《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第四部分 装备《高速铁路动车组全生命周期数据集成管理与综合技术》

本期项目简介

完成单位: 中车青岛四方机车车辆股份有限公司

主要完成人: 梁建英、 孙华、 郝伟、 宋培元、 徐刚、 何彬、 张敏、 赵婷婷、 曹炳欣、 郭宗鹏、 李凯、 贺婷婷、 陈江华

项目简介

　　(一)项目背景

　　在国家的大力支持下,我国在线运营动车组有20余种型号,涵盖时速200~250公里、300~350公里,动车组运营里程超过世界总和的60%,取得了巨大的社会经济效益,同时也积累了海量的设计、制造和运维数据。在此背景下,由中车青岛四方机车车辆股份有限公司承担的863项目“高速铁路动车组全生命周期数据集成管理研究与综合技术冶,针对如何充分挖掘动车组产品的全生命周期数据的价值,持续提高动车组的设计能力、制造能力、服役性能保持能力和运维能力,降低动车组产品的全生命周期成本,保障高速动车组的服役安全、可靠性等,增强国内国际市场的综合竞争力等问题开展研究。

　　(二)技术概况和适用范围

　　本项目突破了多源异构数据治理和融合、跨产品生命阶段的统一数据建模和基于大数据平台的数据集成等关键技术,提出了高速铁路动车组的故障编码体系和运维构型2项标准,形成了7项发明专利等系列的自主知识产权,自主开发了“高速动车组全生命周期数据集成管理平台冶,并在中车青岛四方机车车辆股份有限公司进行了部署和示范应用,首次实现了PDM、ERP、MES、MRO、WTD等动车组设计、制造和运营维护等不同阶段、不同单位的业务应用系统主数据、多维数据集、流式大数据等的集成管理,并以CRH-380A型动车组为典型对象,对其轮对、轴承轴箱等356种3000多个零部件的全生命周期管理、超期服役预警,以及“技术改造冶闭环管理。平台的数据服务可覆盖动车组运行工况、运维、质量管理、健康状态及故障分析、可靠性和供应商协同平台等六个主要信息系统,通过大数据驱动的故障关联关系分析、零部件可靠性趋势跟踪分析等方法,使得高压供电装置、电气设备等关键部件的故障率下降85%左右,检修周期由原11天缩短至5天。

　　(三)获奖情况

　　本项目获2020年度中国交通运输协会科学技术奖一等奖和2019年度中国中车科学技术奖一等奖。

项目创新点

　　(1)将ESB与大数据技术融合,首次在国内构建了高速铁路动车组全生命周期数据集成管理平台,支撑动车组全生命周期不同业务应用需求,包括:设计优化、工艺改进和运维服务。

　　(2)首次系统地提出面向全生命周期的高速铁路动车组的故障编码体系和运维构型标准体系,为产品故障代码编制规则奠定基础,填补了行业空白。

　　(3)提出了基于动车组本体知识的多源数据融合技术,解决高速铁路列车全生命周期的各个信息管理系统数据类型、格式及产生方式不同,难以统一处理等问题,是实现动车组关键部件寿命预测、故障关联关系分析等应用的基础。

　　(4)提出了一种定量的高速列车关键部件故障在线检测与预警技术。

同类项目比较

应用案例

　　(一)受电弓ADD风管设计优化

　　运维部门反映,在一段时间内某型动车组受电弓ADD风管可靠性指标较差,故障率偏高(见图5),通过对故障分布规律分析可以发现,发生该部件故障动车组和供应商均较为普遍(占78%以上),可以确定解决该部件故障的主要方向为改进产品质量。

　　设计部门进行了设计变更,用PA替代PU风管后,故障率下降非常明显,但故障跟踪发现,经一段时间后故障率有上升势头,故障未彻底解决。再次变更设计,全部更换为TPEE风管后,故障率保持较低水平,与原PU风管相比,故障率降幅达85%。图6是受电弓ADD风管改进前后故障率的跟踪分析。

　　(二)对自动过分相装置工艺改进

　　某路局反映,其局管内的某批动车组过分项装置故障报警较多,通过对该部件故障数据分析,发生故障的动车组占故障总数的73%,故障分布较广,应属质量问题。经有关部门技术人员分析,故障原因是在运行过程中受到电磁干扰,造成严重故障报警(见图7)。后对紧固方法及故障判别条件进行了改进,经对该部件故障率跟踪分析(见图8),该故障报警明显减少。

　　(三)高级修计划优化

　　通过高级修计划预测实现计划预测准确率达90.87%,与既有方法及基于日平均里程计算方法的结果比较,准确率提升20%以上,解决了列车过维修和欠维修问题,为生产计划编制和检修备件采购提供了更加精准的指导意见。

社会效益与经济效益

　　基于大数据技术的动车组全生命周期数据集成平台持续提高动车组的设计能力、制造能力、服役性能保持能力和运维能力,降低动车组产品的全生命周期成本,保障高速动车组的服役安全、可靠性;全生命周期数据管理平台的推广应用不仅可以促进高速列车行业的健康发展,而且可以促进汽车、航空等其他行业的发展。本项目已在动车组、城轨列车等多业务领域示范应用。动车组高级修的检修周期比系统研究开始时(2015年初)缩短5%以上。项目成果已在南昌铁路局等12个铁路局展开试用,2017年,预防故障382余件,降低产品质量损失支出即降低公司成本共计512万元。2018年,预防故障420余件。自2016年12月,必换件和偶换件库存金额较实施前合计下降超过4.5亿元。