（车辆工程专业论文）货车关键零部件寿命管理决策支持系统数据库的研究与开发.pdf

北京交通大学硕士研究生学位论文 摘要 决策支持系统( d s s ) 自从2 0 世纪7 0 年代以来，已经得到了迅速的发 展，它已成为系统工程、管理科学、人工智能等领域十分活跃的研究课题， 并且已经在我国的航空、电力等系统得到应用。然而遗憾的是，这一项先 进技术还没有在铁路货车寿命管理中得到应用。 长期以来，我国货车及各部件没有实行寿命管理，整车及零部件均实行 根据状态报废。这样做虽然充分利用货车及配件的价值，但是也给货车安 全带来严重的隐患。对铁路货车及其关键零部件实行寿命管理，是保证铁 路运输安全的重要手段之一，是保证运用货车整体技术状态稳定的措施之 一，是货车实施修制改革的主要内容之一。 本文利用v i s u a lc + + 的a d o 技术以及o r a c l e 、a c c e s s 等数据库开发了 货车关键零部件寿命管理决策支持系统。可以为决策者提供故障分类统计、 故障时间规律、寿命规律等决策支持，从而帮助决策者制定更加合理的检 修周期以及安排备件。实现了决策支持系统在货车寿命管理中的应用。 关键词：d s s ，货车，寿命管理，a d o ，数据库 北京交通丈学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t s i n c et h e1 9 7 0 7 s ，d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( d s s ) h a sb e e nd e v e l o p e d g r e a t l ya n db e c o m et h er e s e a r c ho b j e c to fs y s t e me n g i n e e r i n g , m a n a g e m e n t s c i e n c e , a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ea n do t h e rf i e l d s a l t h o u g hh a v i n gb e e na p p l i e di n a e r o n a u t i c s ，e l e c t r o n i cp o w e ra n do t h e rs y s t e m s ，d s sh a sn o tb e e nu s e di n r a i l w a yt r a i nl i f em a n a g e m e n t i nt h ep a s tt i m e , t h e r ew a sn ol i f em a n a g e m e n to nt r a i n so rp a r t si nc h i n a t r a i n sa n dp a r t sw e r ed i s c a r d e da c c o r d i n gt ot h es t a t e a d m i t t e d l yt h i sm e t h o d c o u l dm a k ef u l lu s eo ft h et r a i n sa n dp a r t s ，i ta l s ob r i n g ss e r i o u sh i d d e nt r o u b l e s t ot h es a f e t yo ft h et r a i n s i m p l e m e n t i n gl i f em a n a g e m e n to nt r a i n sa n dp a r t si s o n eo ft h em e a s u r e st oe n s u r et h es a f e t yo fr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n ，o n eo ft h e m e t h o d st og u a r a n t e et h es t a b l et e c h n i c a ls t a t eo ft h ew h o l et r a i na n do n ep a r to f t h ec o n t e n t so fr e f o r m i n gt h et r a i nm a i n t e n a n c es y s t e m w i t ht h eh e l po fv i s u a lc + + ，a d o ，o r a c l ea n da c c e s s ，t h i sp a p e rd e v e l o p s t h e “f cm a n a g e m e n td s so f t r a i n s k e yp a r t st h a tc a np r o v i d ed e c i s i o nm a k e r s w i t hd e c i s i o ns u p p o r t ss u c ha sc l a s s i f i e df a i l u r e ss t a t i s t i c s ，f a i l u r e st i m el a w s a n dl i f el a w s ，w h i c hcanh e l pd e c i s i o nm a k e mt oe s t a b l i s hm o r er e a s o n a b l e m a i n t e n a n c ep e r i o d sa n da r r a n g eb a c k u pp a n s t h ea p p l i c a t i o no fd s si nt r a i n l i f em a n a g e m e n ti sr e a l i z e d k e yw o r d s ：d s s ，t r a i n ，l i f em a n a g e m e n t ，a d o ，d a t a b a s e 北京交通大学硕士研究生学位论文 第一章概述 1 - 事国内铁路运输概述 我国是一个以内陆为主的国家，又是一个发展中国家，从经济发展的角 度看，今后相当长的历史时期，铁路运输都是一种重要的运输方式。货车是 铁路运输的重要设备，是完成铁路货运任务的物质基础。 目前，我国国有铁路货车总保有量达4 4 5 万辆，企业自备货车保有量 达1 2 2 万辆。其技术结构已基本实现了滚动轴承化、全钢结构、载重达6 0 t 以上，主型转8 a 型转向架已占全部货车总保有量的9 8 ，在技术性能上较建 国初期已经有了极大提高。5 0 多年来，我国铁路货车工业的生产能力不断扩 大，产量不断提高。机车车辆工业系统货车年产量从1 9 4 9 年的1 3 8 3 辆提高 到1 9 9 8 年的2 3 1 7 8 辆，年产量提高了1 5 8 倍。而1 9 4 9 年一1 9 9 8 年的各型 货车累计总产量达到6 8 3 2 5 3 辆，其中敝车生产总量为3 9 4 6 6 3 辆，棚车为 9 9 5 2 8 辆，平车为4 8 2 2 2 辆，罐车为8 1 7 6 4 辆，其他各型货车5 9 0 7 6 靳i | 擘望 建国以来，我国铁路货车无论在数量上还是品种上，均有令人鼓舞的发 展。货车的生产能力不仅能满足国内的需要，而且已向亚、非等国出口。车 辆的载重吨位从3 0 t 、4 0 t 发展到5 0 t 、6 0 t ，现在正在向7 0 t 以上发展；车辆 的结构也从钢木混合结构向全钢结构发展；车辆的材质也由普碳钢向低合金 钢及耐候钢发展，最近几年开始有铝合余货车出现；货车的数量已由建国初 期的5 万辆增加到5 0 万辆以上( 不包含只在企业内部运用的工矿自备车) ： 车辆的构造速度也由5 0 k m h 6 0 k m h 提高到了l o o k m h 1 2 0 k m h ，目前， 正在研究构造速度可达1 2 0 k m h 1 6 0 k m h 的快运货车。 北京交通大学硕上研究生学位论文 1 2 寿命管理的重要性 寿命管理是指以设备经济地实现其服役全寿命为目标，在对设各状态进 行监测和评估的基础上优化设备运行与维修管理的新技术。长期以来，我国 货车及各部件没有实行寿命管理，整车及零部件均实行根据状态报废。这样 做虽然充分利用货车及配件的价值，但是也给货车安全带来严重的隐患。对 铁路货车及其关键零部件实行寿命管理，是保证铁路运输安全的重要手段之 一，是保证运用货车整体技术状态稳定的措施之一，是货车实施修制改革的 主要内容之一。寿命管理是在生产实践中探索和建立起的对产品进行全过程 质量控制的先进、科学的管理模式。在科学技术突飞猛进，产品结构越来越 复杂，使用环境日益残酷，使用和检修费用不断增长的情况下，更需要认真 深入探索和研究如何建立、确定使用寿命模型。对货车及其主要零部件实施 寿命管理，是进一步完善货车检修制度，继续推进货车检修制改革，使我国 铁路货车设计、检修和管理与世界先进水平接轨。建立和实施货车转向架寿 命管理，特别对解决大部件折断( 货车三大惯性事故之一) ，则显得尤为迫 切罂 随着我国加入w t o ，国内市场要对国际开放，铁路运输也要面临着激烈 的竞争。另外，随着我国高速公路的飞速发展，公路运输所占比重越来越大， 这又加强了竞争的激烈程度。在保证列车运行安全的前提下，如何尽可能地 充分利用各个零件、减少储存备件所耗用的资金，成为运输部门急需解决的 问题。 由于货车运输条件比较复杂，从而使转向架关键零部件检修工作的管理 和决策缺乏可靠依据。目前，该课题方面的研究尚不完善。因此，开发货车 及其关键零部件寿命管理决策支持系统，对铁路转向架关键零部件寿命管理 提供决策支持，最大限度地提高车辆的利用率是非常必要的。 一般来说，设计入员在设计过程中会利用多种手段来对产品寿命进行计 2 北京交通人学硕一 ：研究生学位论文 算和预测。一种方法是在一系列的循环载荷下，测得无裂纹光滑试件相应的 断裂循环次数，由此获得应力与寿命的关系曲线，并在疲劳曲线上找出对应 的断裂循环次数；另一种方法是利用断裂力学研究断裂裂纹在循环应力作用 下的扩展速率d a d n ，从而可以求得裂纹由原始尺寸山扩展到临界尺寸a 。所 经历的循环次数；或者利用a n s y s 建模进行强度和寿命计算。 随着近代计算技术和力学，特别是断裂力学的发展，计算预测装备及其 零部件寿命值的方法愈来愈得到应用，特别是对于那些结构比较简单、受力 状况不太复杂的零部件。但是对于铁路技术装备结构复杂、故障模式多样和 受力状况不稳定的零部件，要想准确地计算出其寿命值迄今还不可能，主要 困难在于边界条件的准确描述和处理。但是随着科学技术的发展，这种方法 会愈来愈多地得到应用。目前只是一种确定寿命值的辅助手段。 不可否认，这些手段对于疲劳寿命计算有很大的作用。然而，它们也有 着一些局限性。这些手段没能充分考虑制造、运输、腐蚀、使用、检修等方 面对零件寿命的影响。而利用数据统计则可以较好地对寿命进行分析和预 测。零件在使用过程中出现的损伤是在环境、载荷综合作用下产生的，它真 实反映了使用环境、工作强度、结构形式、材料及防腐技术、维修大纲与措 施等诸多因素综合作用后的腐蚀损伤值。利用统计得所得到的数据是十分宝 贵的，通过结合大修等环节详细记录的数据，+ 能得出有用的结果。这一方法 对于传统强度分析、寿命计算方法来说，是相辅相承的。 在1 9 9 1 年以前，检修管理的指导思想就是充分利用，实行无限寿命管 理。只要在检修中没有发现达到报废条件的故障，在运用中没有失效造成事 故，就一直用下去。在设计、制造和修理过程中都没有使用寿命的概念，认 为使用的时间越长越好。其直接后果是，在相同的使用条件下，随着使用时 间的延长，故障率和修理工作量不断增加，检修成本逐年递增。直到1 9 9 1 年，在学习发达国家的货车检修管理经验基础上，开展了机车车辆修制改革， 着手进行货车及其关键零部件的使用寿命研究。但是，已经明显暴露出检修 3 北京交通大学硕士研究生学位论文 管理模式滞后于运输发展的要求。 随着可靠性工程学科的发展，通过对试验室或现场故障数据的处理，判 断其分布函数的类型，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。这种方法确定出的寿命值符合实际情况，应该具有较好的 精度。但这种方法的先决条件是所提供的信息数据要真实可靠，这就需要一 个完善的数据信息提供系统和严格的制度。因此建立我国铁道技术装备相应 的可靠性维修信息系统，对技术装备及其零部件进行质量跟踪已经成为当务 之急。 1 3 本论文的主要研究内容 本论文的主要功能是利用统计学的方法，根据摇枕和侧架等零部件的检 修情况，对其疲劳寿命进行分析；并且要找出各种因素对疲劳寿命的影响。 另外，还要对以后的检修等操作提供指导和帮助。 1 货车关键零部件检修运用数据库系统的研究 根据各车辆段、大修厂提供的数据，对零件寿命进行统计。包括各零件 的出厂e l 期、开始使用日期、检修e l 期、疲劳损坏状况、报废e l 期，等等。 2 货车关键零部件损伤影响因素的研究 利用统计所得数据，分析制造、运输、腐蚀、使用、检修等因素对疲劳 寿命的影响。 3 货车关键零部件质量及运用状况评估系统的研究 零件寿命的预测：利用零件寿命分析结果，对零件寿命进行预测，为决策 者提供指导，帮助其安排备件以及合理安排检修周期。 4 货车关键零部件寿命决策支持系统( h c d s s ) 的软件设计开发。 4 北京变通大学硕士研究生学位论文 第二章h c d s s 系统设计 2 1d s s 的产生与发展 2 1 1d s s 的产生背景 2 0 世纪7 0 年代末，学术界对于应用系统分析、传统运筹学、管理信息 系统( m i s ) 进行了认真的反思。人们发现，应用系统分析、传统运筹学在 解决现实世界问题( 特别是比较复杂的社会、经济、环境等问题) 时遇到了 不少障碍。应用系统分析的许多模型、方法往往看起来有用但有时并不真正 能用，很多研究成果仅仅停留在研究室里、书面报告之中，大部分束之高阁， 真正为决策者采纳并付诸实施的成功案例并不多，系统分析人员与决策者 ( 特别是高层决策者) 之间缺乏必要的沟通。这种反思还产生了另一个重要 的结论：系统分析人员和信息系统本身都不要企图取代决策者去做出决策， 支持决策者才是他们正确的地位。于是人们自然期望一种新的用于管理的信 息系统，它在某种程度上可克服上述缺点，为决策者提供一些切实可行的帮 助。 2 0 世纪7 0 年代末以来，与完成这一任务相关的学科都有了长足的进步。 已经发展到完善地步的运筹学模型、数理统计方法及其软件的发展，突破单 一的效用理论框架的多目标决策分析，人工智能方面的知识表达技术、专家 系统语言及智能用户界面的发展，小型、高效、廉价的微机及工作站的出现， 数据库及其管理系统，图形专用软件，各类软件开发工具等均为广泛的研制 和应用d s s 提供了良好的技术准备和物质准备。 上世纪7 0 年代中期k e e n 和s c o t tm o r t o n 创造的“决策支持系统( d s s ) ” 得到了迅速的发展，已成为系统工程、管理科学、人工智能等领域十分活跃 5 北京交通夫学坝计究生学位论文 的研究课题。1 0 余年来，以d s s 为“标签”的研究课题、各种实际系统， 以及少数成功的案例的介绍像雨后春笋一样出现在国内外的有关刊物或报 告之中。然而像所有处于发展之初的学科和研究方向样，d s s 离成熟阶段 尚有很 乏| 1 勺距离，系列理论和实际问题尚待解决兽 2 1 2d s s 的发展 1 9 7 1 年s c o t tm o r t o n 在管理决策系统一书中第一次指出计算机对于 决策的支持作用，当时行为科学的研究开始成为一个很活跃的技术领域。 1 9 7 1 年到1 9 7 6 年，从事决策支持系统研究的人数逐渐增多，大部分人认为 决策支持系统就是交互式的计算机系统。与此同时，很多人都把注意力集中 到如下的技术设计上：有界推理( b o u n d e dr a t i o n a l i t y ) 、非结构任务 ( u n s t r u c t u r e dt a s k s ) 、组织的信息处理( o r g a n i z a t i o n a li n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ) 以及决策者的认知特征( c o g n i t i v ec h a r a c t e r i s t i c so fd e c i s i o nm a k e r s ) 等。1 9 7 5 年以后，决策支持系统( d s s ) 作为这一领域的专有名词逐渐被大家承认， 但人们又忽略了在d s s 中对人类思维和行为的模仿应该是研究的关键问题。 经过几年的努力和发展，d s s 研究基本走上了正轨，所开发的系统也得 到广泛的应用。p e t e rg w 、k e e n 等人编辑了一套丛书，阐述决策支持系 统的主要观点，并把到2 0 世纪7 0 年代末为止的各种实践的、理论的、行为 上的和技术上的观点综合在一起，初步构造出d s s 的基本框架。 1 9 7 8 年，d s s 的设想确实是很新颖的。经过十多年的发展，这些设想表 现了强大的生命力，其中一个最引人入胜的想法是把人的判断力和计算机的 信息处理能力结合在一起，提高决策者的效能而又不妨碍他们的主观能动 性，于是计算机终端成为决策者的有力助手。如果说1 0 年前人们还在技术 上徘徊，还在等待着开发新的硬件和软件，以便把理想变成现实，那么今天 可以说d s s 在技术上已经在向成熟的道路上迈进，技术上已不再是难点，关 6 北京交通大学硼| ：珀f 究生学位论文 键在于如何把理论技术变成现实。 近年来，专家系统的研究发展很快，它给d s s 注入了新的活力，增强了 d s s 系统的主动功能，例如知识库的组织和推理。目前，如何让机器和人一 起完成一系列信息处理活动，仍然是d s s 研究的重要目标。 在未来的年代中，d s s 除了涉及到与计算机有关的技术之外，将进一步 涉及到智能技术，例如在人机界面上的自然语言理解和处理。值得注意的是， 我们的着眼点仍然在辅助决策上，这就要求我们结合目标和背景运用智能技 术，而不是在计算机上开发智能技术。这在某种意义上也告诉我们，d s s 的 继续发展必须面向实际，更多地解决实际问题。 在科学技术迅猛发展的今天，各种新技术都可能为d s s 的发展开辟新的 天地，只要善于把这些技术同d s s 的应用、开发、使用原则结合在一起，例 如远距离通信、光存储器、应用的语言处理、数据管理软件等，从支持 个人移植到支持组织决策，从基于数据的d s s 发展到基于知识的d s s ，从 把模型视为过程到模型的生成和管理，从而向个人的计算机到远程通信网 络，都隐含着新技术向d s s 渗透的巨大潜力，而新一代d s s 也正在迅速发 展。 2 1 3d s s 的理论基础 d s s 发展到今天，需明确它的理论基础，作为开发和研究它的指南。众 所周知，d s s 的理论发展及其开发与很多学科有关，它涉及到计算机软件和 硬件、信息论、人工智能、信息经济学、管理科学、行为科学等。显然这些 学科构成了它发展的理论框架，亦称之为它的理论基础。尽管有些学科在它 产生和形成的过程中起的作用不大，但它们对d s s 未来发展将给予极为重要 的启迪。d s s 是一种开放的技术，它总是在不停地吸收其他学科的营养。一 般说来，只要能面向计算机并且给决策人员提供帮助，d s s 都可以并且可能 7 北京交通人学硕士研究生学位论文 把它转化为自己的技术。 2 2d s s 的系统构造 7 0 年代水至8 0 年代初开发的d s s 主要由五个部件组成：人机接口( 对 话系统) 、数据库、模型库、知识库和方法库。后来在这五个部件的基础上 又开发了各自的管理系统，即对话管理系统、数据库管理系统、模型库管理 系统、知识库管理系统、方法库管理系统。因此，一大批d s s 都可以认为是 这十个基本部件的不同的集成和组合。一般来说，这十个部件可以组成实现 支持任何层次和级别的d s s 系统。 从8 0 年代开始，随着计算机集成制造系统( c i m s ) 概念的提出，人们 对于d s s 结构的理解发生了一些变化。有人提出，d s s 由语言系统( l s ) 、 问题处理系统( p p s ) 和知识系统( k s ) 三部分组成。这三种系统实际上是 由上面提到的基本部件发展而来的。l s 系统实际上就是一个人机接口，不 过它是强调语言( 特别是自然语言) 在接口中的重要作用。由于突出了自然 语言的重要性，因此在d s s 中配备了相应的自然语言处理系统( 被称为 p p s ) 。根据知识工程的研究成果，数据、模型和知识( 狭义) 实际上都是广 义的知识，从发展的趋势看，很可能对它们采用统一的表达方式，因此一些 人倾向于把数据库、模型库和知识库统一为知识系统。目前，三库系统仍然 作为独立的部件在d s s 中起着重要作用。 基于以上的分析，结合目前国内外关于d s s 的开发与研究的现状，我们 认为d s s 的基本部件还是由五个部分组成的：人机接口、数据库、模型库、 知识库和方法库。 2 2 1 三角式结构 这种结构是把d s s 的三大构件组成一个三角式的网络结构，如图2 1 所 8 北京交通大学硕士研究生学位论文 示。用户通过对话管理部分以各种对话形式直接与数据管理和模型管理部分 对话、查询或操作数据库、运行模型获得结果。在查询数据库时，根据对话 管理部分送来的命令信息，山数据管理部分进行查询，然后再把结果经由对 话管理部分送回用户。在运行模型时，或者直接从外界( 用户) 获得输入参 数，或者从数据库中查出数据作为输入，模型运行后产生的结果通过对话管 理部分直接送给用户，或先放入数据库以便继续处理，或作为其他模型的输 入。所以三个管理部分都有直接联系，而且两两之间应有互相进行通信的接 口。 2 2 2 四库三功能结构 图2 1 三角式结构 四库三功能的系统结构如图2 2 所示，这个结构是一种初级的智能d s s 。 由于增加了知识库及相应的推理系统，使d s s 对于决策者的支持能力大大增 强。在某种意义上来说，该系统的推理被看成一个准专家系统。从知识的获 取、解释、表示和推理所使用的基本技术来看，它与专家系统几乎没什么区 别，其主要原因是它引入了知识库和推理机的应用。 9 北京交通大学硕士研究生学位论文 图2 2 具有四库三功能的d s s 2 3h c d s s 系统设计 经过前面的介绍与讨论，我们决定h c d s s 采用三角式结构。因为这种 结构无论从丌发还是使刚角度来看，都比其占结构要方便。 1 对话管理 h c d s s 的环境最常见、最基本的单元是人。对话管理部件体现了系统与 用户交互所必需的特殊功能。用户与系统间的对话确立了既有输出又有输入 的交互框架结构。 2 数据管理 数据管理部件保持了h c d s s 的事实基础，它反映了h c d s s 作用的基本 特点：所有决策层次都基于数据集的存取。这些数据包括h m i s 所提供的数 据和从车辆段得到的记录。我们要对这些数据进行整理加工，并建立数据库。 3 模型管理 模型管理功能需从h c d s s 执行的任务性质来得出，这些任务只是部分 可结构化的。因此，需要处理说明不断变化的模型。当前，模型管理功能的 开发情况落后于其他两个部件的开发，所以它是一个活跃的研究领域。 1 0 北京交通大学硕士研究生学位论文 3 1h m i s 概述 第三章h m i s 简介 h m i s ( 货车技术信息管理系统) 采用了目前铁道车辆检修管理中较为先 进的软件程序，集数据统计、分析、生产和安全监控于一体。以往由人工操 作的许多繁杂工作，现在只需轻点鼠标就可完成。这个系统减少了工作中的 许多环节，节约了大量时间与人力，使足不出户的办公梦想成为现实。据了 解，该系统自建成并经一段时间的运行后，各车辆段的生产效率显著提高， 同时也促进了生产质量和安全管理。 h m i s 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。 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。 3 1 1 信息应用层 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： 1 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 北京交通大学硕：l 研究生学位论文 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。 2 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。 3 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、 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。 3 1 2 信息产生层 信息产生层山段( 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 1 2 北京交通大学硕士研究生学位论文 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、段修予系统、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、厂修予系统等组成。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 2h 圳s 数据分类 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。 段修子系统：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 北京交通大学硕：i ：研究生学位论文 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 3 转向架检修数据 3 3 1 转8 a 型转向架组成 我国目前拥有各型铁路货车四十多万辆，使用的转向架型式各异，品种 繁多，一般可按以下几种方法进行分类： 1 按照转向架轮对数的不同，可分为二轴转向架、三轴及三轴以上的多 轴转向架。我国的货车大部分采用两台二轴转向架( 四轴车) ，只有少数特 种车辆采用多轴转向架( 多轴车) 。 2 按照转向架构架型式不同，可分为三大件式、构架一体式及曲梁式转 向架等几类。 3 按照转向架轴箱与侧架的联系方式不同，可分为轴箱侧架一体式、轴 箱侧架组合式及导框式转向架。 此外，按转向架的制造工艺还可分为拱板式、铸钢式及焊接式转向架； 按货车转向架所采用的轴型不同还可分为b 轴、c 轴、d 轴和e 轴转向架等。 转8 a 型转向架属三大件式转向架，是目前我国大量运用的一种主型货 车d 轴转向架。这种转向架的主要优点是：结构比较简单坚固、检修方便、 在时速为1 2 0 k m h 的速度范围内具有良好的运行品质。这种转向架由轴承、 轮对、侧架、楔块、摇枕、枕簧、制动装置、旁承及下心盘等零部件组成， 如图3 - 1 所示。 4 北京交通_ 大学硼上研究生学位论文 一 1 一轴承：2 一轮对；3 一侧架：4 一楔块：5 一摇枕； 6 一弹簧；7 一制动装置；8 一旁承；9 一下心盘 图3 1 转8 a 型转向架图 相对来说，摇枕和侧架要比其它零部件结构复杂；从检修运用情况看， 摇枕和侧架的故障种类较多、故障危害更大。只要把这两个主要部件的故障 及寿命管理做好了，转向架其它部件的问题就可以用类似方法来解决。因此， 我们选择摇枕和侧架作为本论文的主要研究对象。 3 3 2 转8 a 型转向架检修记录 转8 a 型转向架的数据主要来自于h m i s 的段修子系统和厂修落成的记 录。车统2 2 b 表是货车检修妇录单。u 求丫货年检修过程t | 的详细情况。自 候车r 期、单位、车种、车号、预检员、轴型、前次定检时间、单位，以及 1 5 北京交通人学顺i ： 0 d y r 学化沦义 车体、制动、转向架等各部件的故障及检修情况和施修方法。 其中，在转向架的记录里有下心盘裂纹磨耗部位、侧架裂纹部位、摇枕 裂纹部位、侧架立柱磨耗过限、摇枕八字面磨耗过限、承载鞍磨耗过限等。 段修落成的记录里还有具体各个摇枕和侧架的铸造代号、铸造单位、铸 造时间等内容。这为我们跟踪统计摇枕和侧架的故障出现规律提供很大帮 助。下面，举几个例子来加以说明： 表3 - 1c t 2 2 b g z ( 车统2 2 b 故障) 内容 字段内容字段内容 c h 车号r q日期 c z 车种 s x f f b m l施修方法编码1 d w d m单位代码s x f f b m 2施修方法编码2 e s l 蛆1 e故障状态s x s l l施修数量1 g z b m 故障编码 s x s l 2 施修数量2 g z b w 故障部位 t 丁r o统计日期 g z c d故障程度 x c 修程 g z s故障数x h b l新痕比例 从表3 - 1 我们可以得到的对h c d s s 有用的信息有车号、故障编码、故障 部位和统计日期等内容。其中，利用故障编码就可以得到的转8 a 型转向架 相关的故障记录。 表3 2 中所记录的车号、摇枕和侧架的铸造单位、铸造编号、铸造时间 统计日期等内容与其他表里的内容结合起来就能为h c d s s 提供数据基础。 厂修落成的记录和段修落成基本相仿，在此就不再赘述了。 在表3 3 里主要记录了检修单位及班组和检修时间的一些内容。相对来 说，这些内容对于h c d s s 数据库的建立作用并不太大。 因此，在建立h c d s s 数据库时，可以根据实际需要从众多记录中选择 那些有用信息即可。 1 6 北京交通大学硕士研究生学位论文 表3 - 2td x l z ( 段修落成) 字段内容字段内容 r q日期 ( 了1 z z d w侧架1 铸造单位 d w d m单位代码c z z b h侧架1 铸造编号 c h 车号 c j l z z 阿y侧架i 铸造年月 o c c x s j前次厂修时问c 儿c z侧架1 车种 q c c x d w前次厂修单位 c j 2 z z d w侧架2 铸造单位 0 c d x s j前次段修时间c j 2 z z b h侧架2 铸造编号 q c d x d w前次段修单位 c j 2 z z n y侧架2 铸造年月 o c f x s j前次辅修时问 c j 2 c z侧架2 车种 q c f x d w前次辅修单位c j 3 z z d w侧架3 铸造单位 y z l z z d w摇枕1 铸造单位c j 3 z z b h侧架3 铸造编号 y z l z z b h摇枕1 铸造编号c j 3 z z n y侧架3 铸造年月 y z l z z n y摇枕1 铸造年月c 了3 c z侧架3 车种 y z l c z 摇枕1 车种 c j 4 z z d w侧架4 铸造单位 y z 2 z z d w摇枕2 铸造单位( 二j 4 z z b h侧架4 铸造编号 y z 2 z z b h摇枕2 铸造编号c j 4 z z n y侧架4 铸造年月 y z 2 z z n y摇枕2 铸造年月c a 4 c z侧架4 车种 y z 2 c z摇枕2 车种t j r o统计同期 表3 - 3d x g z m x l ( 典型故障明细1 ) 字段内容字段内容 j u局别b z w i编组位数 d u a n段别 0 c c x s j前次厂修年月 d w d m所别q c c x d 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 i u y 检车员q c f x s j前次辅修月日 r q日期o c f x d w前次辅修单位 b y b 白夜班 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 ：! t e 状态 c z车种车型t 了r o统计日期 b z u 编组辆数 北京交通火学硕士研究生学位论文 第四章h c d s s 数据库的建立 4 1 数据库系统的定义及特点 数据库系统是由数据库管理系统、数据库、用户和计算机系统组成的具 有高度组织的整体。数据库是以一定的组织方式存储在一起的数据集合，它 能以最佳方式、最少数据重复为多种用户( 或应用程序) 服务，数据的存储 方式独立于使用它的应用程序：数据库管理系统是管理和维护数据库的软 件，其主要功能是维护数据库系统的正常活动，接受并回答用户提出的访问 数据库的各种应用请求，如要求从数据库中检索信息，等等。也就是说，数 据库管理系统处理用户对数据库的操作，负责数据库组织的逻辑细节和物理 细节的处理，使用户可能不受这些细节的影响，从而可以从更加拙缘的观点 看待和使用数据库。 计算机系统是指用于数据库管理的计算机硬件和基本软件。数据库需要 容量大的主存储器以存放操作系统、数据库管理系统例行程序、应用程序( 包 括用户工作区) 、数据库表、目录羽i 系统缓冲区锋。在轴助存储万而，需要 大容量的直接存取存储设备。此外，还要求有较高的通道能力。 总之，数据库系统是一个完整的可以组织和存取大量数据的计算机系统， 它应具备以下几个特点： 1 数据的独立性 指应用程序对数据库系统的非依赖性。文件系统中数据存储方式的微小 变化都要求重编应用程序，而数据库系统中，当数据存储方式和数据逻辑结 构改变时，并不需要改变用户的应用程序。 2 最小冗余度 指存储在数据库中的数据重复尽可能减少。数据的重复存储是过去传统 北京交通大学坝 ：研究生学位论文 文件系统的一大缺陷，不但占用了机器存储系统中宝贵的存储空间，浪费了 搜寻数据的时间，而且大大地增加了数据查询的困难。减少重复数据项的操 作，可以避免由冗余数据而引起的数据不一致性。 3 最大的共享性 存储在数据库中的数据应能做出多种组合，以最优的方式去适应多个用 户的需求。不同的使用者可以用不同的方式调用数据。 4 统一管理与控制 为了提高用户存储、检索、更新数据的能力，以及用户并发使用数据库 时进行并发控制，保证数据的完整性、安全性、保密性、建立数据库应提供 统一的管理软件( 即数据库管理系统) ，对数据库进行统一管理和控制。 5 适当的反应时间 主机的处理与终端机的传送等反应时问，应和使用者的需求时间适当配 合以发挥实时系统的功能。终端机上查询等待的反应时间视工作性质而定， 但一般信息获得反应的时间以不超过五秒钟为宜。 6 整体性 数据库应能充分描述数据间的内在联系。数据库中的所有予系统或各项 数据，应具有相互配合、调配、转化运用的能力，以保持数据的整体性。在 数据记录和数据结构设计时所使用的名称、位置、次序应标准化，目的是使 数据的存储、更新和修正更方便。 7 可修改性和可扩充性 整个数据库系统在结构和组织技术上应该是可修改和可扩充的。因此数 据库通常不是一次建立，而是逐步建立起来的，数据需要不断扩充，用户也 在不断地变化。 8 安全和保密性 在数据库系统中的数据必须确保安全和机密性。有时数据库中存储某一 重要信息，要给予安全保证措施，以避免硬件或软件的失常、意外的灾祸、 1 9 北京交通人学碳i ：究生学位论文 误用或破坏。 9 简明性 简明性是指设计数据库时，对整体数据的运用，以及各数据的结合关系 应该力求简单明了。用户与系统的接口要尽量简单，系统应具有很强的数据 管理能力，能满足用户易于掌握、使用方便的要求。例如，使用高级非过程 化的询问语言或简单的终端操作命令，为用户提供简单的逻辑数据结构等 等。 4 2d s s 数据库系统的特点 从某种意义上可以说，一个决策过程是由数据驱动的。在一个具体的决 策制订过程中，则更要用到大量的数据。数据库系统是d s s 的一个重要组成 部分。 如果按数据的主要用途来分类的话，在制订一个决策的全过程中，主要 用到两类数据：一类是驱动一个决策过程所用的数据；另一类是决策制订过 程中所要用到的各种数据。从数据管理的角度来看，由于前一种数据比较零 散，难以把握，数据管理的难度很大，所以一般d s s 中的数据库管理系统不 涉及这一一类数据的管理问题。d s s 中所说的数据库和数据库管理系统主要是 对后一种数据而言。 d s s 中数据的主要用途是支持决策制订过程，因此它与一般通用数据库 中的数据不同：首先，d s s 中的数据是和决策过程密切相关的，一切数据都 经过适当的加工、浓缩：其次，由于d s s 一般而向高层决策，所以除了内部 数据外，还要用到大量的外部数据。 与d s s 中数据的特点相对应的是对d s s 中数据库管理系统的特殊要求。 d s s 中的数据库管理系统除了要具备一般数槲序管i u 系统的功能外，系统设 计时要着重考虑以下几方面问题： 2 0 北京交通大学硕：l 一研究生学位论文 1 面向决策支持过程组织和管理数据 d s s 中数据库的设置必须满足各种层次、各种类型、不同决策者的决策 过程对数据的要求。d s s 中的数据库管理系统应能根据决策活动的需要，把 有关的数据面向决策过程红【织起来。因此，设计数据库系统时，系统的结构、 数据库管理系统的功能选择，等等，都必须罔绕着决策支持过程来进行。 2 面向模型生成来使用数据 d s s 的一个特点是数据与模型的有机结合，模型也是d s s 的重要组成翻； 分。在制订决策过程中，总要用到各种模型，包括定量的、定性的，等等。 模型必须和所需要的数据相匹配，才能被用于决策过程。所以，d s s 中数据 结构的选择，必须考虑到和有关模型的匹配问题，应最大地满足各种模型别 数据结构的要求。 3 数据描述方式要面向不同的决策者 d s s 的用户由各层次的决策者和参与决策制订过程的有关人员构成。由 于用户的背景不一致，使用计算机的能力往往也有很大差别，因此d s s 中数 据库的人机晃面必须设计成用户所熟悉的形式。数据描述画面应对决策者是 透明的，使用他们熟悉的语言和术语。一般d s s 中使用数据的量都比较大， 按用户习惯设计人机界面，并尽可能方便用户使用，这一点非常重要。 4 3h c d s s 数据库的建立 h c d s s 数据库主要有两部分组成。一部分是利用铁道部h m i s 系统从 各车辆段、铁路局等单位采集来的数据，这些是用o r a c l e 建立起来的系统。 另一部分就是各铁路局所统计的货车转向架的故障及检修情况，这些是用 a c c e s s 建立起来的数据库。 2 l 北京交通大学颂i ：砌f 究生学位论文 4 3 1 从h m i s 建数据库 一关于货车技术管理信息系统( h m l s ) 在已有h m i s 的硬件、网络，卜台上，完全j 以运行寿命管耻决策支持系 统，而不必自行再去重新配置机器，并日o r a c l e 数据库管理系统完个可以满 足寿命管理决策支持系统的设计编程需要，因此本系统决定也使用o r a c l e 数 据库相同语言s q l o 本系统的主要输入信息之一就是h m i s 提供的数据。 寿命管理决策支持系统所需的代码设计，在h m i s 中已经包含，如包括路局 代码、车辆段代码、货车修造厂代码、故障代码、故障处所代码等等。 因此，我们完全可以引用h m i s 的数掘文件，不需要任何数据转换软件。 所有的字段及其定义，都以h m i s 为准，以确保信