基于大数据时代的铁路车辆维修企业数据管理与应用研究_贾文.pdf

2 0 2 3年第8期基于大数据时代的铁路车辆维修企业数据管理与应用研究贾 文(国能铁路装备有限责任公司,北京 1 0 0 0 1 1)摘 要:为了更好地实施对铁道工务设备运行状态监管,并减少维护投入,本文将以铁路机务设备大数据健康管理系统为研究背景,展开相应的研究。该系统采用层次分析法、自回归模式、支撑向量机模式,完成了铁道工务设备运行状态监控、卫生趋势预测数据分析(准确度达到9 6.2%)、故障预测数据分析(准确度达到百分之九十九点零八)、卫生事故分析与报警等功能。信息系统的应用有效地减少铁路机务设备维护投入,对铁路机务设备的信息化安全管理工作提供示范作用。关键词:大数据;铁路车辆;维修;数据管理 中图分类号:U 2 1 1.4 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 5 7 X(2 0 2 3)0 8-0 0 8 8-0 3R e s e a r c ho nD a t aM a n a g e m e n t a n dA p p l i c a t i o no fR a i l w a yV e h i c l eM a i n t e n a n c eE n t e r p r i s eB a s e do nB i gD a t aE r aJ i aW e n(G u o n e n gR a i l w a yE q u i p m e n tC o.,L T D.,B e i j i n g1 0 0 0 1 1,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t ob e t t e r i m p l e m e n t t h er u n n i n gs t a t es u p e r v i s i o no fr a i l w a ye n g i n e e r i n ge q u i p m e n t,a n dr e d u c em a i n t e n a n c e i n v e s t m e n t,t h i sp a p e rw i l l t a k et h eb i gd a t ah e a l t hm a n a g e m e n ts y s t e mo fr a i l w a ym a i n t e-n a n c ee q u i p m e n t a s t h er e s e a r c hb a c k g r o u n d,c a r r yo u t t h ec o r r e s p o n d i n gr e s e a r c h.T h es y s t e ma d o p t sa n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s(AH P),a u t o r e g r e s s i o nm o d ea n ds u p p o r tv e c t o rm a c h i n em o d et oc o m p l e t et h ef u n c t i o n so fr a i l w a ye n g i n e e r i n ge q u i p m e n tr u n n i n gs t a t em o n i t o r i n g,h e a l t ht r e n df o r e c a s t i n gd a t aa n a l y s i s(a c c u r a c yu pt o9 6.2%),f a u l t f o r e c a s t i n gd a t aa n a l y s i s(a c c u r a c yu pt o9 9.0 8p e r c e n t),h e a l t ha c c i d e n t a n a l y s i s a n da l a r m.T h ea p p l i c a t i o no f t h e i n f o r m a t i o ns y s t e mc a ne f f e c t i v e l yr e d u c e t h em a i n t e n a n c e i n p u to f r a i l w a ym a i n t e n a n c ee q u i p-m e n ta n dp r o v i d e ad e m o n s t r a t i o nr o l e f o r t h e i n f o r m a t i o ns a f e t ym a n a g e m e n t o f r a i l w a ym a i n t e n a n c e e q u i p m e n t.K e yw o r d s:B i gd a t a;R a i l w a yr o l l i n gs t o c k;M a i n t e n a n c e;D a t am a n a g e m e n t作者简介:贾文(1 9 8 6),男,汉族,山西朔州人,硕士研究生,高级工程师,研究方向为铁路装备与轨道维护安全管理。现阶段大数据分析技术已经在网络与信息管理系统中有了极为重要的成就,尤其是在设备系统的风险与漏洞的识别以及方案的解决方面作用尤为突出,使用大数据分析技术能够为人们带来不可忽略的效果。通过大数据分析技术,能够使诸多的安全事件被查找出来,同时还能分析出各个事件间的相关点,以此来预防或降低相关危险事故的威胁。不仅如此,大数据分析技术还能在海量且凌乱的数据之中将有用的数据进行整合,以使相关工作人员找到或选择更适合系统平台的安全防御方式。近年来随着我国现代化的快速发展,国内关于机械设备健康安全管理(EHM)的研究逐渐深入,且也成为现阶段社会发展的趋势,相关人员透过完善的设备管理制度与工作流程,再将相关设备的检查、测试、保养、使用情况和状态报告等数据进行结合,对有关设备安全的问题实施整体管理,对铁路车辆维修项目实施规划与调整。EHM使得系统在实际运行中处于良好的运行环境,在减少维护投入的同时大大提高效率,所以日益引起各类相关企业的关注。相关研究人员在此方面进行过不少探索,比如,铁路车辆故障检测和健康管理(P HM,P r o g n o s t i c s a n d h e a l t h-m a n a g e m e n t)的方法最早是美国针对军用设备制定的一种安全管理方式;廖可等相关研究人员针对大数据分析技术来分析铁路机务段的规律性问题;李航等相关研究人员针对航空发动机的健康管理;提供了根据航空发动机参数建立航空发动机健康预报模型的方法。基于上述人员在该领域的诸多尝试,基于此,本文将以安全管理体系为主体,研究铁路机务设备,并基于大数据技术下研发一种机务设备的安全管理系统,该系统主要采用自动回归式模型和支持向量机的算法,针对铁路机务车辆的真实运行情况以及相关数据源的研究进行分析与监测,同时建立相关设备的安全性评价等级,详细内容如下文所示。1 系统设计1.1 铁路机务设备的系统架构大数据背景下铁路机务设备安全管理系统的结构设计如图1所示。1)数据的来源该系统的数据来源主要是由铁路机务设备在运行期间所有的运营数据以及维修数据和不间断的监测数据等构成。铁路机务设备的所有历史数据均被记录在该系统之中,其主要包含了机务设备的初始各项指标、机械运行市场、总体工作次数、运行条件和运行期间的各参数等,设备88DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.08.039内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n图1 铁路车辆安全管理系统的架构图维修记录是设备在损坏后的修复记录,包含损坏的日期、受损状态、修复方法、修理部位、修复费用等;车辆实时监测数据主要是在运行过程中所产生的真实数据,系统会间隔一段时间将真实数据转移至机务设备的历史运行系统之中,以防止设备故障时数据丢失。(2)数据传输安全管理系统的相关数据在传输前,需要其数据完全符合文件传输协议的基础条件才能运行,通过企业服务总线和机务车辆数据网关将所有与运行数据相关的信息从存储系统中进行提取、转移、加载,最后再移交至安全管理系统之中。(3)数据处理安全管理系统在接收到源数据之后,系统则会对其进行全面的分析、去重、过滤等一系列行为,使源数据进行全面的分析与预处理,从而使其在安全管理系统中更具规范化、标准化。(4)数据存储当源数据经过预处理之后,管理系统会将其中一部分以H a d o o p结构进行分布式储存,剩余的部分则是通过数据信息保存至本地的M y S Q L之中。(5)数据分析其采用层次分析法,利用A R、S VM等大数据分析模型对经过预处理的历史数据进行统计分析,从而使数据库内的所有特性均能呈现出来。1.2 系统功能设计根据铁路机务的具体要求,该信息系统设置的主要模块有电气设备实时监测、系统风险研究、系统事故预报以及风险程度评价。1.2.1 设备实时监控设备的及时监测功能可对机务设备的工作状态进行及时的监测与管理,能够让工作人员在工作期间及时且准确的了解相关设备的运行情况,增强铁路机务设备的安全性及可靠性。(1)设备位置监控系统在运行时经常按照要求进行的调整位置,其关系到设备的安装使用、调整、更新等。管理系统收集到的地理特征位置信息对相关设备采取及时的监控与跟踪,同时还能针对建筑物、车间状态等情况进行展示,在未来还将使用地理信息系统来对系统进行完善,通过G I S实现图形化分析。(2)设备状态信息监控对机务车辆设备的运行状态进行及时的查询与管理,其内容主要包含了设备的新增、大修、报废等不同状态,如果车辆设备正处于在用状态的情况下,可及时监测车辆的各项设备的技术参数、指标等。同时设备的相关内容,相关工作人员能够通过移动端、P C端等进行全面的了解相关信息以及设备的运行状态。1.2.2 设备趋势分析(1)效率分析安全管理系统中的控制系统主要是以集成的方式来及时接受铁路机务车辆各个设备的运行情况等,同时还能针对设备的运行状态实施集成控制。控制系统收集设备开停机的持续时间、工作量、设备故障持续时间等,并自行形成 全 局 设 备 效 率,并 给 出 设 备 的 即 时O E E(O v e r-a l l E q u i p m e n t E f f e c t i v e n e s s)变化趋势,以便工作人员能够及时、准确的发现影响设备正常运行的原因。(2)健康分析安全管理系统主要是针对机务车辆在未来运行期间的健康运作情况的一个分析与预测。该系统主要是针对机务车辆设备在运行过程中的开停机次数、作业时长以及其故障率等相关数据进行技术统计与分析,以此对设备的健康运作情况的研究。1.2.3 设备故障预测(1)设备性能预测由于设备间的应用条件、偶然条件等存在着差异性,因此很难对相关设备或组件的生命周期进行预判,控制系统按照历史统计数据完成发展趋势判断和核心目标跟随,并采用原始统计的分级、聚合、异常点辨识、相关性评估等各种方法完成发展趋势研判和异常点跟随,以及高精细化的质量指标阈值设定,当设备的质量指数超过设定的相关数值后,则会主动发出警告。(2)设备故障预测安全管理系统可以对设备在未来使用的过程中可能会出现的问题故障做出分析。事故预测可综合利用上述各方面的资料信息,判断和推测各控制装置未来出现问题的概率,从而做出评估、建议和决策。1.2.4 风险等级评估(1)故障风险等级评估通过机务车辆设备的状态数据来对其故障率进行计算,以对机器设备的合理投资与负债风险度评估经济性,在全面考量了机务车辆设备的故障率以及正常运作状态对运行过程中可能产生的经济效益、安全性的相关影响之后,再对机务设备失效可能性做出判断。(2)安全风险等级评估安全管理系统能够针对运行与服务过程中可能出现的安全问题进行预警,相关工作人员可以通过系统的提示对其进行检修,其危险级