证上部服务设施设备的正常使用，同时该类检修项目优化后可节约一级修作业时间15分钟，具有积极作用，可进行优化。

2.7动车组修程、修制评价体系

（１）可靠性评价。从设备运行过程中的可靠性角度来评价修程、修制。迄今世界范围内并没有统一的评价机车车辆可靠性的指标。综合相关专家经验和各国常用可靠性指标，并结合我国动车组实际运行要求，拟定的影响可靠性的因素包括维修后的预期寿命、平均失效概率、平均无故障时间、完好率、年度运行时间等。此处的运行时间是广义概念，针对不同的设备其含义不同，有的指设备运行时间，有的指设备运行里程。（２）可用性评价。在工程中，常常根据需要选定产品能工作时间和不能工作时间的不同区间，组成不同的有效度参数。其中使用有效度包含了产品总工作时间内的所有区段，提供了产品处于实际环境条件下的真实有效性度量。因此，它能够反映维修效果的好坏。（３）经济性评价。维修费用是衡量维修经济性的一个重要指标，也是衡量修程、修制制定得是否合理的重要因素，主要包括修复性维修费用、定期预防修费用、状态预防修费用等。其中，每项费用又分别包括维修工时的人工费用、备件费用和后勤保障费用。待工费用分为短期待工费用和长期待工费用。短期待工费用是在设备进行修复性维修时造成短时间的待工而发生的费用。这种短期待工费用主要是对铁路的信誉造成损失、影响未来旅客的多少。长期待工费用包括列车停运造成的收益损失、对旅客的经济赔偿，以及由于列车延误而让旅客选择其他运输方式所花费的费用。设备的故障或不可用性也可能是由于风险事件（事故或偶然事件）造成的，因此发生了风险费用。风险费用分为人员风险费用（例如人员的伤亡）、环境风险费用，以及可能发生的维修、重造费用。

结语

动车组融合了多种高新技术，其维修技术综合利用了系统工程、可靠性工程、现代维修理论等学科的理论。对于我们来说，虽然近几年得到了飞速的发展，但是在某种程度上是全新的事物，我国迫切需要探索并建立适合于我国国情的修程修制。这对于优化我国动车组的修程修制，避免维修不足，维修过剩，提高检修效率，减少维修成本具有指导意义。

参考文献

［1］张国立，孔辉，孔倩．模糊数学基础及应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１１．

［2］（美）坎塔尔季奇．数据挖掘：概念、模型、方法和算法［Ｍ］．２版．王晓海，译．北京：清华大学出版社，２０１３．