（车辆工程专业论文）货车寿命管理决策支持系统开发与实现.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要；车辆及其关键零部件的寿命是车辆运用维修中必须了解的重要问题，直接 影响到车辆运行的安全和车辆维修周期的制定。但是，目前我国车辆制造商和运 用部门往往拿不出相关的寿命值，寿命的影响因素复杂，通常视车辆运用的具体 情况而定。所以进行车辆寿命管理的研究已成为当务之急。 决策支持系统是在管理信息系统和运筹学的基础上发展起来的。决策支持系 统的出现是要解决由计算机自动组织和协调多模型的运行和数据库中大量数据的 存取和处理，达到更高层次的辅助决策能力，为决策者提供辅助决策的有用信息 本文使用v c + + 程序语言开发货车寿命管理决策支持系统( h c d s s ) ，利用可 靠性理论和数理统计方法对数据的处理，得到车辆零部件的寿命分布规律、最佳 维修周期及使用寿命。从而实现对货车及其关键零部件进行科学有效的寿命管理， 进一步完善货车维修制度，达到优化资金投入的目的，继续推进货车维修制度改 革。 关键词：寿命管理，维修周期，h c d s s 分类号：u 2 7 9 3 + 4 ，t p 3 9 9 a b s t r a c t a b s t r a c t ：t h cl i f co f v e h i c l e sa n dk e yp a r t si sa l li m p o r t a n tp r o b l e mw h i c hm u s t b er e a l i z e do nt h ev e h i c l e so p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e i th a sad i r e ri n f l u e n c eo l lt h e s a f e t yo fv e h i d 船a n dt h ee s t a b l i s h m e n to fv e h i c l em a i n t e n a n c ec y c l e h o w e v e r , v e h i c l em a n u f a c t u r e r sa n da p p l i c a t i o no ft h er e l e v a n td e p a r t m e n t sa r eo f t e nu n a b l et o a f f o r dl i f ev a l u e s n 博l i f ei n f l u e n c i n gf a c t o r sa l ec o m p l i c a t e d , w eu s u a l l ye s t a b l i s h v e h i d l i f ed e p e n do nt h es p e c i f i cv e h i c l eo p e r a t i o ns t a t u s s ot h a t , t h ed e v e l o p m e n t o f t h ev e h i c l el i f em a n a g e m e n th a sb e c a m et h el l r g e n ta f f a i r s d e c i s i o nf f u p p o r ts y s t e mi sd e v e l o p e df r o mt h eb a s i so fm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t a ma n do | 删o n sr e s e a r c h d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e ma p p e a r e dt ob es o l v e d a u t o m a t i c a l l yb yac o m p u t e rt oo r g a n i z ea n dc o o r d i n a t et h eo p e r a t i o no fm u l t i - m o d e l a n dt h ea c c e s sa n dp r o c e s s i n go f l a r g ev o l u m eo f d a t a d a t a b a s e , t oa c h i e v eah i g h e r l e v e lo fd e c i s i o n - m a k i n ga b i l i t yf o rp o l i c y - m a k e r s , a n dt op r o v i d eu s e f u li n f o r m a t i o n t os u p p o r td e c i s i o n - m a k i n g u s i n gv i s u a lc + + p r 0 掣砸n m j n gl a n g u a g ed e v e l o pw a g o nl i f em a n a g e m e n t d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( h c d s s ) t h r o u g hr e l i a b i l i t yt h e o r ya n dm a t h e m a t i c a l s t a t i s t i c a lm e t h o d so fd a t ap r o c e s s i n gg a i n e dt h el i f ed i s t r i b u t e 托g u l a r i t i 鹤，t h eb e s t m a i n t e n a n c ec y c l e , a n do p e r a t i n gl i f eo ff a u l tc o m p o n e n t s t h u sa c h i e v i n gas c i e n t i f i c a n de f f e c t i v el i f em a n a g e m e n to fw a g o na n di t sk e yp a r t st of u r t h e ri m p r o v ew a g o n m a i n t e n a n c es y s t e m , a c h i e v et h ep u r p o s eo fo p t i m i z i n gm v e s t m e n la n dc o n t i n u et o p r o m o t er e f o r mo f w a g o n m a i n t e n a n c es y s t e m ， k e y w o r d s ：“f em a n a g e m e n t m a i n t e n a n c ec y c l e , h c d s s c l a s s n o ；u 2 7 9 3 + 4 ，t p 3 9 9 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：焦p 唰垅 签字日期：五妒辟，月2 0 1 马 导师签名： 签字日期：妒易年f z ，月阢扫 致谢 本论文的工作是在我的导师宋永增副教授的悉心指导下完成的，宋永增副教 授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响在此衷心感谢三 年来宋永增老师对我的关心和指导 宋永增副教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都 给予了我很大的关心和帮助，在此向宋永增老师表示衷心的谢意。 宋永增副教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示 衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，郑湘南、张强等同学对我论文中的研究工作 给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 概述 1 概述 1 1 我国铁路货车寿命管理工作的现状 铁路是我国国民经济的大动脉，作为货物运载工具的铁路货车随国民经济和 铁路建设的发展而不断进步随着铁路运输提速、重载战略不断向纵深推进，对 车辆的安全性要求越来越高。特别是在我国客、货列车同线运行，交叉混跑的情 况下，货车技术状态的稳定性，已是保证铁路运输安全和运输秩序的关键。要建 立合适我国国情的货车转向架关键零部件寿命管理制度，既要达到保证运输安全 的目的，在经济上也不能造成浪费，其关键在于安全性、经济性指标科学、合理。 我国现有铁路货车6 0 多万辆，目前已积累了大量的转8 a 型转向架维修数据。转 8 a 型转向架虽然已停止使用，但对其损伤规律及使用寿命的研究，为预测新型转 向架的寿命具有非常现实的意义。 我国铁路货车的修制改革工作起始于1 9 9 1 年，修制改革的基本思想是提高质 量、确保安全，为运输服务。基本指导原则是要有利于提高货车的安全可靠性， 有利于更好的为运输服务，有利于提高货车的整体技术水平，有利于提高宏观经 济效益和社会效益，有利于提高车辆使用效率和延长其使用寿命前期检修制度 改革的重点主要放在以调整检修周期为中心，明确和调整各级修程的任务和检修 范围，规范检修标准和作业方式，实施状态修、换件修和主要零部件的专业化集 中修。对货车及其主要零部件实施寿命管理的工作，涉及面广，不但涉及技术问 题，还牵涉到成本、资金和有关配件的生产能力。由于寿命管理工作没有实质性 的开展，在推行检修制度改革各项措施的实际工作中，缺少依托，缺少手段，制 定的相应制度和要求不完整。如在推行状态修时，由于没有建立寿命管理制度， 没有规定具体的使用寿命，使得在制定检修标准和要求时很困难，既要兼顾配件 使用时间不同的技术状态对安全可靠性的影响，又要考虑检修手段的配置和成本 的变化对经济效益的影响。最后只能从安全的角度出发，从而不可避免的造成过 剩修和重复修，周期过短，次数频繁，并且也没有真正实现使其具有较高的可靠 性，使修枝改革的目的、效果、效益受到影响。另一方面，由于没有确定使用寿 命的要求，在车辆及其配件的设计、制造时，对于强度等指标的储备无据可依， 质量标准过高，进而造成成本过高、体积过大、浪费严重。 所以，对货车及其主要零部件实旖寿命管理，是进一步完善货车检修制度， 北京交通大学硕士学位论文 继续推进货车维修制度改革，使我国铁路货车检修、管理水平和设计、制造水平 与世界先进水平接轨的重要手段。 1 2 我国现行维修制度概述及其中存在的问题n 1 1 2 1 维修思想与维修制度 维修的定义为：“为保持或恢复产品处于能执行规定功能的状态所进行的所有 技术和管理，包括监督的活动。维修可能包括对产品的修改”( g b t 3 1 8 7 1 9 9 4 ) 维修思想和维修制度大致可分为以下三个体系： 1 “事后维修”的维修思想，是比较原始的一种维修思想，这种维修思想是 在装备发生故障以后才进行维修保养。 2 “以预防为主”的维修思想，要求装备及其零部件在即将磨损到限或破坏 之前要及时更换、修理，将维修工作做在故障发生之前。在这种维修思想指导下， 形成了以磨损理论为基础的计划预防维修制度。 3 “以可靠性为中心”的维修思想及其维修制度实在“预防为主”维修思想 及计划预防修制的基础上发展起来的。“以可靠性为中心”的维修思想认为，一切 维修活动( 改进性维修除外) 归根结底都是为了保持和恢复装备的固有可靠性。 1 2 2 维修方式 维修方式是指对装备维修时机的控制。也就是说，对维修时机的掌握是通过 采用不同的维修方式来实现的。目前的维修方式有三种：定时维修、视情维修和 事后维修。 1 定时维修 定时维修是以使用时间作为维修期限，只要装备达到了预先规定的时间，不 管其技术状态如何，都要进行规定的维修工作，这是种强制性的预防性维修。 其缺点是只适用于已知寿命分布规律，并且有磨耗故障期的装备，这种装备的故 障与使用时间有明确的关系。而对于那些没有磨耗故障期的复杂装备不适用。 2 视情维修 视情维修又称状态修，是按装备实际技术状况来确定维修时机。它不对装备 规定维修期限，不固定拆卸分解范围，而是在检查、监测、监控其技术状况的基 2 1 概述 础上确定装备的最佳维修时机。其缺点是费用高，需要适当的监测、诊断条件 和较高的维修人员素质，因此适用于贵重的关键装备和危及安全的关键机件。 3 事后维修( 修复性维修) 事后维修又称为修复性维修或故障修，是指装备发生故障后，使其恢复到规 定状态所进行的维修活动。 1 2 3 维修等级 我国车辆维修等级分为厂修、段修、辅修和轴检四类。 1 厂修，由车辆工厂负责，对车辆进行全面彻底的检查和修理。要求厂修后 的车辆达到或接近新车的性能水平。 2 段修，由车辆段承担，对车辆进行能够全面的检查，根据规程规定的施修 范围更换或修复其损坏和磨损过限的部分 3 辅修，是对车辆制动机和轴箱油润部分进行检修。货车辅修在检修所( 线) 进行，客车辅修一般在车辆段库停时间进行 4 轴检，主要对货车轴箱油润部分进行检查和修理，更换滑动轴承轴瓦和油 线卷。轴检在检修所( 线) 进行。 表1 - 1 货车检修周期 t a b1 - 1w a g o nm a i n t e n a n c ec y c l e 厂修段修辅修滑动轴 车种 普通钢耐候钢 承轴检 加冰冷藏车 6 定 酸碱类罐车、液化石油气罐车、液 4 矩1 年 6 个月3 个月 8 年 氮罐车 棚车、敞车、平车，矿石车、贯彻、 家畜车、粮食车、水泥车、活鱼车、 5 年8 芷 1 年 守车、载重6 0 t 的凹型平车 不常用的专用车、载重9 0 t 及以上 6 个月3 个月 8 年2 年 的货车 c 6 2 、c 6 2 ( n ) 、c h 、) ( 6 、p 眈、p 6 m 、 6 年9 钲1 5 年 p 及新型通用货车 北京交通大学硕士学位论文 1 2 4 我国机车车辆维修制度存在的问题与建议 1 我国机车车辆维修制度非常落后 尽管1 0 余年来我国机车车辆制度改革取得了丰硕成果，但必须清醒地认识到 与发达国家相还相当落后，因此应加快维修制度改革进程，大力推进和完善分层 次、多样化的维修模式，加快试行及推广轻大修、重大修和重造的维修模式。同 时还应鼓励和引导各铁路局进行其它维修模式的尝试。 2 在修时间太长，维修周期还有潜力 我国机车车辆大修在修时间太长大修周期虽经延长，但仍有潜力可挖。我 国机车车辆维修频繁、修时太长，降低了机车车辆利用率，增加了维修费用，加 大了建设投资。 3 维修理论基础薄弱，缺乏系统的研究和培训 多年来，我国维修理论基础薄弱，缺乏系统的理论研究和培训，致使实践中 经常出现基本概念混乱，导致错误维修的现象。因此应重视和加强维修理论的研 究，加强可靠性工程、维修性工程和维修策略的研究，特别是维修经济性方面。 4 在采办和设计中缺乏可靠性、维修性工程的应用 国外发达国家在购置机车车辆时，用户要提出可靠性、维修性要求，将指标 写入合同中，并在机车车辆交货后进行检验验证。因此，近代制造厂家在设计时， 除对机车车辆性能和结构进行设计外，还要进行可靠性和维修性设计、验证等。 而我国机车车辆的采办和设计在这方面还没有要求和实施，因而机车车辆可靠性 和维修性得不到保证。我国应尽早开展这方面的研究，在机车车辆的采办和设计 中引入可靠性、维修性指标，并进行检验验证。 1 3 论文的研究内容 系统研究的目标是建立一个由数据库系统、模型库系统和用户界面三个子系 统组成的货车寿命管理决策支持系统( 简称h c d s s ) 。为了实现系统研究目标， 论文研究的主要内容有以下三个方面。 1 h c d s s 数据库系统的研究 h c d s s 的数据库主要来自铁道部货车管理信息系统( 即h m i s ) 首先，将 来自h m i s 系统的d r n p 数据文件引入论文使用的o r a c l e 数据库中。然后，分析 了数据文件中数据的特点，针对决策支持系统提出了使用数据的要求，例如其中 必须包含的字段，以及所需数据提取时问段的要求等。 4 1 概述 2 h c d s s 模型库系统的研究 模型库是将众多的模型按一定的结构形式组织起来，通过模型库管理系统对 各个模型进行有效的管理和使用h c d s s 的模型库系统是一个非常复杂的系统， 包括数据处理模型、图形图像模型、数学模型。 论文中使用的具体模型有数据提取模型、数据类型分析模型，故障数据统计 模型、故障规律统计模型、维修周期模型和使用寿命模型，这些模型利用统计学 的方法，通过对数据的处理，利用可靠性工程的理论，计算出包括寿命值在内的 可靠性特征参数值，从而确定货车关键零部件的维修周期，为以后的检修等操作 提供指导和帮助，各个模型的功能在相应的章节进行介绍。 3 h c d s s 开发和功能实现 h c d s s 是三个子系统的有机结合体。系统开发和功能实现就是使模型库系 统、数据库系统及人机交互系统有机综合集成形成决策支持系统，使各个子系统 能够实现各自的功能，同时各个子系统能够有机结合从而实现对货车转向架关 键零部件进行科学有效的寿命管理，进一步完善货车维修制度，达到优化资金投 入，降低车辆的事故发生，继续推进货车维修制度改革，为我国铁路货车维修、 零部件服役寿命延长、管理水平和设计与世界先进水平接轨提供一定的借鉴。 5 2 货车寿命管理决策支持系统( h c d s s ) 2 货车寿命管理决策支持系统( h c d s s ) 2 1 决策支持系统的概念圆 决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m - d s s ) 是8 0 年代迅速发展起来的新 型计算机学科，是在管理信息系统和运筹学的基础上发展起来的管理信息系统 重点在对大量数据的处理，运筹学在于运用模型辅助决策，体现在单模型辅助决 策上决策支持系统的出现是要解决由计算机自动组织和协调多模型的运行和数 据库中大量数据的存取和处理，达到更高层次的辅助决策能力决策支持系统的 新特点就是增加了模型库和模型库管理系统，它把众多的模型有效地组织和存储 起来，通过人机交互功能，建立模型库和数据库的有机结合。这种新型的系统就 是决策支持系统它不同于管理信息系统数据处理，也不同于模型的数值计算， 而是它们的有机集成既具有数据处理功能，又具有数值计算功能。 时至今日，d s s 仍没有一个学术界公认的定义。许多学者在这方面做了大量 的努力，试图给出d s s 的定义。这些定义的共同点是强调“数据”、“模型”和“对 话”结合起来去解决半结构化问题。 这些定义中对“数据”的要求是数据处理功能，即对数据的存取、数据的检 索、产生报表和图形。对“模型”的要求是利用模型，特别是优化模型得出辅助 决策信息。对。对话”的要求是能修改模型，从而改变方案达到更大范围内的辅 助决策。 2 2 决策支持系统的结构汹 对决策支持系统发展影响最大的结构形式是“三部件”结构形式，后又出现 了有一定影响的“三系统”结构形式，下面分别介绍。 1 “三部件”结构形式 1 9 8 0 年s p r a q u e 提出著名的决策支持系统( d s s ) 的三部件结构，它是由三 个子系统组成的，即人机交互系统( 对话部件) 、模型库系统( 模型部件) 、数据 库系统( 数据部件) 其结构如图2 1 所示，这种结构是为达到d s s 目标的要求 而形成的。 7 北京交通大学硕士学位论文 图2 - l决策支持系统“三部件”结构 f i g2 - 1t h ed s st h r e e - e , o m p o n e n t8 t r a c t l l f e 2 “三系统”结构形式 1 9 8 1 年r h b o n c z e k 等人提出了决策支持系统( d s s ) 的三系统结构形式， 即它由语言系统( l s ) 、知识系统( k s ) 和问题处理系统( p p s ) 三个部分组成。 由于该结构中包含“知识系统”，从而使决策支持系统包含人工智能的成分，这使 很多d s s 学者采用了这种决策支持系统的结构形式。其结构如图2 2 所示。 图2 - 2决策支持系统“三系统”结构 f i g2 - 2t h ed s st h r e e - s y s t e ms t r a c t u r e 2 3 在h m i s 平台上建立货车维修管理决策支持系统嘲 随着h m i s 系统的开发实施，为货车转向架关键零部件寿命管理制度提供了 强大的技术支持。h m i s 系统通过计算机、网络、通讯技术实现了全路的数据共 享，并在其输入系统中将货车转向架关键零件寿命管理所需信息输入了系统数据 库。因此，也为货车维修管理决策支持系统准备了一个坚实的平台。 在h m i s 的总体设计文件中，其硬件环境有巨大的数据存储能力和强大的数 据处理能力。借助上述完整的h m i s 软硬件环境，我们构思了如图2 3 所示的货 车维修管理决策支持系统系统( 以下简称h c d s s ) 。 3 2 货车寿命管理决策支持系统( 琢：d s s ) 图2 - 3h c d s s 结构组成图 f i g2 - 3t h eh c d s ss t r a c t u r ec o m p o s i t i o n 2 4h c d s s 的结构 h c d s s 的结构采用典型的“三部件”结构，如图2 - l 所示。这种结构是为了 达到d s s 目标的要求而形成的。管理信息系统( m i s ) 可以看成是对话部件和数 据部件组合而成的，而d s s 是m i s 的进一步发展，增加了模型部件。决策支持 系统的目标是对半结构化决策问题提供支持。随着计算机技术的发展，决策支持 系统技术将会逐步深入到非结构化决策问题，使其转化为半结构化或结构化决策 问题，并提供决策支持。可见，d s s 是有发展l i 途的领域，现已成为管理科学与 工程学科的主要学科方向。下面介绍决策支持系统各组成部分的功能和技术。 2 4 1 人机交互系统饲 入杌交互系统是决策支持系统与用户之间的交互界面。用户通过“人机交互 系统”控制实际决策支持系统的运行，决策支持系统既需要用户输入必要的信息 ( 用于控制) 和数据( 用于计算) ，同时要向用户显示运行的情况以及最后的结果。 人机交互部件包括如下几个方面的功能： 1 提供丰富多彩的现实和对话形式 9 北京交通大学硕士学位论文 目前，计算机中几种常见的人机界面技术有：菜单、窗口；命令语言和自然 语言；多媒体及可视化技术。 2 输入输出转换 系统对输入的数据和信息，要转换成系统能够理解和执行的内部表示形式。 当系统运行结束后，应该把系统的输出结果按一定的格式显示或打印给用户。 3 控制决策支持的有效运行 决策支持系统是三个子系统的有机结合体人机交互系统需要将模型库系统、 数据库系统进行有机综合集成( 包括部件接口) 形成系统，并使系统有效运行。 要达到控制d s s 的有效运行，一般要通过组合“模型部件”和“数据部件”的集 成语言编制的d s s 控制程序来完成。 货车寿命管理决策支持系统的人机交互系统主要是利用程序来实现，也就是 h c d s s 的程序界面，及其系统功能的实现。 2 4 2 数据库系统嘲 数据库系统主要包括数据库和数据库管理系统。经过几十年的发展，技术趋 于成熟，已经有比较成熟的数据库组织方法和数据库管理系统。 1 数据库存储的组织形式 数据库用来存储大量数据，一般组织成易于进行大量数据操作的形式，典型 的数据组织模型有网络模型、层次模型、关系模型等形式。数据库由数据库管理 系统来管理和维护。 2 数据库管理系统功能 数据库管理系统必须具有数据库建立、删除、修改、维护，数据存储、检索、 排序、索引、统计等功能。 3 数据库管理语言体系 一般来说，数据库管理系统应提供一套语言系统供用户使用数据库或提供与 某种高级程序设计语言的接口。 货车寿命管理决策支持系统的数据库主要来自铁道部货车管理信息系统( 即 h m i s ) 。其中记录了国有铁路货车和参与铁路运营的企业自备货车技术管理的主 要业务，提供了货车从新造到报废的整个寿命周期内，以车号为唯一线索的动态 技术履历信息，包括新造、厂修、段修、以及车辆配件的更换信息、加装改造信 息、故障信息等。 1 0 2 货车寿命管理决策支持系统( h i s s ) 2 4 3 模型库系统嘲 模型库系统由模型库和模型库管理系统组成。 1 模型库的特征 模型库用来存放模型，它有自己的特征模型不同于数据，它具有： 模型的表示形式：它总是以某种计算机程序形式表示的，如数据，语句，子 程序，甚至于对象等这种物理形式在模型库中具体为：模型名称及相关的计算 机程序，模型功能的分类，模型的输入输出数据，控制参数等树形。它可以类似 于数据的形式表示出来。 模型的动态形式：它可以以某种方法运行，进行输入、输出、计算等处理。 这种形式的属性是无法或很难以类似于数据组织的形式来描述。 2 模型库管理系统 模型库管理系统管理模型库。为了适应模型的静态与动态特征，模型库管理 系统有两方面的功能，一是类似数据库管理系统的静态管理功能，二是模型的动 态( 运行) 管理功能。 3 数据库管理系统的语言体系 与数据库管理系统相似，模型库管理系统也应有一个语言体系，这个语言体 系应包括如下两个方面： 模型管理语言：定于模型的有关属性，如名称、功能、参数、程序构成以及 与其它模型的关系。 模型的操作语言：执行模型，控制模型与数据库之间的动态数据交换，模型 的运行控制等。 4 模型库管理系统的特定功能 模型在计算机中表现为程序形式。用计算机语言编制的模型程序分为源程序 和目标程序。这两种状态与计算机的编辑功能和语言的编译功能相连，这就有必 要把编辑功能和编译功能以特定的形式纳入模型管理系统中去。 论文中使用的数据处理及图形、图像模型包括： 数据提取模型，针对o r a c l e 数据库设计了相应数据提取模型，根据查询条件 来提取数据。 数据类型分析模型，分析所提取的数据为哪种类型：定时截尾数据、定数截 尾数据或不规则截尾数据。 故障数据统计模型，包括两种模型：故障数量统计模型和故障数据直方图。 论文中用到的三种数学模型为： 北京交通大学硕士学位论文 故障规律统计模型，用来分析具体故障部件，判断该故障部件所服从何种分 布，得到与之对应的分布参数。 维修周期模型，在故障规律统计模型计算的基础上，选择不同的计算模型， 得出该故障部件的最佳维修周期。 使用寿命模型，在前两者分析的基础上，得出故障部件的最佳使用寿命。 可以看出，这三种模型其实分别对应于决策支持的不同阶段，但是前面的分 析是后面分析的基础。所以，对于系统的研究，最重要的是实现第一步故障规律 统计模型，从而为后面的计算提供一定的支持。 1 2 3h c d s s 数据库系统 3h c d s s 数据库系统 3 1 数据库系统概述嘲 3 1 1 数据库系统的结构 数据库系统由数据库、数据库管理系统、数据库管理员、用户与应用程序四 个部分组成数据库是存储在磁带、磁盘、光盘等外存介质上，按一定结构组织 在一起的相关数据的集合；数据库管理系统是一组能完成描述、管理、维护数据 库的程序系统，可按照一种公用的和可控制的方法完成插入新数据，修改和检索 所有数据的操作；数据库管理员负责设计、建立、维护、管理数据库；应用程序 的操作是以数据库中的数据为基础进行的，每个用户只用到数据库中的一部分数 据，不同的用户使用的数据以多种方式重叠。数据库系统的核心是数据库管理系 统和数据库因此，我们经常把这个核心称为数据库系统。 3 1 2 数据库的数据模型 数据模型是对客观事物及其联系的数据描述，能表明数据库系统中信息如何 组织和操作。目前，有三种成熟的模型：网络模型、层次模型、关系模型( 表格) ， 绝大多数数据库系统都采用关系模型。 3 1 3 数据库的基本特点 1 数据的独立性 数据库的用户程序与数据存储结构之间相互独立，其中之一发生变化对另一 部分不发生影响或影响很小。对于软件来说，数据和程序是同样重要的因素，而 且数据具有更大的稳定性。数据和程序相互独立，有利于加快软件开发速度，节 省开发费用。 2 数据冗余少 北京交通大学硕士学位论文 为实现数据共享，数据库对数据进行集中存储，数据不重复，减少了数据的 冗余，可以节约空间。 3 统一的数据管理 这是只用一个软件( 数据库管理系统) 实现对数据的统一管理。数据库管理 系统能对数据库中的数据进行查询、增加、删除、修改和维护等统一的管理。 4 完善的数据控制功能 数据库提供给许多用户同时使用数据库，具有数据安全、并发控制、数据恢 复等数据控制功能。 3 1 4 数据库管理系统 数据库管理系统是用于描述、管理和维护数据库的程序系统，是数据库系统 的核心组成部分。它建立在操作系统的基础上，对数据库进行统一的管理和控制。 数据库管理系统有四项主要功能： 1 描述数据库 描述数据库数据的逻辑结构、存储结构、语义信息和保密要求。 2 管理数据库 控制整个数据库系统的运行；控制用户的并发性访问；检验数据的安全、保 密与完整性；执行数据检索、插入、删除、修改等操作。 3 维护数据库 控制数据库初始数据的装入；记录工作日志；修改更新数据库；重新组织数 据库；恢复出现故障的数据库。 4 数据通行 组织数据的传输。 3 2h c d s s 数据库系统介绍 h c d s s 的数据库主要来自铁道部货车管理信息系统( 即h m i s ) 。h m i s 设计 覆盖了国有铁路货车和参与铁路运营的企业自备货车技术管理的主要业务，提供 了货车从新造到报废的整个寿命周期内，以车号为唯一线索的动态技术履历信息， 它包括新造、厂修、段修、辅修、临修、通过修、报废信息，以及车辆配件的更 换信息、加装改造信息、故障信息等。 1 4 3h c d s s 数据库系统 3 2 1h m i s 系统结构 h m i s 系统总体逻辑结构分为两层：信息应用层和信息产生层 1 信息应用层由铁道部、铁路局、车辆段( 车轮厂、新造、厂修工厂) 管理 层组成： 在铁道部，建立h m i s 部级系统，由领导查询、新造管理、站修管理、段修 管理、轮轴制动管理、厂修管理、调度管理、安全管理、运用管理九个分系统组 成。形成具有全局和长期决策功能的计算机信息管理局域网，为货车设计、制造、 检修、运用、安全管理等工作提供科学的管理信息；部级系统可提供随时查询统 计货车( 包括自备车) 的资产情况；随时查询每辆货车当前或历史的技术状态和 技术参数；任意时间段灵活查询分析各铁路局、车辆段的生产状况；查询分析各 车辆段自然概况信息。同时可根据已有的货车履历信息，预测某一段时间内各种 车辆的宏观信息：如预测货车维修量，提示货车辅修、段修、厂修、报废等各级 修程到期数，实现对全路货车任意时段故障以及大部件更换信息的统计，大大提 高管理、预测、决策水平。 在铁路局，建立h m i s 局级系统，由领导查询、站修管理，段修管理、轮轴 制动管理、调度管理、安全管理，运用管理七个分系统构成。在铁路局形成具有 数据汇总、计划落实、质量分析、安全控制、局部和中期决策、数据上报功能的 计算机信息管理局域网。 在车辆段( 车轮厂) 管理层，建立h m i s 段级系统，由领导查询、调度管理、 技术管理、安全管理、质量和验收分系统组成。形成具备货车段修( 段做厂修) 、 辅修、运用技术数据处理、质量控制、安全信息、辅助决策、数据上报功能的计 算机信息管理局( 广) 域网，建立货车检修、运用和安全管理中各生产环节的人 一机管理系统。并预留经济活动分析等企业综合信息所需数据的接口。 在货车新造、厂修工厂管理层建立新造、厂修管理系统，形成具备货车新造、 厂修技术处理、质量控制、安全信息、辅助决策、数据上报功能的计算机信息管 理局域网。 2 信息产生层由段( 厂) 车问层和工位层组成： 信息产生层在提供以车号为唯一线索的动态货车技术履历信息和原始生产信 息后，信息应用层就可以方便地、灵活地实现专业技术管理和信息的查询、分析、 指挥、决策。 原始生产信息的采集可通过数字化设备和微机工作站两种方式实现，数字化 设备能自动的进行数据录入，各工作站由人工进行数据录入。两种录入方式的信 1 5 北京交通大学硕士学位论文 息，通过网络传递到车辆段数据中心车辆段数据中心存储了原始的生产、技术 信息，通过网络逐级上传至路局数据中心、部中央数据中心形成了货车生产、 技术信息的采集，传输、存储。 车辆段( 车轮厂、新造、厂修工厂) 车间层是由列检子系统、站修子系统、 段修子系统、轮轴子系统、报废车子系统、车号标签运用管理子系统、新造子系 统、厂修子系统等组成。该层所覆盖的各单位都使用信息产生层的部分或全部应 用软件，应用范围最广，应用量最大。同时该层是信息应用层的主要数据来源。 因此是整个h m i s 系统建设的关键所在。 3 2 2h m i s 子系统 h m i s 有许多子系统，可提供相应多种数据内容。 运用子系统：录入扣车信息及生产作业信息，通过网络上传到段级数据中心。 生产组织子系统：年初制定全年修车计划以及加装改造计划，并可根据生产 任务进行灵活的调整；制定修车日计划；生产作业计划信息通过网络自动传达到 各车间，各车间根据计划信息安排生产；核实列检传来的扣车信息，安排检修车 辆入线，登记入线时间、调车入厂等。 站修子系统：通过电话拨入段数据中心，共享扣车信息，安排生产，由列检 员通过标签读出器及便携式车号信息转储仪采集车号信息( 整个货车技术履历信 息以车号位唯一线索存储) ，录入检修信息、修竣信息等，并通过网络上传段级数 据中心；同时，可以对比列检传来的故障信息，对故障进行闭合处理，确保了故 障全部解决，杜绝了未解决故障带来的事故隐患。 段修予系统：通过局域网，共享调度制订的修车日计划以及扣车信息。通过 标签读出器及转储仪采集车号信息，录入检修信息，修竣信息等，完成修车、修 配技术信息的采集。 轮轴子系统：通过局域网，共享修车日计划信息。录入轮轴卡片、1 9 7 7 2 6 型 滚动轴承检修记录等轮轴生产信息。 h m i s 这些子系统所采集到的数据都存储到o r a c l e 数据库系统中。 3 3o r a c l e 数据的引入叫 从铁道部得到的货车关键零部件故障及检修信息记录是经o r a c l e 转出的 1 6 3h c d s s 数据库系统 * a m p 数据文件这些文件来自不同用户下，里面所包含的数据内容也不同。为 了使用这些数据信息，我们需要把这些d m p 文件重新导入到o r a c l e 中，并把它 们归到同一用户下，利用相互问的逻辑关系为以后的应用提供有效数据。然后再 利用v i s u a lc h 的a d o 接口来读取这些相关信息，并进行数据的处理和分析。 o r a c l e 是以高级结构化查询语言( s q l ) 为基础的大型关系数据库，通俗地 讲它是用方便逻辑管理的语言操纵大量有规律数据的集合，是目前最流行的客户 服务器( c u e n t s e r m ) 体系结构的数据库之一。 下面介绍一下导入数据的过程； 1 安装o r a c l e 2 点击“开始”“程序” “o r a c l e - o e a h o m e 9 0 ” “a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t ” “s q l p l u s ”，进入到s q l p l u s 环境下，以s y s t e m ( 用户名) m a n a g e r ( 密码) 或者s c o t t t i g e r 登录，在登录对话框中的“主机字符串( h ) ”一栏中，应填写安 装o r a c l e 所设定的，本机安装时设定的是“m i s ” 进入到s q l p l u s 后，要给自己再增加一个用户，来进行以后的工作。例如， 要添加一个用户h c i m s ，密码为h c i m s ，可以在s q l 提示符后输入： c r e a t eu s e rh c i m si d e n t i f i e db yh c i m s i 接着要给这个用户赋予一定的权限，可以在s q l 提示符后输入： g r a n tc o n n e c t ，r e s o u r c e ，d b a t oh c i m s ； 在s q l 提示符后输入： c o m m i t ； 提交用户。在s q l 提示符后输入： e x i t ； 就可退出s o lp l u s 。 3 将h m i s 数据文件c t 2 2 b g z d m p 、d x g z m 2 d m p 、d x g z m x d m p 、d x g z m x l d m p 引进到o r a c l e 系统里。点击“开始”- “运行”，在编辑框里输入“c m d ”，就进 入d o s 方式了用下面命令引进点击o r a c l e 文件， c a i m ph c i m s h c i m sf i - o m u s e r = t d b d xt o u s e r = h c i m sf i l e ：- - c t 2 2 b g z d m p 解释如下： c s i m p ( 引进) h c i m s h c i m s ( 以用户名密码登录) f r o m u s e r = t d b d x ( 当初从o r a c l e 导出数据库文件时所用的用户名) r o u s e r = h c i m s ( 引进到h e l m s 用户下) f i l e = c t 2 2 b g z d m p ( 导入的文件名) 用同样方法把d x g z m 2 d m p 、d x g z n m d m p 、d x g z m x l d m p 引进到t d b d x 用户 1 7 北京交通大学硕士学位论文 下。不过，d x g z m 2 d m p 、d x g z r a x d m p 、d x g z m x l d m p 的f r o m u s e r = t d b l j ，和 e t 2 2 b g z d m p 的不同。 如果想把用户t d b d x 下的数据导出，可以用下面命令； c a e x ph e i m s h e i m sf i l e = a b e d m p 解释如下： c a o t p ( 导出) h c i m s h c i m s ( 用户名密码) f i l e = a b e d m p ( 导出生成的文件名) 本论文所要用的数据主要来自典型故障明细( 即d x g z m x d m p 文件 中的记 录，其中包括故障编码、前次段修时间、发现日期等重要数据。由发现日期和前 次段修时问的差值可以计算出本次故障发生的间隔期，用于主程序的计算中。具 体记录内容如表3 1 ： 表3 - l d x g m n x d m p 内容 t a b3 - 1d x g z m x d m pc o n t e n t 字段内容字段内容 m局别b z w i编组位数 d u a n 段别q c c x s j 前次厂修年月 d w d m 所别q c c x o w前次厂修单位 b c 班次 q c d x s j 前次段修年月 b z 班组q c d x d w前次段修单位 册 检车员 q c f x s j 前次辅修月日 r q 日期q c f x d w前次辅修单位 b y b 自夜班 a j y r 轴检月日 c c 车次a j d w轴检单位 c h 车号 e s l a t e 状态 c z 车种车型 t j - r q 统计日期 b z l i 编组辆数 图3 一l 为导入的d x g z m x d m p 文件，经过优化查询的视图，主要的字段有 g z b m 、j i l l 、d u a n 、q c c x s j 、q c d x s j 、q c f x s j 、r q 等，这些都是计算时 所需要的数据 1 8 3h c d s s 数据库系统 图3 - 1 ( k a t i e 数据视图 f i g3 * 1o r a l c a gd a t av i e w 由于条件限制，本论文只是对一种故障( 基础制动系统制动梁支柱裂纹) 作 了分析。如果以后有更多的数据，相同机理的其他故障同样可以利用该程序来计 算，只需要做一些细微的调整。维修期为一个段修期的故障零件，例如八字面、 导框承台等零件裂纹故障，计算所需的数据为故障编码( g z b m ) 、前次段修时间 ( q c d x s j ) 、发现日期( r q ) ，可利用该程序之间直接计算其分布参数，及维修 周期。维修周期为一个厂修期的故障零件，例如摇枕、侧架本体裂纹故障等，计 算所需的数据为故障编码( g z b m ) 、前次厂修时问 l ，2 ( 0 曲线为单调增长倾向，它反映了磨损过程的到来，也即老化、弱化现象出现，描 述了浴盆曲线的第三阶段，即磨耗阶段；当m = 2 时为瑞利分布；当m = 3 2 3 7 范围内时，非常接近予正态分布。当m 5 0 ，至少n 宅o 。 设某产品寿命的全体为总数t ，从中抽取样本t 。，t 。，t 。，经独立试 验得到1 1 个样本观测值t ，t 。，o o oo oo t 。， 将其按大小顺序排列为：t 。 - - - 1 ： = = t i = - - t 。 其经验分布函数的一般形式为： 1 0 f 只( t ) = i nt s “ ( f = 1 ，2 ，甩一1 ) pt 故