THDS设备状态修技术研究与实践

本刊特稿

THDS设备状态修技术研究与实践

陆勇，耿开传，张项

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2.中国铁路济南局集团有限公司车辆部，山东济南250001；

（1.中国铁路太原局集团有限公司，山西太原030013；

3.中国铁路济南局集团有限公司机辆检测所，山东济南250001）

摘要：从车辆轴温智能探测系统（THDS）设备维修管理状况和中国国家铁路集团有限公司

相关要求入手，剖析当前维修管理模式存在安全风险大及效率效益低、不适应“集中修”、信息

化滞后、推进状态修困难等问题，提出需要制定并实践更具可行性的推进状态修技术方案；分

析需求并制定关键技术解决方案，包括研发应用信息系统进行THDS设备状态数据收集分析、

故障诊断模型优化、配件全生命周期管理和维修全过程信息化管理，以及完善优化维修管理机

制、技术支持等改进措施。通过应用实践，THDS设备状态修工作初见成效：实现了维修机制优

化、上道作业减少、设备质量提升、维修成本降低，提升了THDS设备维修信息化与智能化

水平。

关键词：车辆轴温智能探测系统；状态修；故障诊断；信息化；智能化

中图分类号：U279文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）12-0007-07

DOI：

10.19549/.1001-683x.2021.12.007

1问题分析

铁路车辆运行安全监控系统设备（5T设备）是重

目前THDS实施定期预防修，中国国家铁路集团有限公

［2］

司（简称国铁集团）要求逐步推行状态修（CBM）。

状态修也称为视情维修，是在故障修和定期预防

修基础上发展起来的高效预防修，通过运行状态变化

趋势的分析诊断来实施精准维修，实现经济寿命最大

化。目前对THDS设备状态修的研究还处在初始

［3］

阶段。

［4-6］

急抢修及定期小修、大修。为推行状态修，中国铁路

THDS设备维修包括月巡检、季节性整修、故障应

要的铁路行车安全监测设备，车辆轴温智能探测系统

（THDS）是其中应用最早、分布最广、数量最多、自

主维修程度最高，且技术发展成熟的子系统，可自动

报警车辆热轴、抱闸，保障动车组和车辆运行安全。

［1］

第一作者：

陆勇（1968—），男，总经理。

通信作者：

耿开传（1974—），男，高级工程师。

E-mail：

E-mail：

济南局集团有限公司（简称济南局集团公司）对部分

部件实行故障预防和隐患排除的项修，在现场维修时

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检测评判，超标则实施项修（标准比照大修）。车辆清算。上述原因造成项修实施动力不足、覆盖面不全、

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效果不佳。

因此，迫切需要深入研究THDS设备状态修技术，

制定并实践更具可行性的技术方案。

段动态检测车间负责维修生产组织，分地域设多个维

修班组，每班组设多个作业组负责周边约100km范围

内的设备维修。现行维修管理方式存在以下问题：

（1）安全风险大，效率效益低。2018年济南局集

团公司THDS设备维修上道近5000次，出务2万多人

次，是车辆系统安全风险防控的重点。受90～120min

天窗时间限制，执行定期修的THDS设备维修标准中

10余个维修项点，平均维修时间仅有几分钟，无法做

到全部精检细修。大部分良好配件被过度修甚至修出

故障，个别状态不良配件未被及时识别而逐步恶化为

故障的现象，也时有发生。此外，为应急处置设备故

障，必须安排专门的作业组进行24h不间断值守，降

低了维修效率效益。

（2）不适应“集中修”。“集中修”施工分线实施，

是铁路修程修制改革的重要举措，受到各级部门的高

度重视。线路施工内容包括清筛、捣固、换轨、应力

放散、换枕等。受施工影响THDS轨旁部件要在线路施

工期间反复拆除和重新安装调试，且同一时期实施

“集中修”通常在1条或几条线路上，易造成THDS设

备维修资源局部紧张、生产组织困难，个别设备失修

甚至故障。

（3）维修管理信息化滞后。铁路车辆数量、种类

不断增加，对健康管理和全生命周期管控加速推进，

要求THDS设备全天候、高精度和7×24h全时空工作，

既要适应各种环境气候条件，又不能发生漏报（影响

安全）、错报（干扰运输）。THDS设备维修的人工管理

模式，不能做到质量高可靠、作业高效率、管理信息

化与智能化，无法满足国铁集团对“信息系统覆盖生

产全过程”的要求。

（4）依靠项修推行状态修存在困难。一是每年2万

多人次的大规模巡检上道作业是设备维修安全风险管

控和成本支出的重点，实施项修并未减少巡检上道作

业次数；二是纳入项修的部件运行状态依靠定期的现

场维修检测，掌握不精准、不及时，不能在此基础上

实施完全意义上的状态修；三是项修增加车辆段成本

支出，之前属于铁路局集团公司年度集中安排的设备

大修范围，但段成本无法与铁路局集团公司大修费用修系统未覆盖或诊断不准确的项点继续开展人工分析，

2推行THDS设备状态修需求分析

2.1THDS设备

THDS设备见图１，实时探测通过列车信息，向监

测、复示设备自动上传过车、自检、热靶标定等报文，

通过联网应用系统实现车辆故障联网报警和信息全路

共享。THDS轨旁部件包括轴箱扫描器（含红外探头和

热靶、大门、挡板、电机、测温元件等）、车轮传感器

（又称磁钢、磁头）、车号天线、卡轨器和环温箱等部

件。THDS机房部件包括工控机（探测站主机）、控制

箱、电源箱、智能跟踪装置（车号接收单元）、低速探

测装置（车轮传感器智能处理装置）、远程管理箱和防

雷单元等。

［7］

上传报文包括探测站名、联网编号、时间、列车

辆数、轴数、速度、环温、探头系数、磁头计数及上

百种温度、电压、电流、状态等信息。

据），能够反映设备运行状态，可在监测、复示终端上

THDS设备可监测大量部件自检信息（即运行数

报警设备故障。由于报警时故障已发生，不能预防部

件故障，为减少设备故障，车辆段开展THDS设备运行

数据分析，防止了多起故障。受制于分析人员的经验

和身体状态，人工分析速度慢、效率低、结果稳定性

差，2018年仍发生700多次故障。

2.2需求分析

THDS设备实施状态修的关键是：设备可监测部件

运行状态，通过信息化手段可实现故障报警和隐患预

报，通过配套维修体制支持可防止隐患演变成故障。

为此，若要推行状态修，一是需要THDS设备采集的部

件运行数据尽可能全面，必要时需升级设备增加传感

器和监测内容。二是需要研发应用辅助状态修系统，

通过系统代替人工提供设备运行状态趋势分析，进行

隐患预警和故障报警，并根据反馈结果持续优化诊断

模型，不断提高预报警精准度。三是需要在辅助状态

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图1THDS设备

以此推动系统诊断模型优化完善。四是需要对设备维推行状态修应遵循循序渐进、不断完善、分阶段实施、

修和配件实施信息化管理，提供维修计划安排、维修逐步替代的技术路线。现阶段，宜采用状态修和定期

过程记录、故障处置反馈等功能，汇总维修全过程数修相结合的混合模式，依托设备升级改造，增加部件

据和配件全生命周期信息，对配件进行全生命周期管监测信息；通过研发推广辅助状态修系统实现设备运

理，对隐患故障原因分析并在管内专项排查整治，减行状态数据收集、趋势分析、故障诊断、隐患预警等

少设备故障，为THDS设备维修计划安排提供辅助决策功能，为故障处置和隐患排查整治提供支持；同时，

依据。通过完善维修管理机制，开展源头质量整治、标准化

［8-9］

辅助状态修系统应用是一个持续优化和渐进的过建设、健全规章制度及培训设施资料等基础支持工作，

程。在无法安全取消定期预防修期间，需要通过试点来辅助设备故障处置和运行质量提高，从多方面、多

安全优化现行定期预防修，包括周期、内容和实施方层级助力状态修的最终实现。具体技术路线见图2。

式等，结合辅助状态修系统的使用逐步减少上道

维修。

［9］

此外，还要完善基础支持，需要通过健全制度、

加强质量控制、完善配套设施，以及提高人工分析能

力、维修作业质量和故障隐患处理速度等多种方

［9］

式，保持设备运行质量。

3.2辅助状态修系统

（1）THDS设备运行数据收集与分析。基于在用

THDS设备实际情况，研发并应用THDS设备辅助状态

修系统（简称信息系统），实现运行数据的收集、传

输、存储和分析，其中存储层可用Oracle、访问层可用

MyBatis、业务层可用Spring和WebService、界面展示

层可用Bootstrap。数据接收和分析界面见图3。

［8-9］

辅助状态修系统具有速度快、实时性强、数据全、

结果稳定等优点，较人工分析优势明显，可极大减轻

分析人员负担，并可避免人员对分析工作的主观影响。

（2）THDS设备故障诊断及模型优化。THDS设备息系统研发与应用、管理机制优化、基础支持完善等。

3关键技术解决方案

3.1技术路线

THDS设备状态修关键技术解决方案主要包括：信

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图2THDS设备状态修实现技术路线

图3辅助状态修系统数据接收和分析界面

安装了可以监测包含磁头信号、探头输出、热靶温度、挡板估训练结果的有效性和误差，并结合人工分析模型和

温度在内的14个传感器，并可采集5、±15、±18、±22V预报警处置反馈信息不断优化预报警阈值和模型，从

电压等10余个数值项。当THDS设备运行时，传感器而实现故障报警和隐患预警。预报警和信息反馈

自动收集运行数据，从采集数据的变化即可发现部分界面见图4。

设备（部件）的异常。基于设备部件传感器的时间序通过机器学习进行设备运行状态的趋势诊断和阈

列数据，通过python编程和基于TensorFlow的机器学值、模型优化，可大大节省人员的脑力劳动，但报警

习，建立故障预报警模型。通过时间窗口移动来训练模型和阈值优化还需持续地迭代改进，既需要人脑的

生成预报警模型神经网络的初始参数，通过训练（机智慧和经验积累，也需要收集足够多故障场景的训练

器学习）减小实际部件剩余使用寿命RUL值与预测值数据，以开展长期训练优化。

误差以取得更高精确度，通过回归使用历史数据来评（3）配件全生命周期管理。THDS设备配件多为电

［8-11］

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图4辅助状态修系统预报警和信息反馈界面

子产品，随使用时间延长其性能不可避免会下降。对配对于有寿命期的配件可通过信息系统统计其平均寿命，

件进行信息化管理，收集配件识别、入库、流动管理、剔除异常因素，对于临近到期或逾期的配件进行预警提

状态查询、统计、操作历史记录等全生命周期数据（见示，可优化配件储备和维修重点，完善信息系统预报警

图5），实现入库—使用—维修—报废的全过程监管。模型，提高故障规律掌握和信息系统性能。

图5配件入库界面

（4）维修全过程信息化管理。对维修计划、作业方便管理THDS设备不同维修周期的作业计划，适应推

过程、维修记录等全过程实施信息化管理，全面提高进状态修过程中维修周期动态变化的需要。

工作质量和效率。作业过程的信息化管理。将出务前的工作安排、

维修计划的信息化管理。通过信息系统，依据维安全预想和物料准备，上线作业前的驻站登记、命令

修记录和预定义的定期维修周期，自动生成次月维修传递，作业中的入网管理、安全行走、防护联络、维

计划供车辆段掌握；提供次周维修计划自动生成导出修实施，作业后的物料清理、状态确认、记录填写、

功能，供车间、班组调整、确认后提报天窗修计划；定置管理、出网销记，安全返回和完工总结等完整的

系统对当日到期计划自动预警提示，对过期计划提供作业环节设置成标准的作业流程，现场作业时需逐个

报警并自动纳入次周计划，避免失修并可自动统计计环节进行确认，并通过手持音视频终端对作业全过程

划兑现情况；定期维修周期可根据需求人工动态变更，进行影像记录，实现作业流程的卡控。

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维修记录的信息化管理。依据现有维修台账样式，员技能和维修质量。五是修订维修管理和上道入网管

在探测站软件中增加维修台账生成功能，针对不同维

修项点的特点，采用自动获取、预设默认值等多种方

式进行维修记录录入，极大地简化了用户录入操作，

同时提高了录入数据的质量和效率。此外，电气参数

由探测站软件自动同步采集，据此可自动生成维修台

账。依据台账生成的维修记录文件，保存在探测站主

机中，只可查看不可修改，同时经既有上传通道网络

转发至信息系统存储并解析入库，在用户查看时按

［8］

THDS设备状态修技术研究与实践陆勇等

理规章，健全优化结合部管理，对外单位设备设施协

调完善故障协作机制，保障维修作业条件、维修质量

和故障快速处理。六是优化配件管理，培养配件故障

检测和修复人员，保障配件质量。

［9］

4应用实践

经应用实践，至2020年底THDS设备状态修工作

已初见成效，提升了设备维修智能化、信息化水平。

（1）在管内部署应用信息系统，维修周期延长

1倍，2020年较2018年上道维修减少1/3、故障减少

2/3，并有24人转岗，初步估算年节支上千万元。

（2）THDS设备维修台账实现信息化网络集中管

规范格式显示，可实现维修记录的探测站和信息系统

双重管理，便于管理层掌握设备维修信息、分析作业

计划兑现情况，为维修计划管理提供了科学数据支撑。

3.3维修管理措施改进

（1）完善预防修机制。利用复示终端分析系统采

理，取消了纸质台账，试用作业计划和配件信息化

管理。

（3）专项整治双电源切换箱、UPS、综合防雷接地

等隐患问题，建设探测站56处远程监控和98处隔离栅

栏，建立了由外单位维护管理设备的故障协作机制，

提高了设备运行质量保障。

（4）车辆段实施维修资源跨班组集约化管理，优

化、规范了设备远程管理，适应了“集中修”期间配

合施工和设备维修需要。

（5）组织编写《5T设备技术问答》和车辆系统营

业线施工“四员一长”培训教材，推进实训设施建设

和规范管理使用，有效提升了人员技能。

集的设备运行数据，远程登录探测站主机察看未上传

的运行数据，出现部件状态异常及时通知维修，并随

信息系统性能优化及时调整人工分析内容。建立隐患

排查机制，对预报警和人工分析发现的故障隐患分析

清楚原因，及时排查、处理，避免同类隐患发展为

故障。

（2）优化管理机制。结合信息系统的功能完善，

逐步优化现场作业内容和作业方式，能够远程实施的

以远程实施为主，必须现场实施的通过试点安全优化

维修周期，发生故障则动态加密维修周期，并通过作

业计划的信息化管理降低管理难度，实现维修周期的

动态优化，安全减少上道维修作业。此外，“集中修”

施工配合工作量在地域间严重不平衡，需要跨班组集

约化使用维修人力物力等资源，合理利用施工天窗，

保障设备维修。

（3）完善基础支持。从源头质量整治、标准化建

设、健全规章制度及培训设施资料等方面提高设备运

行质量和维修能力。一是完善工程设计、技术要求和

补强建设，并严格验收质量和问题管理，保障THDS探

测站相关配套设施齐全良好。二是按需升级THDS设

备，完善运行数据，提高部件状态监测能力。三是加

强标准化建设，完善软硬件技术履历、技术资料和线

缆标识，提高应急处置能力。四是完善实训设施，编

写参考书、教材和故障案例，优化激励措施，提升人检测设备质量，为智能铁路增强安全保障。

5结束语

距离实现真正意义上的THDS设备状态修，还有大

量工作要做。下一步将继续完善数据收集和人工智能

技术应用，提升辅助状态修系统性能并研究对5T设备

全面推广，推进作业计划自动化和配件全生命周期管

理，优化现场作业内容和作业方式，在非繁忙干线上

试点进一步安全延长维修周期、依据设备状态动态优

化维修周期并积累经验全面推广，继续补强探测站远

程监控和隔离设施，编写5T设备典型故障案例，推进

设备状态修工作进一步开展，提升铁路车辆安全监测

［12-13］

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194-196.

责任编辑卢敏

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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