（机械电子工程专业论文）基于知识推理的动车组故障编码方法研究及系统实现.pdf

摘要 摘要 高速铁路的建设以及客运高速化不仅仅是一个国家铁路技术发展水平的重要 标志，也是当今世界铁路的共同发展趋势。针对铁路快速客运网发展规划的要求， 铁道部加快了铁路装备现代化的步伐，引进了多种进口动车组。 目前，各国对动车组零部件及故障的编码各异，并没有统一规范的标准，我 国对已有运行客车的信息编码也并没有一个统一的规范。同时，由于我国引进的 动车组来自不同的国家，这些国家的动车组在结构、材质甚至某些重要系统原理 等方面不尽相同，即使在相同的负荷率、相同的走行公里、相同的运行条件下， 不同动车组之问相同零部件的维修更换周期、故障发生率也必然会有所区别。因 此，需要建立一套统一的动车组信息编码规范，并有效地运用，以适应我国现阶 段修程修制的基本要求。 本课题在对动车组修程修制评价的各个方面进行全面分析的基础上，根据信 息编码基本理论，制定了统一的动车组零部件及故障信息的编码规范；在分析研 究动车组各种引进车型零部件及故障编码构成的基础上，建立了转换规则推理机 制，实现了不同车型原始故障编码向标准故障编码的智能批量转换。同时，本课 题根据铁路建设数字化、信息化的发展要求，设计并建立了动车组故障信息标准 化编码系统。由于该系统支持全面记录每一列动车组的每一个零件的当i j i 状态、 运行履历和维修记录，因此是动车组技术管理以及技术分析的重要基础信息资源， 为行业的动车组技术管理、技术发展分析预测提供了科学的依据。 本课题开发了动车组故障信息标准化编码原型系统。该系统利用o r a c l e 9 i 建 立数据库，以v c + + 6 o 为集成开发平台，在w i n d o w s 环境下进行开发。该系统实 现了针对多车型的故障编码查询、故障编码标准化转换，故障数据库的管理，以 及用户安全管理等功能。最后，以我国目前运行的三种型号动车组c r h l 型、 c r h 2 型，c r h 5 型的相关数据为例，验证了系统的有效性和实用性。 关键词；动车组；故障编码；编码转换；知识库；知识推理 分类号：u 2 6 6 ；u 2 6 9 1 a b s t r a c t 砷ec o n 啊b u t i o f h i 曲一s p e c dr a i l w a y 觚dp a s s e n g e r h i g t l s p e e do r i e n t a t i o ni sa m i l e s t o n ef o rr a i l w a yt e c h l o g yi no u rc o u n t 珥a l l d 缸a l s ob e c o m e st h em a i nd i r c d i o n o fr a i l w a yt e c h n o l o g yd c v e l o p m e n ta uo v e f t h ew o r l d a c c o r d i n gt ot h en e e d so f d c v e l 叩m 锄t 锄dp r o j 舯吼m i n g0 ff a i l w a yp 嬲s e n g e rl i n e ，t h er a i l w a yd c p a n m e n t s p e e d su pt h ep m c e s so fe q u i p m e n tm o d e r n j z a t i o n d u et 0t b a t ，m 知yt y p e so fm u l t i p l e u n i t sa r ei n t r o d u ：c d n o w a d a y s ，t l i ec o d i n ga r c h i t e c t u r eo ft h ep a r t s 柚dm a l f i l n c t i o no ft h em u l t i p l e u n i | si ss e l f - 9 0 v e m e di l ld i f f b r e n tc o u n t r y a n dt h e r ci sn ou n i f 0 h m lc f i t e r i o no ft h e i n f o f m a l i o d i n gs y s t e mo ft h ec a r r i a g ei no u r u 玎仃yn o w i ) i l et ot h em u l t i p l en n i t s c o m en o 】nd i f f e r c n tc o u n t r y t h es t n i c t u r e ，m a t e r i a la n dp r i n c i p l co fm a i ns y s t e mo ft h e 枷l t i p l e 岫i t sa r cd i 懒圳w h i l ei i it h es 枷ew o r k i n gc o n d j t i o n ，t l l er e p a i rc y c l e 柚d t h em a l f i l n c t i o np f o b a b i l i t yo ft h ep a n so fd i 骶r e n tm u l t i p l eu n i t sa r ed i 虢r e n t d u et o t h ep r o b l e m sa b 0 v e m e 埘o n e d ，w en e e dt oc r e a t eas e r i e so fi n f o 珊a t j o nc o d i n gc t e r i o n t oa d 印tf o rt h eb a s i cd e m a n d0 ft h er e p a i rc l a s s 鞠dr e p a i rs y s t e mo fo u rc o u n t f y b a s e do ft h cw h o l e a n a l y s i so ft h ea s p e c t so ft h ee s t i m a t ef o rt h er e p a i rc l a s sa n d f e p a i rs y s t c i n ，a n dt h eb a s i cc o d i n gt h r y ，t h i sr e s e a r c hs e tu pt h eu n i f o 瑚c o d i n g c r i t c r i o nf o rm u l t i p l eu n i t sp a r t sa i l dm a l f i l n c t i o ni n f o 衄a t i o n a i l do nt h eb a s eo ft h e r c s e a r c hi nt h ec o m p o s i n go fp a n sa n dm a l f l l n c t i o nc o d i l l 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而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 翔强 签字日期：哕年胁月7 尹日 致谢 值此论文完成之际，首先向我的导师张家栋副教授致以深深的敬意! 在本人 攻读硕士学位的两年半时间里。导师张家探副教授无论是在学业上、思想上还是 生活上都给予我谆谆教导和亲切关怀。导师渊博的知识和严谨求实的治学作风， 使本人受益匪浅，将对我今后的工作和生活产生深远的影响。 在研究生论文的研究和撰写期倒，检测与诊断实验室为我提供了良好的学习 和科研环境。感谢徐双满老师、王淑敏老师和郭玉明老师，以及其他所有无私的 为我提供过帮助和支持的老师们! 并且要特别感谢霍凯老师在专业知识和做人做 事方面给我的巨大帮助，您严谨勤勉的工作态度、正直负责的处事方式、谦虚和 蔼的作风一直在潜移默化中影响着我，再次对您给予我的悉心指导和大力帮助表 示衷心的感谢! 感谢实验室的各位同学在学习和论文的过程中提出的中肯意和研 究工作中给予的热情帮助。 由于时间仓促以及本人水平有限，本论文还存在许多疏漏和不足之处，研究 深度和广度也有所欠缺，恳请各位专家、学者、老师和同学给予批评指正，以求 在今后的工作中进一步完善和提高。 绪论 1 1 选题背景及意义 1 绪论 高速铁路已经成为一个国家铁路技术发展水平的重要标志，客运高速化是当 今世界铁路的共同发展趋势。我国铁路为实现跨越式发展，满足国民经济和社会 快速发展对交通运输同益不断增长的需求，确立了铁路快速客运网的发展规划： 在2 0 2 0 年前，构建以北京、上海、广州、武汉为中心，部分省会城市为节点，辐 射全国主要城市，逾几万公里的铁路客运专线网。届时，最高行车速度达2 0 0 k m h 及以上动车组的数量将超过千列。如此规模的高速动车组能否安全可靠、高效地 运行，是人们极为关注的重大问题之一。 动车组是完成铁路高速运输生产任务最重要的移动设备。针对铁路快速客运 网发展规划的要求，铁道部加快了铁路装备现代化的步伐，目前引进了多种动车 组。这些引进的动车组均为独立式动力分散型，实行计划定期检查、整备及状态 监控修相结合、寿命管理与单元部件专业化集中修相结合” 高速动车组的维修是高速铁路系统综合保障工程中的重要组成部分，是确保 实现动车组安全运行，高效率使用的必要保障。在检修过程中，修程修制又起着 指导性、关键性的作用。合理完善的修程修制是保证高速动车组快速、安全、舒 适、高效运行的基本前提。 所谓动车组的修程修制，主要包括检修规程、检修标准和检修细则( 工艺) 等三项基本内容。检修规程是有关检查体系，检修周期和报废年限的规定；检修 标准是各级修程下的检修范围、使用限度、标准值和调整值等的规定：检修细则 ( 工艺) 是在检修基地内的作业规定。修程是指机车车辆的修理类型、修理周期 ( 以走行公里或走行时间表示) 和具体修理内容。修制主要指机车车辆的检修制 度：计划预防修理制度和按车辆技术状态修理制度。 目前虽然铁道部已经针对即将开行的国产高速动车组拟定了修程修制方案， 但是，作为我国首次制定的方案，它基本上是国外原型动车组修程修制的简单综 合，其中没有考虑我国动车组的实际运行条件，方案中存在着诸多需要补充、改 迸和完善之处。同时由于我国高速铁路起步相对较晚，在高速动车组运用与维修 方面面临着先期经验严重匮乏的客观现实，目前制定的修程修制是否科学合理， 尚无科学系统的分析评价方法，因此，为确保动车组安全运行，高效率使用及维 修经济效益目标的实现，必需及时开展对国产高速动车组修程修制评价的研究。 对修程修制的评价研究需要大量的故障数据做支撑，而故障数据来源于不同 北京交通人学硕十论文 类型的动车组，由于目前各国对动车组零部件及故障的编码各异，没有统一规范 的标准，既使就我国目前来说，对已有运行客车的信息编码也未全部统一规范。 同时，由于我国引进的动车组种类颇多，各类型动车组在结构、材质甚至某些重 要系统原理等方面不尽相同，即使在相同的负荷率、相同走行公里、相同运行条 件下，各种动车组相同零部件的维修更换周期、故障发生率必然也会有所区别。 因此，要建立一套合理的全面的标准编码体制，用于动车组修程修制评价体 系，并且要在引进的多种动车组的原始编码与标准编码之白j 建立一定的联系，使 其通过不同的转换规则，转换成标准编码，实现其标准化，方便评价系统的调用。 同时，标准编码体制的建立和标准化编码方法的实现，使各级管理部门实现了信 息全面化，共享化和标准化，为动车组的安全运行奠定峄实的基础。 动车组故障信息标准化编码系统是在对动车组修程修制评价系统进行需求分 析的基础之上建立的，全面记录了每一列动车组的每一个零件的当前状态、运行 履历和维修记录，是动车组技术管理以及技术分析的重要基础信息资源，为行业 的动车组技术管理、技术发展分析预测提供了科学的依据。同时故障信息的标准 化可以提高动车组设计、制造、检修、运用管理的信息化程度，为进一步加强动 车组安全质量工作提供全面、准确、及时、动态的信息服务。 1 2 国内外动车组修程修制现状及比较 我国引进了数量和种类如此多的动车组，并且要保证它们在长达十几年的时 间里安全有效地运行，这对我国动车组修程修制是一个巨大的挑战。在现阶段， 对动车组修程修制的研究只能在充分借鉴国外修程修制基础上。总结拟定出适合 我国国情的修程修制。 1 2 1 国外典型动车组修程修制现状及比较 1 日本川崎e 2 一l 0 0 0 型动车组【3 】 该型动车组的检修周期分两个系列，五个等级，其中一个系列以走行公里为周 期，另一个系列以时间为周期，两个系列中以先到检修周期的优先安排检修，一 般在运行图中使用率高的按走行公里周期安排检修计划，使用效率低的按时间周 期安排检修计划。 以走行公里为周期时，每次运行结束后( 一般卜2 日) 进行一级检修，每运 行3 万公里时进行以轮对为重点的二级检修，每运行4 5 万公甩时进行以转向架为 重点的三级检修，每9 0 万公里进行一级大修，每1 8 0 万公里进行二级大修。以时 间为周期时，每4 8 小时进行一级检修，每3 0 天时进行以轮对为重点的二级检修， 2 每1 年进行以转向架为重点的三级检，每3 年进行一级大修，每6 年进行二级大 修。 2 庞巴迪公司r e g i n a 型动车组 该型动车组的检修周期分为两个部分，其中转向架及其各部件以走行公里为 周期，其它车辆设备，包括牵引系统、车钩缓冲装置、车门等以时白j 为周期。经 过综合分析调整，其检修周期大致可以分为五个等级。每1 4 月是一级维修，每 1 z 月是二级维修，每运行6 0 万公里是三级维修，每运行1 2 0 万公里是四级维修， 每2 4 0 万公里是五级维修。 3 阿尔斯通a 2 5 0 型动车组 该型动车组的检修周期以走行公里为主，以时间为辅，其检修周期分为五个 等级，日常级是每日运行结束后的例行检查，基本级是“基本性”检修，检修周 期为6 万公里，第三级是一级大型维修，检修周期是1 2 0 万公里，第四级是二级 大型维修，检修周期是2 4 0 万公里，第五级是三级大型维修，检修周期是4 8 0 万 公里。 4 德国i c e 型动车组【4 】 德国i c e 动车组维修体制实行定期检测、保养与状态修相结合，采用部件互 换修和主要部件集中修相结合的方法，可分为a 、b 、c 3 类。a 类负责动车组只常 运行检测和主要部件补充检查；b 类负责动车组低级修或小规模修，并兼作临修； c 类负责动车组高级修或大范围修理( 如车体更新、油漆、座椅更换、大事故修复 等) 。德国铁路i c e 动车组维修设施，a 类有3 处：科隆、巴塞尔、莱比锡；b 类 有4 处：汉堡( i c e l ) 、柏林( ( 汇e 2 ) 、慕尼黑( i c e 3 和i c e - - t ) 、法兰克福( i c e 3 和i c e t ) ，另有正在建设中的多特蒙德；c 类有l 处：纽伦堡。i c e 型动车组修 程如表卜1 所示。 4 四种动车组检修方案的比较 经过综合比较分析，可以初步得出三个结论。 ( 1 ) 四种动车组分别采用了不同的修程设置方案。川崎的动车组采用时间周期 和走行公里周期并行的方式；阿尔斯通的动车组采用以走行公里周期为主，时问 周期为辅的方式；庞巴迪公司的动车组采用时间周期和走行公里周期交错的方式， 德国i c e 型动车组主要采用以走行公里周期为主的方式。 ( 2 ) 选择单辆车每百万公里检修费用与制造价格的比值进行比较，国内2 5 k 型 客车是o 2 3 - o 3 0 ，引进动车组在o 0 5 左右，同口径相比大大低于国内2 5 k 客车 的检修费率。由于大范围地采用了模块化结构，采取了换件修、委外修等作业方 式，动车组检修频次虽然较高，但检修时间短，车辆周转快，可以较大幅度地提 高检修单位的生产效率。 3 北京交通人学硕+ 论文 ( 3 ) 从概念上讲，四种动车组的检修范围在对应修程下实施的主要项目相近， 在三级及以上修程时，需要解编并进行分解检修。主要区别表现在检修周期的差 异上。 表卜1i c e 型动车组修科 t 铀1 1i c em u l t i p l eu n n sr 印a i rd a 骚 类别项耳走行里程k 检修时间 a l 级检夼 2 7 0 01 5 h an 级检查 2 0 0 0 02 5 h b i s 5 1 0 级检修 6 0 0 0 09 0 h b i s 5 2 0 级检修 1 2 0 0 0 09 0 h b i s 5 3 0 级检修 2 4 0 0 0 09 o h b i s 5 4 0 级检修 4 8 0 0 0 01 1 o h c r e v 级人修 1 2 0 0 0 0 01 0 d 1 2 2 国产动车组简介及修程修制初步方案 1 目前我国引进四种国产动车组简介 c r h l ，庞巴迪一四方一鲍尔生产，原型是庞巴迪r e g i n a 。编组形式为， 2 ( 2 m + 1 t ) + ( 1 m + 1 t ) ，2 m 1 t 为一个单元，其中一个单元减少动车节， m c + t p + m + m + t + m + t p + m c 。c r h l 总功率5 3 0 0 k w ，轴功率2 6 5 k w ，共2 0 个轴，每个动 车4 个动轴【5 】。 c r h 2 ，南车四方生产，原型是r 本新干线e 2 1 0 0 0 。编组形式为，4 m 十4 t ，8 节编组，基本上是+ t + m c + t p + m + t p + m + t c 【6 】。 c r h 3 ，北车唐山机车厂生产，原型为德国i c e 3 型。编组形式为，8 m + 0 t 。轴 功率5 5 0 k w ，全车共1 6 根动轴，平均分布于8 辆车上，每车两台转向架，每台转 向架均有一根动轴。 c r h 5 ，北车长春客车厂生产，原型是阿尔斯通为芬兰国铁提供的s 孵型。编 组形式为，( 3 m + 1 t ) + ( 2 m + 2 t ) ，8 节编组，基本可以确定分两个单元， m c + m + t p 十m + t + t p + m + m c l 7 】。 2 我国国产动车组修程修制初步方案及存在问题 铁道部已经针对开行的其中三种国产高速动车组拟定了修程修制初步方案， 动车组的修程分为一级维修至五级维修共五个等级，各级修程的检修周期按下列 4 绪论 规定执行【3 】。见表卜2 。 表卜2 三种动车纽检修周期暂行规定 检修等级检修周期 k 客股份四方股份b s p 公司 一级维修例行检查每次运行 每次运行结束 l 4 月 结束或4 8 小时 二级维修一重点检查 6 万公里 3 万公里或3 0 天 l 2 月 二级维修一重点分解检修1 2 0 万公里4 5 万公里或1 年6 0 万公里 四级维修一系统分解检修 2 4 0 万公里9 0 万公里绒3 年1 2 0 万公里 五级维修一整车分解检修 4 8 0 万公里1 8 0 万公里或6 年2 4 0 万公里 各级修程下动车组的检修范围概述： ( 1 ) 一级维修一例行检查 更换、调整和补充消耗部件，检查各部分的状态和性能，特别是车下悬吊件 的安装情况。 ( 2 ) 二级维修一重点检查 按照规定要求进行动车组性能试验和安全性检测，重点检查轮对踏面和车轴。 ( 3 ) 三级维修重要部件分解检修 对转向架及其主要零部件进行分解检修。 ( 4 ) 四级维修系统全面分解检修 对各主系统进行分解检修，必要时进行车体的涂漆。 ( 5 ) 五级维修整车全面分解检修 对全车进行分解检修，较大范围地更新零部件，并进行车体的涂漆。 作为我国首次制定的修程修制方案，其中存在诸多需要补充、改进和完善之 处，因为它基本上是国外原型动车组修程修制的简单综合，其中没有考虑我国动 车组的实际运行和运用条件。例如，线路条件、气候条件、载荷条件、运用条件 等对动车组运行安全性的影响。 因而，对现行动车组的修程修制进行合理科学的分析评价已势在必行，同时 其基础工作对动车组零部件及故障的编码也迫在眉睫。 5 北京交通人学硕十论文 1 3 国内外编码研究的现状分析 1 3 1 国外编码研究现状分析陋1 1 l 许多国家针对不同的应用需要已经开发了不同的分类编码系统，目前国外采 用的常用分类编码方法有二十多种，编码的位数也不尽相同，最少的有5 位，常 用的有十几位，最多的有高达9 0 多位的。就目日口来看，当今主要的编码分类方法 有以下几种： 1 o p i t z 系统 它是前西德阿亨工业大学的o p i t z 教授在调查研究了2 6 种机械产品、4 5 0 0 0 种零件的基础上研制了o p i t z 系统，该系统是由5 位主码和4 位辅码构成，属于 以链式结构为主的混合式刚性码结构。主码中的i j 两位为树形结构，其它的为链 式结构，整个系统虽然比较简单、适用，但缺点是分类标志不全。 2 k c 分类编码系统 同本作为成组技术应用的后起之秀，吸取了各国之长，首先提出了适合中小 型企业的k c 分类编码系统，紧接着又推出了适合大中型企业使用的k k l ，k k 一2 系统，随着成组技术应用的深入，又提出了k k 一3 分类编码系统。其中k k 一3 系统 是一个多码位、多功用的通用分类编码系统，它由2 l 位码构成。其缺点是编码环 节过多。 3 m i c l a s s 系统 m i c l a s s ( m e t a li n s t i t u t ec l a s s i f i c a t i o ns y s t e m ) 是荷兰应用科学金属研 究所( t n o ) 于7 0 年代初研制的。该系统具有多种功能并附有一套计算机程序，可 以满足设计、制造及管理部门等不同单位的需要，该系统采用主辅码分段式的体 系结构。标识零件形状、尺寸、精度以及材料等这些与设计有关的永久性特征组 合在一起的码定义为主码，共有1 2 位，该码可单独使用，内容一般不变。而其它 码位则定义为辅码，可根据用户具体情况而定，位数可以达到1 8 位。由于该系统 还备的计算机码程序，所以还可以实现自动编码。这样不仅可以大大提高编码的 速度，而且还可以将编码出错率降低在5 以内，大大低于在通常情况下采用人工 编码的出错率l o 3 0 9 6 。但该系统的缺点是码位太长、比较繁琐。 4 b u o c s 系统 美国的许多高技术领域都应用了分类编码技术，如波音公司的b u 0 c s 系统， 它由5 位主码和7 位辅码构成的，主要应用于企业设计、制造和管理。 6 绪论 1 3 2 国内编码研究现状分析【协1 5 】 1 j c b m 一1 编码系统 它是我国在o p i t z 分类编码系统的基础上制定的第一个分类编码系统。该系 统仍然是由五位形状特征作为主码和四位辅码组成的。它与o p i t z 系统的主要区 别是：回转类零件减少一位( 给了非回转类) ，尺寸码增加位( 第七位) ，而把材 料和毛坯形状合并为一位，这样整个编码的长度不变仍是九位。 2 儿b m 一1 分类编码系统 它是在o p i t z 和k k 一3 ，j c b m 系统的基础上由机械工业部颁发的机械零件分类 编码系统，该系统产生的编码是由9 位主码和6 位辅码组成。该系统规定第一位 码为：o 一轮盘类、卜环套类、2 一销杆轴类、3 一齿轮类、4 一异形类、5 一专用类、6 _ 杆条类、7 一板块类、8 一座架类、9 一箱壳体类。该系统克服了o p i t z 系统分类标志 不全和i ( 1 ( 一3 系统环节过多的缺点，将o p i t z 系统的形状加工码予以扩充，把o p i t z 系统的零件类码改为零件功能名称码，把热处理标志从o p i t z 系统中的材料热处 理码中独立出来，主要尺寸码也由原来一个环节扩大为两个环节。在总体组成上 也比o p i t z 系统简单，易于使用。该系统力求能满足机械行业各种不同产品零件 的分类之用，但相当困难。故形状加工环节完全可由企业根据各自产品零件的结 构、工艺特点自行设计安排。但是该系统存在纵向分类环节数量有限，标志不全 等缺点。 3 c s 1 分类编码系统 它是台湾吴杜邦先生领导的“生产自动化研究小组”研制完成一种比较完善 的分类编码系统。该系统主要参考了西德的0 p i t z 分类编码系统和闩本的k c 一3 分 类编码系统，它同样采用由形状代码为主码和辅助代码为辅码的结构，共有二十 五位。这种码的特点是信息量大，采用以链式为主的混合式结构。虽然该码的码 位较多，但结构并不复杂。该分类编码系统比较完善，系统中有十七个码位采用 了“三要素全组合”排列方式，使代码含义明确，使用起来很方便。但缺点是码 位多，不便于手工编码，只适于使用计算机编码，降低了编码的速度和效率。 4 h f u 分类编码系统 该分类编码系统是由航空部研制出来的使用于航空附件企业的设计、生产、 制造和管理。主要由1 6 个码位构成，前七位是主码，中闻五位是辅码，最后四位 为标识码。 5 柔性编码系统 它是面向形状特征的，具有多段式、多层次和柔性化结构的零件分类系统。 该系统的一级总体信息码由通用码和专用码两部分组成。通用码吸收了传统零件 7 北京交通人学硕十论文 编码系统的特点，专用码按编码系统具体目的而设计。该系统采用多级代码，码 位排列横向、纵向全部采用丌放式柔性化结构。通用码分主码和辅助码两段，第 一段主码是由固定码组成，第二段辅助码位不固定。通过柔性码可以实现c d 与 c a p p ，p d m 的集成。 从国内外分类编码系统的发展历史可以看出，现代分类编码系统发展的特点 主要表现在以下几个方面： a ) 将零件分类编码系统作为整个企业信息编码系统的一部分，从企业信息编 码系统的设计出发考虑零件分类编码系统的结构和设计，从而保证两者的一致性 和通用性 b ) 编码系统由刚性结构逐渐向柔性结构转换。 c ) 采用事物特性表作为二级码，对零件特性作详细描述。 d ) 将标识码和类别码合而为一。标识码是一物一码，具有唯一性；而类别码 描述了一类事物整体的特性，同一类事物只有一个码来描述。 无论是国内的还是国外的编码系统虽然都有各自的优越性，但从信息集成的 角度来讲，还存在以下几个方面的不足： a ) 由于分类的基础具有相似性，所得到的代码仅能用于标识和分类，不具有 详细描述零件的信息的能力。 b ) 由于受信息容量的限制，以及系统定义不严谨，产生了“高项掩盖低项” 的现象，导致语义多义性，特征项不唯一，而且译码困难。 c ) 系统特征项固定，结构呆板，代码冗余量大。 1 4 课题来源 本课题为北京交通大学基金资助项目“国产动车组修程修制评价系统” 的子课题，项目编号为：2 0 0 5 k z 0 0 5 。 1 5 论文主要工作 ( 1 ) 对动车组修程修制评价系统进行全面分析，根据各个评价内容所需信息， 分析得出动车组标准编码的组成，使构建的标准编码具有时效性。 ( 2 ) 在充分研究动车组零部件特点和以上对各评价内容进行分析的基础上，制 定统一的动车组零部件及故障信息的编码规则方案。 ( 3 ) 在分析研究国产动车组各种车型零部件及故障编码的构成的基础上，运用 知识库理论，构建动车组零部件及故障编码基础库和转换规则库，按照一定的推 理机制，实现不同种类原始编码向标准编码的转换，完成编码的标准化。 8 绪论 ( 4 ) 根据知识库理论，完成数据库模型的选型和设计，构建动车组基础信息数 据表和规则转换对照表。 ( 5 ) 依据详细的数据库信息资源，在对动车组故障信息标准化编码系统的功能 进行需求分析的基础上，完成各模块的设计和实现，实现系统的智能化。 9 动车纽故障信息标准化系统信息需求分析 2 动车组故障信息标准化编码系统信息需求分析 2 1 系统功能需求分析 动车组故障信息标准化编码系统的主要功能是为动车组修程修制的评价以及 其他相关研究做数据支撑平台。因此，动车组故障信息标准化编码系统中存储、 管理的故障数据的内容主要是由对动车组修程修制的评价所需的数据支持来决定 的。因而我们要在对动车组修程修制评价研究的基础之上，来做本系统的信息需 求分析。 2 1 1 修程修制评价研究内容 动车组修程修制评价系统总体框架如图2 1 所示。此方案主要包括以下几方 面内容。 圈2 一l 动车组修程修制评价系统框架图 f 培2 1m l i l t i p l eu n sr e p a i fd 掰d 唧a i fc 、，a l n a n s y s 咖s t n l c i u 坤d i a 鲫m 1 零部件或者设备( 系统) 可靠性模型的建立 对动车组运营过程中的检修和故障数据进行分类筛选，对有用数据进行整理 1 l 北京交通人学硕十论文 分析，得出各零部件或设备的经验分布函数，利用各设备故障机理以及不同故障 组合对寿命的影响来确定设备及各零部件的寿命分布模型。 根据不同动车组运营路线的不同分别建立零部件和系统可靠性模型，这主要 是考虑到我国地域面积广阔，地理环境和气候环境复杂多样，恶劣的外部环境也 会对动车组的安全运行造成影响。 2 根据设备重要度和技术水平确定维修方式 在运用过程中，我们希望设备不发生故障或者能够快速检测到故障并在最短 时间内将其修复。然而动车组设备高度复杂，关联性强，受资源限制，不可能对 每一设备都进行状态检测并及时修复，只能根据设备重要度的不同分别采取不同 的故障检测手段并确定相应的维修方式。 针对铁道部动车组机车车辆设备高度复杂性和关联性强的特点，用传统方法 难以进行重要度分析的问题，在确定其重要度主要影响因素的基础上，建立了机 车车辆设备重要度评价指数。提出了一种基于三角模糊数加权对数最小二乘法和 层次分析法相结合的模型，应用此模型对重要度主要影响因素进行权重分配，该 模型不但能有效综合群组评价意见，而且可以将定性分析和定量分析有效结合。 应用以上方法对动车组设备进行重要度分析，并开发通用的计算程序，最后根据 设备重要度确定设备具体维修方式的建议方法。 对于关键设备在技术条件允许的情况下就要采用状态维修，如果设备的状态 检测技术确实达不到要求也要对其进行定期预防性维修；对于主要设备采取定期 预防性维修；对于次要的设备就可以采用事后维修。 3 以可靠性为中心确定维修闯隔期( 预防维修中定期维修的改进) 以可靠性为中心的维修计划的制定，随着设备运行时问及维修次数的增加， 设备的整体性能肯定越来越差，为了保证动车组安全运行，维修周期应该随设备 役龄的增加越来越短，也就是每次维修后设备的可靠性降低到最低限度就要对其 进行维修。 传统的维修往往采用周期性检修的方法，其维护周期t 自始至终是相等的， 但在实际操作中，由于预防性维护并不能使设备修复如新，随着维护次数以及设 备役龄的增加，周期性维护策略不可避免地会使设备的可靠性逐步降低，从而使 维护周期中出现的故障次数逐步增加。 因此更符合实际情况的应该是随着役龄的增加，设备需要更频繁的预防性维 护。我们通过整合役龄递减因子和故障率递增因子的优点，建立了一种基于设备 可靠性的预防性维护修复非新模型，通过此模型柬确定维修间隔期。这种以可靠 性为中心的非周期维修方式不仅可以保证动车组安全可靠运行而且可以使得动车 组设备得到最大限度的利用，减少了运营维修费用。 1 2 动车组故障信息标准化系统信息需求分析 对于辅助性设备，多数不会直接危及运行安全，当作预防性维修费用损失小 于故障维修费用时，可按最小费用损失或最大可用度的要求来确定维修间隔期。 即按经济性要求确定维修自j 隔期( 包括按年龄更换策略确定间隔期、按成批更换 策略确定间隔期、按最大可用度确定阳隔期) 。 对于重要设备，无论是对其进行状态维修还是定期维修，都要按照安全性要 求确定维修间隔期，( 包括以给定故障发生概率确定由j 隔期，以给定的可靠度确定 问隔期) 。我们主要考虑了以实际应用确定零部件或者设备的最低允许可靠度，每 当零部件或设备的可靠度降低到此值就要对其进行维修。 4 状态( 视情) 维修( 预防维修中的视情维修) 充分利用设备在线监测数据、离线监测数据、运行实时数据、可靠性数据和 历史数据等信息建立多特征参数动车组设备状念综合评价模型和状态综合预测模 型，并力求以实际的设备加以验证。以可靠性为中心的状态维修是根据潜在故障 发展为功能故障的问隔期来确定状态检测间隔期的，而且要求状态检测f h j 隔期小 于潜在故障发展为功能故障的间隔期，以确保潜在故障能够检测出来，从而防止 功能故障的出现。 对于状态维修的零部件，如果检测是在线连续检测，则可以通过设备状态评 估与预测模型来确定设各的最佳维修时间；如果是问断性检测，对于零部件故障 危机系统本身安全的情况，则可根据给定的安全性要求确定检测间隔期；对于不 危及系统安全的情况，可根据经济性要求确定视情维修周期。 5 维修经济性评价 动车组维护费用主要包括维修费用( 恢复性维修费用、预防性维修费用、状 态预防维修费用) 、待工费用( 短期待工费用和长期待工费用) 和风险费用( 人员 风险费用、环境风险费用和可能发生的维修重造费用) 。 对零部件、子系统和整个系统的维护费用进行分别统计，分析各种费用占总 维护费用的比例，并分析造成各种费用的原因，计算不同车型不同运营路线单位 时间或单位运行里程的维护费用。 同时根据应用改进的维修策略，并根据现场记录的单位维修费用，估算四种 维护费用和单位时间维护费用，并与现行修程修制比较分析。需要收集的数据包 括总运行时间( 里程) ，总维修次数，各维修级别的维修次数，平均故障间隔时间 ( 里程) ，非计划维修工时，每次维修工时、各级维修的工时价格，各级维修费用， 总维修费用，各种器具和材料费用等。 6 可靠性评价 根据来自现场的故障记录数据计算零部件及子系统的可靠性指标值；故障率， 可靠度，无故障运行时间等。然后根据设备的故障数分析，自故障树底层逐级向 北京交通人学颐十论文 上分析子系统乃至系统的可靠性，对于某个子系统，可以通过对其各组成部件的 分析，确定各部件故障对子系统的影响程度( 确定权重) 。也可以对不同车型不同 运营环境下动车组零部件及系统的可靠性进行评价。 7 维修i 日j 隔期的分析比较 通过建立的失效模型，应用维修i b j 隔期确定方法得出的维修问隔期与现有修 程修制的维修间隔期进行比较，评价现有修程修制特征参数维修间隔期的合理性， 判断现有修程修制是否存在维修过剩或维修不足的情况，并给出改进建议。 8 维修方式的评价 通过根据设备重要度分析得出的维修方式与现有修程修制各零部件及子系统 的维修方式进行分析比较，评价现有修程修制中维修方式的合理性。 9 横向评价 ( 1 ) 首先从配车段方面来看，通过计算动车组的可用度，所有动车组单位运行 里程的维修费用，平均无故障运行时l 日j ，各级维修情况下的故障率、维修费用等。 ( 2 ) 不同车型之间的比较评价 评价指标包括：动车组的可用度，单位运行罩程的维修费用，平均无故障运 行对间，各级维修情况下的故障率、维修费用等。不同车型的重要零部件的故障 率，单位运行里程的维修费用，可靠度等。 ( 3 ) 不同运行环境下的比较( 按使用条件对记录数据进行分类) 同一车型的不同车辆可能由于运行环境的不同其可靠性、运营维修费用可能 存在较大差异，通过对不同运行环境下车辆可靠性、维修经济性的评估可以得到 不同运营环境对动车组造成的影响。 ( 4 ) 不同时闻段动车组运行维修情况的比较评价 对于横向评价，运行维修数据的分析就应该应用分类法，根据不同的目的把 性质相同，在相同使用或维修条件下的数据归纳在一起，使数据反映的事实更明 显、更突出，便于找出问题，查明原因。 l o 综合评价 通过以上对动车组运营维修中的可靠性、经济性、可用性以及修程修制参数 ( 如维修周期，维修方式) 的评价，最终得到对现有修程修制的综合评价。 2 1 2 系统总体设计原则 动车组故障信息标准化系统的总体设计原则： 1 标准编码中应包括动车组零部件基础信息、相关故障信息及维修履历。 2 。原始编码向标准编码的转换过程以标准编码为准，冗余信息不转换，缺失 1 4 动车组故障信息标准化系统信息需求分析 信息以“o ”补位或由技术人员补充填写。 3 系统必须具有良好的扩展性。系统获得的基础信息不可能是一成不变的， 它会随着动车组的发展需要而不断扩充，并且此系统要为其他系统提供数据支持， 因此必须具有良好的扩展接口。 系统的扩展性可以通过以下方式来实现： 1 在数据库的设计上，对于系统涉及的每个对象，如用户、零部件基本信息、 故障信息、新旧对照表、转换规则表，都建立唯一的基本表，其余如数据管理， 编码转换都建构在动态生成的视图上，因而自动随基本表的变动而重新生成。通 过建立视图，动念从基本表中读取数据来实现。以后要扩充或升级系统只需改动 基本表中的内容即可。 2 在系统的界面设计上，对于与基本表有关的数据并不做成固定的界面，而 都通过下拉列表来读取，这样就保证了前台应用程序与后台数据库具体内容的无 关性。 2 2 系统故障信息采集 2 2 1 故障信息的特征【1 6 1 动车组故障信息的特征如下： ( 1 ) 分散性与相关性 故障信息存在于零部件寿命周期的各个阶段，并产生于各有关部门和人员的 实践之中，体现了它的分散性。但各种信息之间又相互联系、相互影响，从而又 具有相关性。这一特点决定了采集故障信息是一项多层次、多环节且相互关联的 工作。 ( 2 ) 发生的随机性和度量上的时间性 在动车组的运行过程中，随时都可能产生故障信息，但何时会发生这种信息 却是随机的。零部件的故障与其工作时同有关，这就决定了故