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动车组管理信息系统及其关键技术
史天运
（中国铁道科学研究院电子计算技术研究所，北京 100081）
摘要：分析了国外动车组管理信息系统研究和应用现状，总结了其特点，基于中国动车组运用检修的实际需要，提出了中国铁路动车组管理信息系统的架构，分析其主要特点，描述了系统主要功能，对于其关键技术进行了全面总结和分析，对于系统的深化研究和开发具有重要意义。
关键词：动车组管理信息系统；架构；特点；功能；关键技术
China Electric Multiple Units Management Information System and key Technologies
Tianyun Shi(Institute of Computing Technologies, China academy of railway sciences, Beijing 100081)Abstract: The current situation of research and application on the foreign Electric Multiple Units Management information System is analyzed, and its characteristic is summarized in this paper.Based on the actual demand of using and examination and repair on China Electric Multiple Units, the architecture of China Electric Multiple Units Management information System is first put forward.Then the main characteristics are analyzed, the main functions are described, the key technologies are researched.These have the significance on the system improvement and development further.Key Words: China Electric Multiple Units Management information System(EMUMIS), Architecture, Characteristic, Function, Key technologies 概
述
随着铁路提速和高速铁路的建设，动车组的开行量越来越大，高效率、高质量做好动车组的检修是保障动车组安全运行的重要基础，为此铁道部根据中国铁路网规划建设了七大动车检修基地和几十个动车运用所，来承担动车组的检修任务。动车组检修基地现代化的三个重要标志是科学的平面布局、先进的工艺流程与工装设备、现代化的管理信息系统。动车组管理信息系统应在借鉴国际先进的设计理念的基础上，立足中国铁路动车组运用维修实际，建设具有国际先进水平、自主知识产权的铁路动车组管理信息系统，涵盖部、局、动车基地、动车运用所的业务需求，兼容多种车型动车组技术管理，适应不同动车维修基地站场布局、工艺流程和生产组织模式，实现动车维修基地生产、作业、技术、物流、设备、安全、质量、生产成本、经营决策等全面信息化管理，实现动车组全路调配运用和网络化维修管理，实现对供应链物流管理和部件委托修安全质量进度的全面监控，达到“自动数据采集、科学安排生产、高效无纸检修、安全质量卡控、数字综合展示、智能维修支持、现代检修管理”，保障动车组安全高效运用和动车组维修网优质高效运转，为动车组在既有线提速、客运专线、高速铁路的开行提供信息化支撑。动车组管理信息系统国外研究和应用现状
2.1 日本
东日本动车组检修信息化依托新干线COSMOS系统，主要相关系统有运输计划系统、车辆管理系统和站内作业管理系统。其中运输计划系统主要实现车辆运用、分配计划和乘务员调配计划；车辆管理系统主要实现车辆履历、配件、故障、检修信息的综合管理；站内作业管理系统主要实现站内作业计划和PRC进路管理。系统将涉及车辆运用检修的重要项目，如计划信息、故障信息、大部件信息、履历信息等均纳入系统进行管理，实现检修计划计算机编制、检修工单打印、故障管理、履历管理和动车组车载信息实时落地展示，系统简单实用，已成为动车组检修中不可或缺的支撑。主要特点：以运用、检修计划为核心严格执行；系统中抓住关键数据（比如轮对数据，受电弓检测的数据、故障信息）进行重点管理，根据功能不同，设置多个不同功能的终端，实行专机专用。物料有专门的物料管理系统。
2.2 德国
德国动车检修一方面依托SAP平台，主要有：设备维护（PM）：用于服务管理、维护管理、订单通知和工作计划管理等；生产计划与控制（PP）：用于管理备件生产和旧件翻修等工作；物料管理（MM）：管理车辆维护需要的所有物料。主要功能包括：主数据管理，采购管理，库存管理，供应商管理等；财务会计（FI）和成本管理（CO）：用于收集处理维修订单的成本信息，进行成本比较等工作；质量管理（QM）：用于设定质量标准，创建检验批，记录检验结果等工作；项目管理（PS）：用于车辆大修或集中修的计划编制和成本归集等工作；业务信息仓库（BW）：用于技术缺陷分析、故障原因分析、车辆全生命周期成本分析等工作，为业主和维修单位提供决策支持。检修计划等核心主要由自主开发来实现，总的功能有：基于车载故障检测诊断信息、司乘人员发现的故障信息、地面设备自动检测信息、基地检查结果和计划修规定的项目，确定工作任务，制订维修工作计划。系统可以根据维修请求中的故障代码或故障描述搜寻适合该故障的检修工艺（任务清单）；维修人员可以从搜索到的维修工艺中指定某项工艺来处理该故障。基于维修任务、维修时段和维修资源被占用的情况，自动生成维修计划及维修工单；同时，自动检查维修资源（包括检修设施和设备、检修人员、备品备件等）的保障情况，生成维修资源计划；当动车进入运用所前，维修人员、材料和设施都已准备到位，维修人员根据维修工单有序地执行维修任务，当更换关键设备时，系统可提供符合性检查，同时计算由于备件消耗、人员工时消耗和机器工时消耗所产生的材料成本和工时成本，计算由所有工单构成的维修项目成本；当所有维修工作结束后，维修人员记录检修的情况并更新系统中的信息，包括：故障原因、故障历史、维修历史、工时及物料消耗、全生命周期成本信息等。这些信息将为维修统计分析，优化维修流程和决策支持提供依据；对于较小的维修工作和故障排除支持网络修。
2.3 法国
法国高速铁路东南线在巴黎地区的沙地翁(Chatillon)、兰地(Landy)及圣乔治新城（Villeneuve Saint Georges）维修中心（动车基地）内，均配备一套维修辅助信息处理系统TIGRE来管理维修业务。该系统提高了高速列车利用率，通过数据库和信息处理来提高了维修质量。维修辅助信息处理系统可与高速列车通信联络，采集和存储TGV列车运行中故障信息；以维修作业管理为主，为基地内运转和管理人员提供待修列车清单、列车位置、维修作业计划、列车计划离段时间等信息。与高速列车运用相关的业务部门按职责分工，在高速列车运用辅助管理软件平台上共同开展工作，协调解决问题，实现充分的信息互通和共享，使各作业环节构成一个有机的整体。同时，对高速列车技术状态进行追踪，实时掌握每列列车的运行里程、状态、维修内容等。
高速列车维修辅助管理分为维修管理系统和维修支援系统两部分。维修管理系统：基地内列车运营管理、车辆管理、车辆维修管理、器材配件管理、工具管理、机械设备管理；维修支援系统：安全管理、环保管理、成本管理、质量管理、人员管理、合同管理、图纸资料管理等。目前，法国铁路正在开发新的系统，扩展TGV高速列车维修辅助管理系统功能涵盖面，增加系统管理的信息量，提高数据处理的准确性，实现对段内作业过程的全面管理与控制。
2.4 总结
通过上述分析，国外高速列车运用维修管理信息化均围绕重点，比较实用。主要特点有：基于现代的维修和管理理念，运用维修管理一体化；注重运行状态监测和故障检测，运用数据指导维修；系统集成度高，实现信息共享，支持流程化高效维修；功能日趋完善，覆盖计划、生产、技术、安全质量、物流和成本。中国动车组管理信息系统架构和特点
3.1 中国动车组管理信息系统架构
根据中国动车组检修管理模式，动车组管理信息系统（China Electric Multiple Units Management information System，EMUMIS）由铁道部动车组管理信息系统、铁路局动车组管理信息系统、动车段动车组管理信息系统、动车运用所动车组运用管理信息系统和动车基地动车组检修管理信息系统，划分为四级，即铁道部、铁路局、动车段、动车基地（动车运用所）四级管理。由于车辆工厂承担着动车组新造和部分检修任务，所以EMUMIS还包括车辆工厂动车组管理信息系统、车辆工厂新造履历填报软件和车辆工厂检修信息管理软件。由于动车组车载动态监控系统承担着动车组运行状态的实时监控及无线落地，为动车组应急处置和检修计划预安排提供重要支撑，所以纳入系统统一设计建设，动车组管理信息系统架构如图1所示。其中：铁道部动车组管理信息系统[1]（简称部级系统）负责全路动车组运用、维修业务宏观管理，分析动车基地（动车运用所）总体生产经营情况，完成全路新造动车组、动车组配置和调用管理，审核全路动车组采购计划和年度维修计划，监控九项关键技术及十项配套技术国产化企业的生产能力和安全质量，实现动车组维修规程和工艺的规范管理，完成动车组技术资料修订和版本管理，提供全路共享信息支持，辅助决策支持，协助部级调度系统审定跨局交路和动车组运用计划。铁路局动车组管理信息系统[1]（简称局级系统）负责所辖动车基地或动车运用所的运用、维修业务管理和技术指导，完成本局内动车组配置和调用管理，协助局级调度系统审定本局管内交路和动车组运用计划。铁路段动车组管理信息系统（简称段级系统）负责所辖动车基地或动车运用所的运用、维修业务具体管理，统筹资源，制定月周运用检修计划，分析动车基地（动车运用所）生产绩效、技术、安全、质量、物流等总体情况，提供业务指导。动车组运用管理信息系统动车运用所提供涵盖动车组1～2级修程内主要业务的信息化管理功能，在完成。动车组检修管理信息系统提供涵盖动车组3～5级修程内主要业务的信息化管理功能。车辆工厂动车组管理信息系统主要通过其新造履历填报软件完成新造动车组履历填报工作，通过其检修信息管理软件完成所承担的动车组3-5级检修中的故障、大部件更换信息记录和检修进度上报，以及配件供应信息的共享。动车组车载动态监控系统实现车载信息的落地和分析运用。动车组管理信息系统与铁道部、铁路局调度系统进行信息交互，满足动车组开行调度的需要。
部级铁道部动车组管理信息系统 动车组车载动态监控系统 局级 段级所、车间级 动车运用所 管理信息系统 铁路局动车组管理信息系统 3.2 EMUMIS主要特点
（1）基于动车组修程修制、动车组及其关键配件的静动态履历管理、走行公里累计、检修历史的动车组检修项到期实时推算，自动编制检修计划，确保不超期、不漏项。（2）集成基于车载故障检测诊断信息、司乘人员发现的故障信息、地面设备自动检测信息和动车组定检修规定的项目，在动车组入段/所之前就生成检修计划，提高检修效率。（3）在制订维修计划同时制订资源需求计划，系统自动检查维修资源（包括检修设施和设备、检修人员、备品备件等）的保障情况。集成物流管理，可自动评估供应商，覆盖主机厂仓储管理，透过精确的库存和仓储管理降低采购和仓储成本。
（4）实时的故障代码和定检任务维修规程策略、可视化作业指导书管理及查询；统一规范的故障分类统计和数据挖掘，不断积累故障和维修经验知识，形成诊断维修专家系统，实现检修维修的辅助决策和技术支持。
（5）实现对所有检修设备的实时状态监控和预防修，监控分析检修设备资源利用情况，保证资源利用最大化。
（6）面向一体化作业管理的作业进度监控、过程安全卡控、三检一验质量卡控，保证作业安全和动车组出库的安全。
（7）基于RFID的大配件实时跟踪管理，提高检修效率，保证动车组运行的安全。（8）系统可计算由于备件消耗、人员工时消耗和机器工时消耗所产生的材料成本和工时成本，实现维修成本分析。
动车段动车组管理信息系统 车辆工厂动车组管理信息系统 动车组检修 管理信息系统 车辆工厂新造履历填报软件 车辆工厂检修信息管理软件 图1 中国动车组管理信息系统架构 4 中国动车组管理信息系统功能设计
动车组运用管理信息系统和动车组检修管理信息系统以运用、维修、技术、物流四类核心业务为主线，以实现动车组相关业务管理全面信息化为目标，涵盖生产管理、生产支持、经营管理三方面[1]。其中，生产管理方面包括调度管理、作业管理2个子系统，生产支持方面包括技术管理、物流管理、设备管理、安全管理、质量管理5个子系统，经营管理方面包括生产成本管理、综合管理、统计分析与决策支持3个子系统。
调度管理子系统包括调度命令管理、月周生产计划管理、日生产计划管理、调车计划管理、生产动态监控、现在车组管理、车载动态监控、乘务管理、接送车管理、运用实绩与走行公里、实绩上报和调度报表等。
作业管理子系统包括作业工单管理、作业派班管理、作业过程控制、一体化作业进度监控、上下岗管理、作业记录管理、作业质量管理和作业实绩统计等。
技术管理子系统包括维修工艺管理、动车组履历管理、重要配件履历管理、检修数据综合管理、故障管理、维修知识库管理、动检车数据管理、技术分析、配件寿命管理、技术资料管理、文件管理和远程技术支持等。
物流管理子系统包括配件仓储管理、配送管理、回收管理、采购管理、供应商管理、合同管理和统计分析等。
设备管理子系统包括设备技术档案、设备维修规程管理、设备使用管理、设备点检管理、设备维修管理、设备技术状态管理和设备更新改造管理等
质量管理子系统包括质量检查、质量分析、质量整改、质量考核、验收管理和委托修质量管理等。
安全管理子系统包括生产安全检查管理、安全问题库、安全考核整改、安全风险管理和安全会议管理等。
生产成本管理子系统包括年度维修概算编制、单车组维修成本核算、单部件维修成本核算、阶段成本统计分析和委托修成本清算等。
综合管理子系统包括基础信息管理、人员配置管理、培训管理、模拟培训平台、绩效管理、人员一卡通管理和信息传递与发布平台等。
统计分析和决策支持子系统包括业务数据统计报表、主题数据分析、综合信息查询、决策预案和生产监控。中国动车组管理信息系统关键技术
（1）动车组可靠性维修体制及技术
基于计划修、故障修和状态修相结合的动车组可靠性维修体制，通过加大车载状态监测传感器的安装及数据采集，加强状态智能预测模型的研究，实现故障预警，故障早预防，较低维修成本。
（2）动车组运用检修计划自动编制技术
需要建立动车组运用交路计划、动车组运用计划、动车组日常检修计划、动车所调车作业计划、动车组高级检车间调度计划五类计划的自动编制优化模型，研究全局智能优化算法，实现各类计划的自动生成和自动调整，提高人员劳动生产率，提高动车组的周转率，减少动车组的热备率，降低维修成本。（3）动车组故障管理技术
建立统一清晰的动车组部件分解模型，研究动车组故障的唯一编码和故障字典，实现故障录入的自动选择；对于新发现录入的故障，多次累计后，系统自动给出规范化建议，通过人工交互，实现故障字典及编码的不断完善。
（4）动车组运用、检修、物流配送、设备自动化监控一体化
综合靠考虑动车组运用、检修的均衡性，减少维修次数，降低维修成本，实现动车组运用、检修计划一体化自动编排[2]。为了提高检修效率，在编制检修计划同时，自动生成动车组配件需求计划和配送计划，实现检修、配件配送一体化。对于动车运用所、动车基地自动化检测设备、检修设备等，建立与动车组管理信息系统自动设备接口，一方面实现各类检测数据自动记入检修记录单，另一方面实时监测这些设备的运行状态，及时排除发现的故障，根据设备状态来编制并及时修订检修计划，实现检修计划与设备自动化监控一体化。（5）动车组车载信息和基地检测信息融合及应用技术
动车组车载动态监控系统实时监控动车组运行状态，并通过车地无线传输通道落地铁道部动车组管理信息系统，部、局动车调度人员实时监控动车组运行状态，对于发现的故障，需要立即解决，指挥动车随车机师进行应急处置；对于不影响运行的故障，动车运用所技术人员及时纳入当日检修计划，并提前做好检修安排，提高检修效率。其中需要研究大量车载信息处理技术和策略、故障识别模型。
（6）基于物联网及RFID的动车组及关键部件全生命周期跟踪管理技术[3]
对动车组及关键部件进行唯一编码，建立基于RFID的动车组及关键部件标识管理，建立动车组及关键部件的全生命周期模型，记录其从配属到报废全过程静态履历、走行公里、动态维修信息、故障信息和配件更换信息等动静态履历，实现动车组及关键部件的实时跟踪。建立动静态履历管理模块随着动车组配属变化、临时存放自动同步到新的运用所或基地或车辆工厂，方便动车组检修信息查询和录入。对于其他配件为了节省成本，在动车运用所、动车基地维修中可采用动态条码、油漆印制等方式进行标识管理。（7）基于检修实绩的动车组修程修制优化技术
分析统计动车组实际运行状态和故障状况，对动车组修程修制进行不断优化，提高检修的有效性，降低维修成本。
（8）动车组应急处理、维修知识库技术
研究动车组运行应急处理平台，实现动车调度人员、随车机师对运行中发现的紧急故障进行应急处置。总结维修知识，积累维修经验，建立维修知识库，引入机器学习，提高知识自动获取能力，实现维修知识共享，提高维修效率。（9）基于动车组故障分析的设计制造优化技术
基于分析统计动车组故障状况，对动车组设计制造流程、工艺、材料、配件提出优化建议，不断提高动车组的可靠性。
（10）基于SOA和工作流的动车组管理信息系统架构
采用SOA和ESB技术，实现动车组管理信息系统各子系统之间服务共享和信息交换；采用工作流技术建立动车组及关键部件的检修流程，可实现快速按需调整、重组和新建。（11）基于云计算和虚拟化数据中心技术的动车组网络修管理信息平台
采用云计算和虚拟化数据中心技术，实现分布式动车组管理信息系统硬件资源的共享，提高资源的利用率。特别是建立同构的各级、同级数据库架构，基于数据库复制技术，实现数据的自动同步和自动备份。
（12）动车组维修成本综合分析技术
实时记录动车组检修中的人员及工时、配件更换信息，可实时统计动车组维修成本，为动车组运营经济效益分析提供数据。
（13）地理信息系统、三维可视、定位技术在动车组管理信息系统中的应用 利用地理信息系统、三维可视、定位技术可实现在全路路网上动车组运行的可视化监控，故障的可视化展示，动车运用所和动车检修基地动车组的实时跟踪和可视化监控。其中在线运行的动车组可采用GPS、北斗卫星或列控系统进行定位，在所、基地的动车组可采用车号自动识别和站场计算机联锁系统进行定位。结束语
基于上述系统架构、功能和关键技术，开发了动车组管理信息系统，并在全路29个动车运用所、4个动车检修基地和铁道部、铁路局进行实施，系统的应用较好地实现了动车组各类信息的管理和快速查询，实现了动车组走行公里自动累计和各级检修修程自动预警，实现了动车组运用检修计划自动编排，实现了检修生产过程的安全作业卡控和进度监控，实现了动车组故障闭环管理，实现了检测检修设备的自动化监控和信息化维修，实现了配件出入库、消耗统计预警，实现了动车运用所和基地人员一卡通管理，为动车组高效检修、安全生产和现代化管理提供了重要支撑。
参考文献
[1] 铁道部.动车组管理信息系统总体方案[M].2009.[2] 王忠凯，史天运，张惟皎，等.动车组运用和检修计划一体化编制模型及算法[J]，中国铁道科学，2012，23(3).[3] 杨 京，姜飞鹏，韩激扬.高速列车运用维护的信息化管理.第七届世界高速铁路大会论文集，中国铁道出版社，2010.
