張 偉

（中國鐵路烏魯木齊局集團有限公司，新疆 烏魯木齊 830023）

1 序言

隨著我國交通運輸事業(yè)的飛速發(fā)展，軌道交通車輛已涵蓋普速鐵路客車、高鐵、城市軌道交通車輛、城際列車等［1］，作為軌道交通車輛環(huán)境控制設備的單元式空調(diào)機組，已成為車輛標配裝備之一。車頂單元式空調(diào)機組內(nèi)含制冷系統(tǒng)、電輔熱、多個通風機、風閥、過濾網(wǎng)、溫度傳感器等［2］，由制冷系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)組成［3］，其工作原理如圖1。

圖1 單元式空調(diào)機組的工作原理

軌道交通車輛單元式空調(diào)機組隨列車運行一段時間、一定里程后，需進行檢修?？照{(diào)機組的各個修程中，涉及復雜檢修技術和工藝問題，包括空調(diào)機組的清洗技術和工藝、壓縮機的性能測試和檢修、通風機的測試和檢修、溫度控制器及溫度傳感器檢修、空調(diào)機組整體烘干技術及工藝、空調(diào)機組整體性能測試技術及裝備、制冷系統(tǒng)的檢修、檢修過程中部件的管理及過程管理等。

2 列車空調(diào)機組檢修技術研究現(xiàn)狀

空調(diào)機組的檢修模式、工藝、技術水平、設備水平經(jīng)歷了二十余年的探索和發(fā)展。1990年國內(nèi)鐵路空調(diào)客車開始進入A2、A3修程，1995年研發(fā)第一代單元式空調(diào)機組性能試驗臺［4］，1998年開發(fā)出通風機性能試驗臺［5］，2001年開始對通風機和溫控器進行分解檢修和性能檢測，2005年我國鐵路客車開始實行按運行里程的維修制度。2006年開始，我國鐵路客車檢修迎來跨越式發(fā)展，當時的鐵道部要求各車輛段按檢修線的形式完善十大重點檢修單元的檢修工藝與裝備，實現(xiàn)檢修機械化、自動化、集成化、工序化、高效化，至2016年左右，檢修裝備技術得以成熟。從2018年開始，客車空調(diào)機組檢修信息網(wǎng)絡化管理引起關注，融入鐵路車輛運用企業(yè)“5T系統(tǒng)”、“KMIS系統(tǒng)”、信息共享方面提出了新的要求［6］。

3 列車空調(diào)機組檢修流程

列車空調(diào)機組檢修包含諸多工藝過程，如分解、清洗、風機檢修、電氣元件檢修、烘干、組裝、運行測試、綜合測試等［7］?？照{(diào)機組及其部件的檢修流向如圖2。

圖2 空調(diào)機組及其部件檢修流向圖

4 列車空調(diào)機組檢修信息管理系統(tǒng)設計

空調(diào)機組檢修信息管理系統(tǒng)采用三層架構，分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)層、應用層，如圖3所示。該架構以數(shù)據(jù)為中心，按數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、存儲、應用來進行分層。

圖3 空調(diào)機組檢修信息管理系統(tǒng)構架

相應的網(wǎng)絡結構也分成三層，即數(shù)據(jù)采集層中的智能終端、數(shù)據(jù)層中的服務器、應用層中的智能終端，如圖4所示。

圖4 空調(diào)機組檢修信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

4.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層主要是提供數(shù)據(jù)來源，各檢修設備、信息錄入終端采集或錄入數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)站點做處理，再由數(shù)據(jù)站點將數(shù)據(jù)匯總至數(shù)據(jù)服務器。數(shù)據(jù)站點是數(shù)據(jù)中轉站，檢修設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)站點，再由數(shù)據(jù)站點將數(shù)據(jù)轉給數(shù)據(jù)服務器，主要解決由于檢修設備通訊方式多種多樣導致的接入信息管理系統(tǒng)困難的問題。

數(shù)據(jù)站點支持豐富的通訊方式來與檢修設備連接，并通過無線網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)服務器連接，從而實現(xiàn)一種設備對象適配器的功能，如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)站點結構

空調(diào)機組包含多種類型的部件，不同的部件對應了不同的檢修設備。檢修設備上運行檢修軟件用于控制檢修設備、采集數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)采集來源主要有操作員錄入的作業(yè)人員信息、操作員錄入的部件信息、檢修過程中設備自動采集的檢修數(shù)據(jù)、檢修設備狀態(tài)信息數(shù)據(jù)等。

檢修設備采集的數(shù)據(jù)以特定的格式傳送給數(shù)據(jù)站點。部分重要檢修設備需要定期上傳設備狀態(tài)信息。

數(shù)據(jù)站點自帶通用的信息錄入終端，可以錄入信息系統(tǒng)通用的信息，如人員、部件、檢修設備的相關信息。信息錄入終端支持多種錄入方式，包括通過讀卡器獲取作業(yè)人員的員工卡錄入信息、掃描空調(diào)機組二維碼錄入信息、掃描部件條碼錄入信息、通過RFID讀取部件信息等等。數(shù)據(jù)站點支持多種數(shù)據(jù)采集協(xié)議，通過OPC、Modbus等協(xié)議從檢修設備獲取數(shù)據(jù)。

4.2 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層負責收集、存儲、提供數(shù)據(jù)服務，包括數(shù)據(jù)采集服務端、信息系統(tǒng)服務端、數(shù)據(jù)庫三部分。

數(shù)據(jù)采集服務端將數(shù)據(jù)采集層傳送上來的數(shù)據(jù)收集存儲；信息系統(tǒng)服務端提供數(shù)據(jù)瀏覽、管理、統(tǒng)計分析等；數(shù)據(jù)庫則用于存儲數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)來源于數(shù)據(jù)站點轉發(fā)的檢修設備的過程參數(shù)和檢修結果，并非全天候?qū)崟r采集，一般只有在檢修時才產(chǎn)生數(shù)據(jù)。預估1個檢修設備1天檢修30個對象，1個檢修過程數(shù)據(jù)傳輸率不超過0.5 kb／s，1次檢修時間平均約為30 min。預計1個檢修設備1天約產(chǎn)生數(shù)據(jù)量為26.4 Mb，1年1臺檢修設備產(chǎn)生數(shù)據(jù)量為6.4 G。

考慮到本信息管理系統(tǒng)將會接入大量的檢修設備，所以將根據(jù)不同的檢修設備來建數(shù)據(jù)庫，即每個檢修設備單獨建1個數(shù)據(jù)庫?？紤]到1臺檢修設備1年產(chǎn)生6.4 G數(shù)據(jù)，不能簡單地以1個數(shù)據(jù)表來存放檢修數(shù)據(jù)，避免造成數(shù)據(jù)庫表過大，影響應用層查詢效率。所以將采用按照年份來進行分表的設計，即不同年份新建不同的數(shù)據(jù)庫表。

考慮生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全問題，需對數(shù)據(jù)庫進行冗余備份，采用mysql的主從數(shù)據(jù)庫同步方案來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的多機冗余，主數(shù)據(jù)庫只要發(fā)生數(shù)據(jù)變化，從數(shù)據(jù)庫自動同步通過該變化。在這種備份機制下，主數(shù)據(jù)庫因為一些原因造成損壞，從數(shù)據(jù)庫依然保留所有數(shù)據(jù)，可以快速地恢復系統(tǒng)使用。

信息管理系統(tǒng)設計需考慮的一個重要指標是并發(fā)用戶數(shù)。由于本系統(tǒng)用于企業(yè)內(nèi)部作業(yè)檢修信息管理，并發(fā)數(shù)要求不高，根據(jù)經(jīng)驗，設置100個并發(fā)用戶數(shù)可以滿足業(yè)務需求。

4.3 應用層

應用層即檢修管理信息系統(tǒng)客戶端網(wǎng)頁部分，面向用戶，提供空調(diào)機組檢修的所有數(shù)據(jù)進行管理、分析、統(tǒng)計等。

檢修管理信息系統(tǒng)采用B／S架構，方便用戶在PC端、手機端得到同樣的訪問體驗。

應用層按功能可以劃分：部件管理、標準管理、人員管理、檢修記錄、檢修設備管理。

部件管理是檢修管理信息系統(tǒng)的核心，其他功能模塊都圍繞部件管理來進行，他們之間是有機關聯(lián)的。如部件的檢修記錄，直接點擊部件的“檢修記錄”屬性，則可以顯示相應的檢修記錄表，該表包括檢修過程參數(shù)、檢修報告等。部件管理將部件信息的錄入、出庫、上車、下車、檢修、驗收、入庫等環(huán)節(jié)形成一個閉環(huán)，確保部件可追蹤性。

標準管理包括測試部件的參數(shù)標準、測試結果的檢驗標準等。參數(shù)標準，比如空調(diào)機組整體性能測試的進風干球溫度、進風濕球溫度、進風濕度等檢修標準值，還有壓縮機三相電流不平衡、風機電流三相不平衡等結果判定標準值等。

檢修管理信息系統(tǒng)的人員管理，可以新增、刪除、修改、查詢用戶信息。不同的用戶，可分配不同的職務、管理權限等。人員信息是與各個功能模塊關聯(lián)的，如部件的檢修人、設備的維護人等。

檢修記錄記錄每一個部件的檢修信息。包括檢修部件（直接與部件管理中的部件關聯(lián)）、檢修人、檢修數(shù)據(jù)、檢修報告。對一個部件進行檢修時，檢修設備會記錄過程數(shù)據(jù)，如檢修一個空氣開關，需要記錄通過的電流大小、電流作用時長、空氣開關是否動作等。與前述的“標準”配合，即可形成一份檢修報告。

檢修管理信息系統(tǒng)接入多種類型的檢修設備，需要對這些檢修設備的狀態(tài)進行管理，確保重要設備隨時處于良好的工作狀態(tài)。檢修設備需要通過NTP網(wǎng)絡對時的方式與服務器進行對時，以確保所有檢修設備的時間同步。

4.4 數(shù)據(jù)接口

數(shù)據(jù)接口主要是數(shù)據(jù)采集層錄入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)層的接口?？紤]到空調(diào)機組部件的檢修設備很多，可能是由不同廠家研發(fā)，所以需要制定一套統(tǒng)一且規(guī)范的接口協(xié)議，滿足各種設備的數(shù)據(jù)接入。

本系統(tǒng)采用REST設計風格的http協(xié)議，通過JSON標準格式來進行封裝傳輸。個別圖片或報表文件等二進制文件通過ftp的方式發(fā)送給指定的目錄。文件名等信息通過上述webapi＋JSON的方式推送給檢修管理信息系統(tǒng)。

5 小結

本文對鐵路客車空調(diào)機組的檢修現(xiàn)狀及其發(fā)展過程進行了綜合分析研究，結合工程應用實踐，基于空調(diào)機組檢修流水線技術的應用，研究設計了一套空調(diào)機組檢修信息管理系統(tǒng)，采用“站點＋網(wǎng)絡”模式和“數(shù)據(jù)采集層”、“數(shù)據(jù)層”、“應用層”三層結構。數(shù)據(jù)采集層通過掃描、人工及設備上傳、軟件自動等方式完成基礎數(shù)據(jù)信息的采集，數(shù)據(jù)層完成站點內(nèi)數(shù)據(jù)整理、處理和查詢等，應用層完成數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸、綜合管理及統(tǒng)計分析等。通過空調(diào)機組檢修信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)檢修過程中人員、物件的相關信息、檢修流動物流信息等的綜合管理，提供一種適用的系統(tǒng)模式，將推進空調(diào)機組檢修技術水平和信息化管理水平的提升。