CN106383509B - 一种大功率机车故障预警分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种大功率机车故障预警分析方法，在大功率机车车载微机控制系统上设置供外部转储的USB接口，转储的文件包括机车事件记录文件和机车诊断记录文件采用十六进制字节码和ZIP格式压缩包进行转储到地面检测仪中，并由检测仪被解析后存储至关系型数据库中，形成面向数据库的诊断记录数据；再由机车预警分析系统根据所确定的原则进行分析处理。本发明通过地面数据分析系统，将车载数据文件进行解析并保存至数据库，实现了机车数据的持久化存储。地面数据分析系统按照故障代码与故障等级对应关系对机车故障进行等级划分，并根据不同故障等级进行不同的检修处理，实现检修指导作用。
Description
技术领域
本发明涉及到一种铁路机车运行的预警分析的方法，具体涉及大功率机车车载故障数据的分析和机车预警的方法；主要用于大功率机车的故障分析预警。属机车监控技术领域。
背景技术
目前，国内现有的大功率机车都具有车载微机控制系统。车载微机控制系统对机车运用过程的事件和发生的故障进行了详细记录，特别是在故障发生时机车各传感器的详细参数信息都完整了记录下来。但是，这些信息的记录主要用于机车发生故障以后的分析，而且数据转储需要分析人员上车通过U盘进行转储，转储后将数据文件从U盘拷贝至电脑，一方面，转储后数据文件分析采用原厂提供的软件，这种现象导致了数据转储的工作量大，转储效率低；另一方面，转储后的数据独立于各个转储文件，无法进行连续分析和趋势判断，同时，转储文件中各等级故障信息较多，无法快速找出危害性高的关键故障。
如何提供一种事前分析的方法，设置合理的预警规则，利用数据挖掘和数据分析的算法，通过事前防范和预警来有效降低机车故障发生，对于铁路部门有重要的帮助。。
通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：
1、专利号为CN201510016840.1，名称为“用于大功率机车车载数据转储分析的方法及系统装置”的发明专利，该专利公开了一种大功率机车车载数据转储分析方法及系统装置，通过一个数据收集软件模块收集大功率机车的运行监控系统、制动系统、车载微机控制系统、6A系统的车载数据，并将各系统的数据保存在数据转储装置的内置数据库中，再通过一个数据文件上传模块将收集的车载数据通过有线或无线网络方式上传至数据文件接收模块，再由数据文件解析模块、数据预处理模块、故障诊断模块对数据文件接收模块所接收的数据进行分析处理，实现机车车载数据的转储分析。
2、专利号为CN201310327941.1，名称为“一种机车运行数据无线自动转储的系统”的发明专利，该专利公开了一种机车运行数据无线自动转储系统，所述系统包括：车载单元、通信单元、地面单元以及机车监控设备，其中，所述车载单元通过通信单元与地面单元无线连接，所述车载单元与机车监控设备连接。通过采用本实用新型的机车运行数据无线自动转储系统，能够将机车运行数据自动传输到地面上的存储设备上，从而降低了获取机车监控设备上的机车运行数据的人力和物力成本，并且操作更简便。
3、专利号为CN200920352007.4， 名称为“一种机车运行数据无线自动转储的系统”的实用新型专利，该专利公开了一种机车运行数据无线自动转储系统，所述系统包括：车载单元、通信单元、地面单元以及机车监控设备，其中，所述车载单元通过通信单元与地面单元无线连接，所述车载单元与机车监控设备连接。所述车载单元包括微处理器、无线通信模块和用户识别卡，所述微处理器与所述无线通信模块连接，所述无线通信模块与所述用户识别卡连接；所述微处理器用于控制所述车载单元的无线通信模块通过所述通信单元与地面单元无线连接；所述用户识别卡为所述无线通信模块提供运营商的相关信息。
所以上述这些专利虽然都涉及到机车运行数据的转储，并提出了一些具体的数据转储方法，但是都没有提出如何利用转储的数据进行故障分析的方法及装置，而现有的机车运行数据进行故障分析的方法及装置都仍是采用地面的计算机进行分析，且分析采用的都是原厂提供的软件，这种现象导致了数据转储的工作量大，转储效率低；另一方面，转储后的数据独立于各个转储文件，无法进行连续分析和趋势判断，同时，转储文件中各等级故障信息较多，无法快速找出危害性高的关键故障，所以仍有待进一步加以改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有大功率机车在故障分析方面缺乏预警分析所存在的问题，提出一种大功率机车故障预警分析方法，该种大功率机车故障预警分析方法能根据机车的转储信息，提前预报机车故障的类别及程度，这样可以提前预判大功率机车运行是否存在故障隐患、何种故障隐患，也可以做到更进一步的系统寿命分析。
为了达到这一目的，本发明提供了一种大功率机车故障预警分析方法，在大功率机车车载微机控制系统上设置供外部转储的USB接口，转储的文件包括机车事件记录文件和机车诊断记录文件采用十六进制字节码和ZIP格式压缩包进行转储到地面检测仪中，并由检测仪被解析后存储至关系型数据库Oracle中，形成面向数据库的诊断记录数据；再由机车预警分析系统根据下面原则进行分析处理：
1）确定机车诊断记录文件内容包括机车故障发生时的故障信息以及机车故障发生时机车各传感器的环境参数信息；
2）通过程序将每天入库的所有机车的诊断记录数据中各环境参数信息按照不同的参数进行数据平均，得到每一天各环境参数的平均值；
3）根据每天各环境参数的平均值汇总最近连续30天内每天各环境参数的平均值，得到代表一个时间趋势的各环境参数值并存储至数据库中；
4）根据机车的环境参数建立规则，各规则都有一个浮动阈值范围，并且各规则都可以设置为启用或者停用；
5）进行机车预警：所述机车预警的方法是，在机车入库转储并解析诊断信息中的环境参数后，根据每个环境参数的编号匹配预警规则，确认此预警规则是否启用；如果启用后，那么读取此规则的阈值范围，同时将解析得到的环境参数值与数据库中存储的近30天环境参数均值进行对比分析，判断是否超出阈值范围，如果超出范围，那么就对此环境参数值进行预警。
进一步地，所述的预警按照下述算法进行：
算法：SD1TPx = Sum(T1D1Px,TnD1Px)
定义：P表示环境参数，用P1......Pn表示所有的环境参数；
T表示机车，T1......Tn表示所有的机车；
D表示日期，一天的时间是D1,30天的时间是D30；
TN表示机车的总数；
TD1Px表示某一台机车某一天的某一个环境参数值；
设定SD1TPx表示所有机车某一天时间内某一环境参数值的汇总
则：
ADTPx = SDTPx / TN （2）
式中：ADTPx表示所有机车一天时间内某一环境参数值的平均；
TN表示表示机车的总数；
则
AMTPx = Avg(AD1TPx,AD30TPx) （3）
式中：AMTPx表示所有机车连续30天某一环境参数值的平均；
根据环境参数值的平均值与每个环境参数的编号匹配预警规则进行比对，确认此预警规则是否启用；如果启用后，那么读取此规则的阈值范围，同时将解析得到的环境参数值与数据库中存储的近30天环境参数均值进行对比，判断是否超出阈值范围，如果超出范围，那么就对此环境参数值进行预警。
进一步地，所述的转储到地面检测仪中是通过内置WiFi模块，且具备USB通讯接口的转储器利用无线WiFi进行转储到地面数据分析储存系统中；数据存储至数据库，并可定期自动备份。
进一步地，所述的转储到地面检测仪中是采用单片机技术集成USB通讯、Wifi通讯等功能的车载转储器，实现机车车载数据文件的读取及车载数据文件发送至地面数据分析系统；采用基于TCP/IP通讯协议的Socket方式实现车载转储器与地面分析系统之间的数据通讯协议。
进一步地，所述的转储采用无线网络方式覆盖整备场，用于车载转储器与地面分析系统之间的数据传输。
进一步地，所述的在机车入库转储并解析诊断信息采用面向对象技术与设计模式，完成车载数据文件解析。
进一步地，所述的将解析得到的环境参数值与数据库中存储的近30天环境参数均值进行对比分析采用J2EE平台，完成地面数据分析系统，实现车载数据的查询、统计分析、趋势判断、质量报告；采用数据建模、数据挖掘、数据分析工具，利用机器学习方法，实现车载数据的分析；并按照机车号、日期、故障代码等条件，对机车车载数据的查询与统计分析，查询和统计分析时需要不受数据文件限制，即可查询统计多个数据文件中数据的同时保证查询统计的效率，在数据库中按照故障代码危害性分成等级，根据季节、故障特点，可提高、降低故障代码危害性分成等级，分别进行不同级别的信息处理流程，进行趟趟检索。
进一步地，所述的数据利用网络功能对数据进行共享，可实现对一台机车同类故障一个时间段的发生频率的检索、多台机车同类故障发生件数、某台机车特定故障跟踪的检索。
本发明的优点在于：
本发明无线转储，并通过地面数据分析系统，将车载数据文件进行解析并保存至数据库，实现了机车数据的持久化存储。地面数据分析系统按照故障代码与故障等级对应关系对机车故障进行等级划分，并根据不同故障等级进行不同的检修处理，实现检修指导作用。地面数据分析系统将机车历史故障数据进行综合运用，找出规律，实现机车质量的趋势分析。
附图说明
图1是本发明系统软件控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。
实施例一
通过附图1可以看出，本发明涉及一种大功率机车故障预警分析方法，在大功率机车车载微机控制系统上设置供外部转储的USB接口，转储的文件包括机车事件记录文件和机车诊断记录文件采用十六进制字节码和ZIP格式压缩包进行转储到地面检测仪中，并由检测仪被解析后存储至关系型数据库Oracle中，形成面向数据库的诊断记录数据；再由机车预警分析系统根据下面原则进行分析处理：
1）确定机车诊断记录文件内容包括机车故障发生时的故障信息以及机车故障发生时机车各传感器的环境参数信息；
2）通过程序将每天入库的所有机车的诊断记录数据中各环境参数信息按照不同的参数进行数据平均，得到每一天各环境参数的平均值；
3）根据每天各环境参数的平均值汇总最近连续30天内每天各环境参数的平均值，得到代表一个时间趋势的各环境参数值并存储至数据库中；
4）根据机车的环境参数建立规则，各规则都有一个浮动阈值范围，并且各规则都可以设置为启用或者停用；
5）进行机车预警：所述机车预警的方法是，在机车入库转储并解析诊断信息中的环境参数后，根据每个环境参数的编号匹配预警规则，确认此预警规则是否启用；如果启用后，那么读取此规则的阈值范围，同时将解析得到的环境参数值与数据库中存储的近30天环境参数均值进行对比，判断是否超出阈值范围，如果超出范围，那么就对此环境参数值进行预警。
进一步地，所述的预警按照下述算法进行：
算法：SD1TPx = Sum(T1D1Px,TnD1Px)
定义：P表示环境参数，用P1......Pn表示所有的环境参数；
T表示机车，T1......Tn表示所有的机车；
D表示日期，一天的时间是D1,30天的时间是D30；
TN表示机车的总数；
TD1Px表示某一台机车某一天的某一个环境参数值；
设定SD1TPx表示所有机车某一天时间内某一环境参数值的汇总
则：
ADTPx = SDTPx / TN （2）
式中：ADTPx表示所有机车一天时间内某一环境参数值的平均；
TN表示表示机车的总数；
则
AMTPx = Avg(AD1TPx,AD30TPx) （3）
式中：AMTPx表示所有机车连续30天某一环境参数值的平均；
根据环境参数值的平均值与每个环境参数的编号匹配预警规则进行比对，确认此预警规则是否启用；如果启用后，那么读取此规则的阈值范围，同时将解析得到的环境参数值与数据库中存储的近30天环境参数均值进行对比，判断是否超出阈值范围，如果超出范围，那么就对此环境参数值进行预警。
进一步地，所述的转储到地面检测仪中是通过内置WiFi模块，且具备USB通讯接口的转储器利用无线WiFi进行转储到地面数据分析储存系统中；数据存储至数据库，并可定期自动备份。
进一步地，所述的转储到地面检测仪中是采用单片机技术集成USB通讯、Wifi通讯等功能的车载转储器，实现机车车载数据文件的读取及车载数据文件发送至地面数据分析系统；采用基于TCP/IP通讯协议的Socket方式实现车载转储器与地面分析系统之间的数据通讯协议。
进一步地，所述的转储采用无线网络方式覆盖整备场，用于车载转储器与地面分析系统之间的数据传输。
进一步地，所述的在机车入库转储并解析诊断信息采用面向对象技术与设计模式，完成车载数据文件解析。
进一步地，所述的将解析得到的环境参数值与数据库中存储的近30天环境参数均值进行对比分析采用J2EE平台，完成地面数据分析系统，实现车载数据的查询、统计分析、趋势判断、质量报告；采用数据建模、数据挖掘、数据分析工具，利用机器学习方法，实现车载数据的分析；并按照机车号、日期、故障代码等条件，对机车车载数据的查询与统计分析，查询和统计分析时需要不受数据文件限制，即可查询统计多个数据文件中数据的同时保证查询统计的效率，在数据库中按照故障代码危害性分成等级，根据季节、故障特点，可提高、降低故障代码危害性分成等级，分别进行不同级别的信息处理流程，进行趟趟检索。
进一步地，所述的数据利用网络功能对数据进行共享，可实现对一台机车同类故障一个时间段的发生频率的检索、多台机车同类故障发生件数、某台机车特定故障跟踪的检索。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。
本发明的优点在于：
本发明无线转储，并通过地面数据分析系统，将车载数据文件进行解析并保存至数据库，实现了机车数据的持久化存储。地面数据分析系统按照故障代码与故障等级对应关系对机车故障进行等级划分，并根据不同故障等级进行不同的检修处理，实现检修指导作用。地面数据分析系统将机车历史故障数据进行综合运用，找出规律，实现机车质量的趋势分析。
Claims (7)
1.一种大功率机车故障预警分析方法，其特征在于：在大功率机车车载微机控制系统上设置供外部转储的USB接口，转储的文件包括机车事件记录文件和机车诊断记录文件采用十六进制字节码和ZIP格式压缩包进行转储到地面检测仪中，并由检测仪被解析后存储至关系型数据库Oracle中，形成面向数据库的诊断记录数据；再由机车预警分析系统根据下面原则进行分析处理：
1）确定机车诊断记录文件内容包括机车故障发生时的故障信息以及机车故障发生时机车各传感器的环境参数信息；
2）通过程序将每天入库的所有机车的诊断记录数据中各环境参数信息按照不同的参数进行数据平均，得到每一天各环境参数的平均值；
3）根据每天各环境参数的平均值汇总最近连续30天内每天各环境参数的平均值，得到代表一个时间趋势的各环境参数值并存储至数据库中；
4）根据机车的环境参数建立规则，各规则都有一个浮动阈值范围，并且各规则都可以设置为启用或者停用；
5）进行机车预警：所述机车预警的方法是，在机车入库转储并解析诊断信息中的环境参数后，根据每个环境参数的编号匹配预警规则，确认此预警规则是否启用；如果启用后，那么读取此规则的阈值范围，同时将解析得到的环境参数值与数据库中存储的近30天环境参数均值进行对比分析，判断是否超出阈值范围，如果超出范围，那么就对此环境参数值进行预警；所述的预警按照下述算法进行：
算法：SD1TPx = Sum(T1D1Px,TnD1Px)
定义：P表示环境参数，用P1......Pn表示所有的环境参数；
T表示机车，T1......Tn表示所有的机车；
D表示日期，一天的时间是D1,30天的时间是D30；
TN表示机车的总数；
TD1Px表示某一台机车某一天的某一个环境参数值；
设定SD1TPx表示所有机车某一天时间内某一环境参数值的汇总
则：
ADTPx = SDTPx / TN （2）
式中：ADTPx表示所有机车一天时间内某一环境参数值的平均；
TN表示表示机车的总数；
则
AMTPx = Avg(AD1TPx,AD30TPx) （3）
式中：AMTPx表示所有机车连续30天某一环境参数值的平均；
根据环境参数值的平均值与每个环境参数的编号匹配预警规则进行比对，确认此预警规则是否启用；如果启用后，那么读取此规则的阈值范围，同时将解析得到的环境参数值与数据库中存储的近30天环境参数均值进行对比，判断是否超出阈值范围，如果超出范围，那么就对此环境参数值进行预警。
2.如权利要求1所述的大功率机车故障预警分析方法，其特征在于：所述的转储到地面检测仪中是通过内置WiFi模块，且具备USB通讯接口的转储器利用无线WiFi进行转储到地面数据分析储存系统中；数据存储至数据库，并可定期自动备份。
3.如权利要求1所述的大功率机车故障预警分析方法，其特征在于：所述的转储到地面检测仪中是采用单片机技术集成USB通讯、Wifi通讯等功能的车载转储器，实现机车车载数据文件的读取及车载数据文件发送至地面数据分析系统；采用基于TCP/IP通讯协议的Socket方式实现车载转储器与地面分析系统之间的数据通讯协议。
4.如权利要求1所述的大功率机车故障预警分析方法，其特征在于：所述的转储采用无线网络方式覆盖整备场，用于车载转储器与地面分析系统之间的数据传输。
5.如权利要求1所述的大功率机车故障预警分析方法，其特征在于：所述的在机车入库转储并解析诊断信息采用面向对象技术与设计模式，完成车载数据文件解析。
6.如权利要求1所述的大功率机车故障预警分析方法，其特征在于：所述的将解析得到的环境参数值与数据库中存储的近30天环境参数均值进行对比分析采用J2EE平台，完成地面数据分析系统，实现车载数据的查询、统计分析、趋势判断、质量报告；采用数据建模、数据挖掘、数据分析工具，利用机器学习方法，实现车载数据的分析；并按照机车号、日期、故障代码等条件，对机车车载数据的查询与统计分析，查询和统计分析时需要不受数据文件限制，即可查询统计多个数据文件中数据的同时保证查询统计的效率，在数据库中按照故障代码危害性分成等级，根据季节、故障特点，可提高、降低故障代码危害性分成等级，分别进行不同级别的信息处理流程，进行趟趟检索。
7.如权利要求1所述的大功率机车故障预警分析方法，其特征在于：所述的数据利用网络功能对数据进行共享，可实现对一台机车同类故障一个时间段的发生频率的检索、多台机车同类故障发生件数、某台机车特定故障跟踪的检索。
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