THDS設備狀態修技術研究與實踐

本刊特稿

THDS設備狀態修技術研究與實踐

陸勇，耿開傳，張項

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2.中國鐵路濟南局集團有限公司車輛部，山東濟南250001；

（1.中國鐵路太原局集團有限公司，山西太原030013；

3.中國鐵路濟南局集團有限公司機輛檢測所，山東濟南250001）

摘要：從車輛軸溫智能探測系統（THDS）設備維修管理狀況和中國國家鐵路集團有限公司

相關要求入手，剖析當前維修管理模式存在安全風險大及效率效益低、不適應“集中修”、信息

化滯后、推進狀態修困難等問題，提出需要制定并實踐更具可行性的推進狀態修技術方案；分

析需求并制定關鍵技術解決方案，包括研發應用信息系統進行THDS設備狀態數據收集分析、

故障診斷模型優化、配件全生命周期管理和維修全過程信息化管理，以及完善優化維修管理機

制、技術支持等改進措施。通過應用實踐，THDS設備狀態修工作初見成效：實現了維修機制優

化、上道作業減少、設備質量提升、維修成本降低，提升了THDS設備維修信息化與智能化

水平。

關鍵詞：車輛軸溫智能探測系統；狀態修；故障診斷；信息化；智能化

中圖分類號：U279文獻標識碼：A文章編號：1001-683X（2021）12-0007-07

DOI：

10.19549/.1001-683x.2021.12.007

1問題分析

鐵路車輛運行安全監控系統設備（5T設備）是重

目前THDS實施定期預防修，中國國家鐵路集團有限公

［2］

司（簡稱國鐵集團）要求逐步推行狀態修（CBM）。

狀態修也稱為視情維修，是在故障修和定期預防

修基礎上發展起來的高效預防修，通過運行狀態變化

趨勢的分析診斷來實施精準維修，實現經濟壽命最大

化。目前對THDS設備狀態修的研究還處在初始

［3］

階段。

［4-6］

急搶修及定期小修、大修。為推行狀態修，中國鐵路

THDS設備維修包括月巡檢、季節性整修、故障應

要的鐵路行車安全監測設備，車輛軸溫智能探測系統

（THDS）是其中應用最早、分布最廣、數量最多、自

主維修程度最高，且技術發展成熟的子系統，可自動

報警車輛熱軸、抱閘，保障動車組和車輛運行安全。

［1］

第一作者：

陸勇（1968—），男，總經理。

通信作者：

耿開傳（1974—），男，高級工程師。

E-mail：

E-mail：

濟南局集團有限公司（簡稱濟南局集團公司）對部分

部件實行故障預防和隱患排除的項修，在現場維修時

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檢測評判，超標則實施項修（標準比照大修）。車輛清算。上述原因造成項修實施動力不足、覆蓋面不全、

THDS設備狀態修技術研究與實踐陸勇等

效果不佳。

因此，迫切需要深入研究THDS設備狀態修技術，

制定并實踐更具可行性的技術方案。

段動態檢測車間負責維修生產組織，分地域設多個維

修班組，每班組設多個作業組負責周邊約100km范圍

內的設備維修。現行維修管理方式存在以下問題：

（1）安全風險大，效率效益低。2018年濟南局集

團公司THDS設備維修上道近5000次，出務2萬多人

次，是車輛系統安全風險防控的重點。受90～120min

天窗時間限制，執行定期修的THDS設備維修標準中

10余個維修項點，平均維修時間僅有幾分鐘，無法做

到全部精檢細修。大部分良好配件被過度修甚至修出

故障，個別狀態不良配件未被及時識別而逐步惡化為

故障的現象，也時有發生。此外，為應急處置設備故

障，必須安排專門的作業組進行24h不間斷值守，降

低了維修效率效益。

（2）不適應“集中修”。“集中修”施工分線實施，

是鐵路修程修制改革的重要舉措，受到各級部門的高

度重視。線路施工內容包括清篩、搗固、換軌、應力

放散、換枕等。受施工影響THDS軌旁部件要在線路施

工期間反復拆除和重新安裝調試，且同一時期實施

“集中修”通常在1條或幾條線路上，易造成THDS設

備維修資源局部緊張、生產組織困難，個別設備失修

甚至故障。

（3）維修管理信息化滯后。鐵路車輛數量、種類

不斷增加，對健康管理和全生命周期管控加速推進，

要求THDS設備全天候、高精度和7×24h全時空工作，

既要適應各種環境氣候條件，又不能發生漏報（影響

安全）、錯報（干擾運輸）。THDS設備維修的人工管理

模式，不能做到質量高可靠、作業高效率、管理信息

化與智能化，無法滿足國鐵集團對“信息系統覆蓋生

產全過程”的要求。

（4）依靠項修推行狀態修存在困難。一是每年2萬

多人次的大規模巡檢上道作業是設備維修安全風險管

控和成本支出的重點，實施項修并未減少巡檢上道作

業次數；二是納入項修的部件運行狀態依靠定期的現

場維修檢測，掌握不精準、不及時，不能在此基礎上

實施完全意義上的狀態修；三是項修增加車輛段成本

支出，之前屬于鐵路局集團公司年度集中安排的設備

大修范圍，但段成本無法與鐵路局集團公司大修費用修系統未覆蓋或診斷不準確的項點繼續開展人工分析，

2推行THDS設備狀態修需求分析

2.1THDS設備

THDS設備見圖１，實時探測通過列車信息，向監

測、復示設備自動上傳過車、自檢、熱靶標定等報文，

通過聯網應用系統實現車輛故障聯網報警和信息全路

共享。THDS軌旁部件包括軸箱掃描器（含紅外探頭和

熱靶、大門、擋板、電機、測溫元件等）、車輪傳感器

（又稱磁鋼、磁頭）、車號天線、卡軌器和環溫箱等部

件。THDS機房部件包括工控機（探測站主機）、控制

箱、電源箱、智能跟蹤裝置（車號接收單元）、低速探

測裝置（車輪傳感器智能處理裝置）、遠程管理箱和防

雷單元等。

［7］

上傳報文包括探測站名、聯網編號、時間、列車

輛數、軸數、速度、環溫、探頭系數、磁頭計數及上

百種溫度、電壓、電流、狀態等信息。

據），能夠反映設備運行狀態，可在監測、復示終端上

THDS設備可監測大量部件自檢信息（即運行數

報警設備故障。由于報警時故障已發生，不能預防部

件故障，為減少設備故障，車輛段開展THDS設備運行

數據分析，防止了多起故障。受制于分析人員的經驗

和身體狀態，人工分析速度慢、效率低、結果穩定性

差，2018年仍發生700多次故障。

2.2需求分析

THDS設備實施狀態修的關鍵是：設備可監測部件

運行狀態，通過信息化手段可實現故障報警和隱患預

報，通過配套維修體制支持可防止隱患演變成故障。

為此，若要推行狀態修，一是需要THDS設備采集的部

件運行數據盡可能全面，必要時需升級設備增加傳感

器和監測內容。二是需要研發應用輔助狀態修系統，

通過系統代替人工提供設備運行狀態趨勢分析，進行

隱患預警和故障報警，并根據反饋結果持續優化診斷

模型，不斷提高預報警精準度。三是需要在輔助狀態

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圖1THDS設備

以此推動系統診斷模型優化完善。四是需要對設備維推行狀態修應遵循循序漸進、不斷完善、分階段實施、

修和配件實施信息化管理，提供維修計劃安排、維修逐步替代的技術路線。現階段，宜采用狀態修和定期

過程記錄、故障處置反饋等功能，匯總維修全過程數修相結合的混合模式，依托設備升級改造，增加部件

據和配件全生命周期信息，對配件進行全生命周期管監測信息；通過研發推廣輔助狀態修系統實現設備運

理，對隱患故障原因分析并在管內專項排查整治，減行狀態數據收集、趨勢分析、故障診斷、隱患預警等

少設備故障，為THDS設備維修計劃安排提供輔助決策功能，為故障處置和隱患排查整治提供支持；同時，

依據。通過完善維修管理機制，開展源頭質量整治、標準化

［8-9］

輔助狀態修系統應用是一個持續優化和漸進的過建設、健全規章制度及培訓設施資料等基礎支持工作，

程。在無法安全取消定期預防修期間，需要通過試點來輔助設備故障處置和運行質量提高，從多方面、多

安全優化現行定期預防修，包括周期、內容和實施方層級助力狀態修的最終實現。具體技術路線見圖2。

式等，結合輔助狀態修系統的使用逐步減少上道

維修。

［9］

此外，還要完善基礎支持，需要通過健全制度、

加強質量控制、完善配套設施，以及提高人工分析能

力、維修作業質量和故障隱患處理速度等多種方

［9］

式，保持設備運行質量。

3.2輔助狀態修系統

（1）THDS設備運行數據收集與分析。基于在用

THDS設備實際情況，研發并應用THDS設備輔助狀態

修系統（簡稱信息系統），實現運行數據的收集、傳

輸、存儲和分析，其中存儲層可用Oracle、訪問層可用

MyBatis、業務層可用Spring和WebService、界面展示

層可用Bootstrap。數據接收和分析界面見圖3。

［8-9］

輔助狀態修系統具有速度快、實時性強、數據全、

結果穩定等優點，較人工分析優勢明顯，可極大減輕

分析人員負擔，并可避免人員對分析工作的主觀影響。

（2）THDS設備故障診斷及模型優化。THDS設備息系統研發與應用、管理機制優化、基礎支持完善等。

3關鍵技術解決方案

3.1技術路線

THDS設備狀態修關鍵技術解決方案主要包括：信

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圖2THDS設備狀態修實現技術路線

圖3輔助狀態修系統數據接收和分析界面

安裝了可以監測包含磁頭信號、探頭輸出、熱靶溫度、擋板估訓練結果的有效性和誤差，并結合人工分析模型和

溫度在內的14個傳感器，并可采集5、±15、±18、±22V預報警處置反饋信息不斷優化預報警閾值和模型，從

電壓等10余個數值項。當THDS設備運行時，傳感器而實現故障報警和隱患預警。預報警和信息反饋

自動收集運行數據，從采集數據的變化即可發現部分界面見圖4。

設備（部件）的異常。基于設備部件傳感器的時間序通過機器學習進行設備運行狀態的趨勢診斷和閾

列數據，通過python編程和基于TensorFlow的機器學值、模型優化，可大大節省人員的腦力勞動，但報警

習，建立故障預報警模型。通過時間窗口移動來訓練模型和閾值優化還需持續地迭代改進，既需要人腦的

生成預報警模型神經網絡的初始參數，通過訓練（機智慧和經驗積累，也需要收集足夠多故障場景的訓練

器學習）減小實際部件剩余使用壽命RUL值與預測值數據，以開展長期訓練優化。

誤差以取得更高精確度，通過回歸使用歷史數據來評（3）配件全生命周期管理。THDS設備配件多為電

［8-11］

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圖4輔助狀態修系統預報警和信息反饋界面

子產品，隨使用時間延長其性能不可避免會下降。對配對于有壽命期的配件可通過信息系統統計其平均壽命，

件進行信息化管理，收集配件識別、入庫、流動管理、剔除異常因素，對于臨近到期或逾期的配件進行預警提

狀態查詢、統計、操作歷史記錄等全生命周期數據（見示，可優化配件儲備和維修重點，完善信息系統預報警

圖5），實現入庫—使用—維修—報廢的全過程監管。模型，提高故障規律掌握和信息系統性能。

圖5配件入庫界面

（4）維修全過程信息化管理。對維修計劃、作業方便管理THDS設備不同維修周期的作業計劃，適應推

過程、維修記錄等全過程實施信息化管理，全面提高進狀態修過程中維修周期動態變化的需要。

工作質量和效率。作業過程的信息化管理。將出務前的工作安排、

維修計劃的信息化管理。通過信息系統，依據維安全預想和物料準備，上線作業前的駐站登記、命令

修記錄和預定義的定期維修周期，自動生成次月維修傳遞，作業中的入網管理、安全行走、防護聯絡、維

計劃供車輛段掌握；提供次周維修計劃自動生成導出修實施，作業后的物料清理、狀態確認、記錄填寫、

功能，供車間、班組調整、確認后提報天窗修計劃；定置管理、出網銷記，安全返回和完工總結等完整的

系統對當日到期計劃自動預警提示，對過期計劃提供作業環節設置成標準的作業流程，現場作業時需逐個

報警并自動納入次周計劃，避免失修并可自動統計計環節進行確認，并通過手持音視頻終端對作業全過程

劃兌現情況；定期維修周期可根據需求人工動態變更，進行影像記錄，實現作業流程的卡控。

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維修記錄的信息化管理。依據現有維修臺賬樣式，員技能和維修質量。五是修訂維修管理和上道入網管

在探測站軟件中增加維修臺賬生成功能，針對不同維

修項點的特點，采用自動獲取、預設默認值等多種方

式進行維修記錄錄入，極大地簡化了用戶錄入操作，

同時提高了錄入數據的質量和效率。此外，電氣參數

由探測站軟件自動同步采集，據此可自動生成維修臺

賬。依據臺賬生成的維修記錄文件，保存在探測站主

機中，只可查看不可修改，同時經既有上傳通道網絡

轉發至信息系統存儲并解析入庫，在用戶查看時按

［8］

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理規章，健全優化結合部管理，對外單位設備設施協

調完善故障協作機制，保障維修作業條件、維修質量

和故障快速處理。六是優化配件管理，培養配件故障

檢測和修復人員，保障配件質量。

［9］

4應用實踐

經應用實踐，至2020年底THDS設備狀態修工作

已初見成效，提升了設備維修智能化、信息化水平。

（1）在管內部署應用信息系統，維修周期延長

1倍，2020年較2018年上道維修減少1/3、故障減少

2/3，并有24人轉崗，初步估算年節支上千萬元。

（2）THDS設備維修臺賬實現信息化網絡集中管

規范格式顯示，可實現維修記錄的探測站和信息系統

雙重管理，便于管理層掌握設備維修信息、分析作業

計劃兌現情況，為維修計劃管理提供了科學數據支撐。

3.3維修管理措施改進

（1）完善預防修機制。利用復示終端分析系統采

理，取消了紙質臺賬，試用作業計劃和配件信息化

管理。

（3）專項整治雙電源切換箱、UPS、綜合防雷接地

等隱患問題，建設探測站56處遠程監控和98處隔離柵

欄，建立了由外單位維護管理設備的故障協作機制，

提高了設備運行質量保障。

（4）車輛段實施維修資源跨班組集約化管理，優

化、規范了設備遠程管理，適應了“集中修”期間配

合施工和設備維修需要。

（5）組織編寫《5T設備技術問答》和車輛系統營

業線施工“四員一長”培訓教材，推進實訓設施建設

和規范管理使用，有效提升了人員技能。

集的設備運行數據，遠程登錄探測站主機察看未上傳

的運行數據，出現部件狀態異常及時通知維修，并隨

信息系統性能優化及時調整人工分析內容。建立隱患

排查機制，對預報警和人工分析發現的故障隱患分析

清楚原因，及時排查、處理，避免同類隱患發展為

故障。

（2）優化管理機制。結合信息系統的功能完善，

逐步優化現場作業內容和作業方式，能夠遠程實施的

以遠程實施為主，必須現場實施的通過試點安全優化

維修周期，發生故障則動態加密維修周期，并通過作

業計劃的信息化管理降低管理難度，實現維修周期的

動態優化，安全減少上道維修作業。此外，“集中修”

施工配合工作量在地域間嚴重不平衡，需要跨班組集

約化使用維修人力物力等資源，合理利用施工天窗，

保障設備維修。

（3）完善基礎支持。從源頭質量整治、標準化建

設、健全規章制度及培訓設施資料等方面提高設備運

行質量和維修能力。一是完善工程設計、技術要求和

補強建設，并嚴格驗收質量和問題管理，保障THDS探

測站相關配套設施齊全良好。二是按需升級THDS設

備，完善運行數據，提高部件狀態監測能力。三是加

強標準化建設，完善軟硬件技術履歷、技術資料和線

纜標識，提高應急處置能力。四是完善實訓設施，編

寫參考書、教材和故障案例，優化激勵措施，提升人檢測設備質量，為智能鐵路增強安全保障。

5結束語

距離實現真正意義上的THDS設備狀態修，還有大

量工作要做。下一步將繼續完善數據收集和人工智能

技術應用，提升輔助狀態修系統性能并研究對5T設備

全面推廣，推進作業計劃自動化和配件全生命周期管

理，優化現場作業內容和作業方式，在非繁忙干線上

試點進一步安全延長維修周期、依據設備狀態動態優

化維修周期并積累經驗全面推廣，繼續補強探測站遠

程監控和隔離設施，編寫5T設備典型故障案例，推進

設備狀態修工作進一步開展，提升鐵路車輛安全監測

［12-13］

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194-196.

責任編輯盧敏

收稿日期2021-05-20

RearchandPracticeonCondition-badMaintenanceTechnologyof

THDSEquipment

LUYong,GENGKaichuan,ZHANGXiang

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(1.ChinaRailwayTaiyuanGroupCoLtd,TaiyuanShanxi030013,China;

2.RollingStockDepartment,ChinaRailwayJinanGroupCoLtd,JinanShandong250001,China;

3.RollingStockTestingStation,ChinaRailwayJinanGroupCoLtd,JinanShandong250001,China)

Abstract:

Beginningwiththeequipmentmaintenancemanagementstatusoftrainhotboxdetectionsystem

(THDS)andrelevantrequirementsofChinaStateRailwayGroupCoLtd,thispaperanalystheproblemsin

thecurrentmaintenancemanagementmode,suchashighsafetyrisksandlowefficiencyandeffectiveness,

inadaptabilityto“centralizedmaintenance”,informationlag,anddifficultiesinpromotingcondition-bad

maintenance,andproposamorefeasibletechnicalschemeforpromotingcondition-badmaintenance;the

requirementsareanalyzedandthekeytechnicalsolutionsaredeveloped,includingtheR&Dandapplicationof

informationsystemforcollectionandanalysisofTHDSequipmentconditiondata,optimizationoffault

diagnosismodel,fulllifecyclemanagementofaccessoriesandinformationmanagementofthewhole

maintenanceprocess,andtheimprovementmeasuressuchasperfectionandoptimizationofmaintenance

managementmechanism,technicalsupport,etc.Throughapplicationpractice,initialresultshavebeenachieved

inthecondition-badmaintenanceofTHDSequipment:themaintenancemechanismisoptimized,theon-track

operationisreduced,theequipmentqualityisimproved,themaintenancecostislowered,andinformationand

intelligencelevelofTHDSequipmentmaintenanceisupgraded.

Keywords:

trainhotboxdetectionsystem(THDS);condition-badmaintenance;faultdiagnosis;information;intelligence

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