（车辆工程专业论文）货车转向架关键零部件寿命管理决策支持系统的研究.pdf

中文摘要 摘要：货车车辆及其主要零部件的寿命是货车车辆设计制造和运用维修中的一个 重要问题。长期以来，我国货车及各部件没有实行寿命管理，整车及零部件均实 行根据状态报废。这样做虽然充分利焉货车及瓤 孛的价值，但是也给货车安全带 来严重的隐患。因此，对货车及其关键零部件实施寿命管理，是保证铁路运输安 全的重要手段之一，是保证运用货车整体技术状态稳定的措施之一，是货车实施 维修改革的主要内容之一。 本文使用v c h 程序语言开发了货车寿命管理决策支持系统( h c d s s ) 。文中 主要介绍了以下四个方面的工作： 首先，运用o r a c l e 、a c c e s s 数据库技术和s q l 语言技术将h m i s 数据库 转换为h c d s s 数攥库，实现了数据昀预处理。 其次，利用可靠性理论的方法，根据转向架关键零部件的检修情况，统计分 析了其故障模式，找如关键零部件的几个主要故障，并在对其故障时间规律进行 分析的同时提供了其故障原因、赦障危害和改进措施等决策支持信息。 荐次，利用数理统计方法，通过对转向架关键零部件的主要故障的分析，得 到零部件的寿命分布规律、最佳维修周期和使用寿命，从而可以为决策者的决策 提供有力的支持。 最后，运用获色理论的灰色预测法，建立了新型的经济寿命分柝模型，很大 程度上弥补了以前经济寿命分析模型的许多缺点，为今后经济寿命的分析工作打 下了坚实的理论基础。 通过开发货车寿命管理决策支持系统，可以实现对货车转自架关键零部件进 行科学有效的寿命管理，从而对于进一步完善货车维修制度，达到优化资金投入， 降低车辆的事故发生，继续推进货车维修制度改革，为我国铁路货车维修、零部 件服役寿命延长、管理水平和设计与世赛先进水平接轨提供一定的借鉴。 关键词：寿命管理；数据库；模型库；决策支持 分类号：u 2 7 9 3 + 4 ；t p 3 9 9 a bs t r a c t a b s t r a c t ：t h el i f eo fv e h i c l e sa n dk e yp a r t si sa l li m p o r t a n tp r o b l e mw h i c hm u s tb er e a l i z e d o nt h ev e h i c l e sd e s i g n ，o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e s i n c el o n gt i m ea g o ，v e h i c l e sa n dk e yp a r t sd i d n o tc a r r yo u tl i f em a n a g e m e n t ，w h e t h e rb ed i s c a r d e da su s e l e s sb a s e do nt h e i rs t a t ei no u rc o u n t r y i n t h i sw a y , t h ev a l u eo ft h ev e h i c l e sa n dk e yp a r t sw o u l db ew e a l t h yu s e d ，b u ti tc o u l da l s ob r o u g h t s e r i o u sh i d d e nt r o u b l e c o n s e q u e n t l y , t h ed e v e l o p m e n to ft h ev e h i c l el i f em a n a g e m e n ti s ，a m o n gt h e m e a n sf o rg u a r a n t e eo ft h es a f e t yo fr a i l a g e ，a m o n gt h em e t h o d sf o rg u a r a n t e eo ft h ew h o l et e c h n i c a l e s t a t eo f v e h i c l e ，a m o n gt h ep r i m a r yc o n t e n t sf o rt h ei m p l e m e n to f m a i n t e n a n c er e f o r mo l lv e h i c l e u s i n gv i s u a lc + + p r o g r a m m i n gl a n g u a g ed e v e l o pw a g o nl i f em a n a g e m e n td e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m ( h c d s s ) i n t r o d u c i n gw o r ko nf o u ra s p e c t sa sf o l l o w s ： a tf i r s t ，u s i n go r a c l e 、a c c e s sd a t a b a s et e c h n i e a l sa n ds q ll i n g u a lt e c h n i c a lc h a n g et h e h m i sd a t a b a s ei n t oh c d s sd a t a b a s e n ep r e t r e a t m e n to f d a t ac a nb ea c h i e v e d 。 s c o n d l y , u s i n gt h er e l i a b i l i t yt h e o r y , b a s i n go nt h ee x a m i n ei n s t a n c eo fb o g i ek e yp a r t s ，f a u l t s m o d ew i l lb es t a t e d ，t h em a i nf a u l t sw i l lb ec o n f i r m e d ，a n dt h ed e c i s i o ns u p p o r ti n f o r m a t i o ns u c ha s t h ef a u l t s r e a s o n ，f a u l t s h a r ma n di m p r o v e m e n tm e t h o dw i l lb ep r o v i d e dw h e nt h em a i nf a u l t s t i m e r u l eb e i n ga n a l y z e d t h i r d l y , u s i n gm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c a lm e t h o d s ，t h r o u g ht h ea n a l y s e so ft h em a i nf a u l t so f b o g i ek e yp a r t s ，t h el i f ed i s t r i b u t er e g u l a r i t i e s ，t h eb e s tm a i n t e n a n c ec y c l e ，a n do p e r a t i n gl i f eo fk e y p a r t sw i l lb eg a i n e d a tt h es a m et i m e , t h ed e c i s i o nm a k e r sc a ng e tm a n ym e s s a g e sw h i c ha r e a v a i l a b l ef o rt h e i rd e c i s i o n - m a k i n g a tl a s t ，a ne c o n o m i cl i f em o d e lh a sb e e nf o u n d e d ，w h i c hi sb a s e do nt h eg r a yt h e o r y t h em o d e l c a l lp r o v i d ea c a d e m i cs u p p o r to nt h ea n a l y s e so fe c o n o m i cl i f em o d e li nt h ef u t u r e h c d s sc a na c h i e v eas c i e n t i f i ca n de f f e c t i v el i f em a n a g e m e n to gw a g o na n di t sk e yp a r t st o f u r t h e ri m p r o v ew a g o nm a i n t e n a n c es y s t e m ，a c h i e v et h ep u r p o s eo fo p t i m i z i n gi n v e s t m e n ta n d r e d u c i n gt h ef r e q u e n c i e so ft h ea c c i d e n t s ，a n dc o n t i n u et op r o m o t er e f o r mo fw a g o nm a i n t e n a n c e s y s t e m ，a n dg i v es o m ea s s i s t a n c e st ot h em a i n t e n a n c eo f0 1 1 1 n a t i o n sr a i l w a yw a g o n ，p r o l o n gt h e l i f e 。s p a no ft h ek e yp a d sa n di m p r o v eo u rm a n a g e m e n tl e v e lt oa p p r o a c h t h ew o r l d sa d v a n c e dl e v e l k e y w o r d s ：l i f e m a n a g e m e n t ；d a t a b a s e ；m o d e lb a s e ；d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m c l a s s n 0 ：u 2 7 9 3 + 4 ：t p 3 9 9 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毁供查阅和借阕。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：k 罗年多月够嚣 签字日期：毋年彳 砰 刖? 日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的磷究成果，也不包含为获 | 馨北京交通大学或其健教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 月f 岁日 致谢 春暖花开，两年的硕士生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却 只是个逗号，我将面对又一次征程的开始。两年的求学生涯在师长、亲友的大 力支持下，走得辛苦却也收获满囊。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡 的人，我的导师宋永增副教授。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬 的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的 精神氛围。授入以鱼不如授人数渔，置身其闯，耳濡目染，潜移默化，使我不仅 接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，掌握 了通用的研究方法，而且还明自了许多待人接物与为人处世的道理。 在课题完成期间，铁道都赞运处的陈雷处长在课题的研究方向、数据的提取 方面给予了大力支持，同时郭晓龙、郭乃文、李彦青等同学在我开发系统、撰写 论文期间给我提供了许多帮助和宝贵意见，在此一并表示衷心的感谢。 同时，感谢多年来一直支持和关怀我的父母和姐姐，你们的爱是我前进的最 好动力。 1 概述 1 1 我国铁路货运现状及发展方向 铁路是我国经济的重要基础设施，是国民经济的大动脉，它的科技水平和整 体素质是反映国家现代化程度的一个重要方面，是综合囡力的重要组成部分。 铁路货车是铁路运输的重要设备，是完成铁路货运任务的物质基础。中国是 一个典型的大陆型国家，经济联系和交往跨度大，需要有一种强有力的运输方式 将熬个国家和国民经济联系起来，同时引导和促进其他运输方式的发展。铁路最 显著的特点是载运质量大、运行成本低、能源消耗少，即在大宗、大流量麴中长 以上距离的客货运输方露具有绝对优势，丽且在大流量、高密度的城际中短途旅 客运输中具有很强的竞争优势，是最适合中囡经济地理特征和人们收入水平的区 域骨干运输方式。尽管从2 0 世纪9 0 年代以来，中国高速公路和航空业获得了巨 大发震，对铁路运输形成了越来越明显的竞争。但是，铁路在国民经济中的支柱 作用和在中国综合运输网络中的担纲作用是其他运输方式难以替代的。就单方向 输送能力而言，铁路分别是航空、高速公路的弘1 0 倍和3 “倍。对于我国自然资 源分布极为不均、入均资源极其缺乏、大宗初级性物质运量占优的情况，铁路这 一运输方式在今届相当长的时闻内都将是最好的选择。 新中国铁路5 0 多年，铁路货车取得了质和量的长足发展，货车整体技术性能 得到了极大的提高，但仍不能适应我国国民经济迅速发展的需要。尤其是铁路旅 客列车经过6 次成功提速后，主要子线旅客列车运行速度达到了1 4 0 k m h 1 6 0 k m h ，在一些区段最高速度达到2 0 0 k m h ，由于铁路货车技术性能落后，已明 显不适应铁路整体技术的发展。我国铁路是客货混跑，这样的运输组织必然会制 约客货车速度进一步提高，客车提速带动了货车的提速。铁道部极其重视货车的 提速，在客货混跑的线路上，客货列车将取得一个新的速度匹配，并将维持相当 长的时间。 随着铁路运输提速、重载战略不断向纵深推进，对车辆的安全性要求越来越 高。特别是在我溺客、货列车弱线交叉混跑的情况下，货车技术状态的稳定性已 是保证铁路运输安全和运输秩序的关键。在当前运输市场竞争如此激烈的情况下， 铁路货运要想保持持续、稳定、健康的发展，建立货车关键零部件寿命管理系统 越来越有必要。 1 2 维修基本理论及我国车辆维修现状n 1 铁路货车是铁路运输的主要技术设备，是完成铁路货运任务的物质基础。机 车车辆维修是保持和提高铁路运输能力的重要因素；是铁路安全运输的重要保证； 是产生效益的巨大源泉；是保持社会经济可持续发展的重要环节；是企业树立信 誉、完善售后服务的重要手段。下面将简述维修的基本理论以及我国机车车辆维 修的现状和存在的问题。 1 2 1 维修思想与维修制度 根据标准( g b t 3 1 8 7 1 9 9 4 ) ，维修的定义为：“为保持或恢复产品处于能执行 规定功能的状态所进行的所有技术和管理，包括监督的活动。维修可能包括对产 品的修改。” 维修思想和维修制度大致可分为以下三个体系： 1 “事后维修”的维修思想，是比较原始的一种维修思想，这种维修思想是在 设备发生故障以后才进行维修保养。 2 “以预防为主”的维修思想，要求设备及其零部件在即将磨损到限或破坏之 前要及时更换、修理，将维修工作做在故障发生之前。在这种维修思想指导下， 形成了以磨损理论为基础的计划预防维修制度。 3 “以可靠性为中心 的维修思想及其维修制度是在“预防为主”维修思想及 计划预防修制的基础上发展起来的。“以可靠性为中心”的维修思想认为，一切维 修活动( 改进性维修除外) 归根结底都是为了保持和恢复设备的固有可靠性。 1 2 2 维修方式 维修方式是指对设备维修时机的控制。也就是说，对维修时机的掌握是通过 采用不同的维修方式来实现的。目前的维修方式有三种：定时维修、视情维修和 事后维修。 1 定时维修 定时维修是以使用时间作为维修期限，只要设备达到了预先规定的时间，不 管其技术状态如何，都要进行规定的维修工作，这是一种强制性的预防性维修。 其缺点是只适用于已知寿命分布规律，并且有磨耗故障期的设备，这种设备的故 障与使用时间有明确的关系。而对于那些没有磨耗故障期的复杂设备不适用。 2 视情维修 视情维修又称状态修，是按照设备实际技术状况来确定维修时机。它不对设 2 备规定维修期限，不固定拆卸分解范围，丽是在检查、监测、监控其技术状况的 基础上。确定设备的最佳维修时机。其缺点是费用高，需要透当的监测、诊断条 件和较高的维修人员素质，因此适用于贵重的关键设备和危及安全的关键机件。 3 事后维修( 修复性维修) 事后维修又称为修复性维修或故障修，是指设备发生故障后，使其恢复到规 定状态所进行的维修活动。 1 2 3 维修等级 我国车辆维修等级分为厂修、段修和辅修三类。 “ 1 厂修，由车辆工厂负责，对车辆进行全面彻底的检查和修理。要求厂修后 的车辆达到或接近新车的性能水平。 2 段修，由车辆段承担，对车辆进行麓够全面的检查，根据规程规定的施修 范围更换或修复其损坏和磨损过限的部分。 3 辅修，是对车辆制动机和轴箱油润部分进行检修。货车辅修在检修所( 线) 进行，客车辅修一般在车辆段库停时间进行。货车检修周期见表1 1 。 表1 - 1 货车检修周期 t a b l e1 - 1w a g o ne x a m i n e - s p a n 率种厂修段修辅修 普遂钢瓣候镶 加冰冷藏车6 年 酸碱类罐车、液化石油气罐车、液 4 年 8 年 1 年6 个月 氮罐车 棚车、敝车、平车、矿石车、贯彻、 家畜车、粮食车、水泥车、活鱼车、 5 年8 年1 年 守率、载重6 0 t 的凹型乎车 6 个月 不鬻翔的专用车、载重9 0 t 及以上8 年 2 年 的货车 c 6 2 a 、c 6 2 a ( n ) 、c 6 4 、x 6 a 、p 6 2 、 6 年9 年1 5 年 p 6 2 n 、p 6 3 及薪翌遽耀货车 1 2 4 我国现行维修制度存在的问题与建议 l 。我国机车车辆维修铡度非常落后 尽管1 0 余年来我国机车车辆制度改革取得了丰硕成果，但必须清醒地认识到 3 与发达国家相比还比较落后，因此应加快维修制度改革进程，大力推进和完善分 层次、多样化的维修模式，加快试行及推广轻大修、重大修和重造的维修模式。 同时还应鼓励和引导各铁路局进行其它维修模式的尝试。 2 在修时间太长，维修周期还有潜力 我国机车车辆大修在修时间太长。大修周期虽经延长，但仍有潜力可挖。显 然我国机车车辆维修频繁、修时太长，降低了机车车辆利用率，增d n t 维修费用， 加大了建设投资。 3 维修理论基础薄弱，缺乏系统的研究和培i j i l 多年来，我国维修理论基础薄弱，缺乏系统的理论研究和培训，致使实践中 经常出现基本概念混乱，导致错误维修的现象。因此，应重视和加强维修理论的 研究，加强可靠性工程、维修性工程和维修策略的研究，特别是维修经济性方面。 4 在采办和设计中缺乏可靠性、维修性工程的应用 国外发达国家在购置机车车辆时，用户要提出可靠性、维修性要求，将指标 写入合同中，并在机车车辆交货后进行检验验证。因此，近代制造厂家在设计时， 除对机车车辆性能和结构进行设计外，还要进行可靠性和维修性设计、验证等。 我国机车车辆的采办和设计在这方面还没有要求和实施，因而机车车辆可靠性和 维修性得不到保证。我国应尽早开展这方面的研究，在机车车辆的采办和设计中 引入可靠性、维修性指标，并进行检验验证。 检修制度的合理与否直接关系到车辆的安全性和经济性。而根据经验确定检 修周期，不仅带有很大的主观性，而且无法适合货车提速以后货车零部件的维修 管理。这样不仅提高了车辆及其零部件的维修成本，同时也对运输安全造成很大 的威胁。在车辆结构r 趋复杂和使用负荷不断提高的条件下，如何运用现代科学 理论与方法来改善车辆运用、维修中的一些基本状况已经成为当务之急。 1 3 我国铁路货车寿命管理工作的现状 铁路寿命管理是指以设备经济地实现其服役全寿命为目标，在对设备状态进 行检测和评估的基础上优化设备运行与维修管理的新技术。对车辆及其关键零部 件实行寿命管理，成为保证铁路运输安全的重要措施之一。货车转向架在列车中 占据着重要位置，其寿命直接影响列车运行是否安全。由于货车运输条件比较复 杂，从而使转向架关键零部件检修工作的管理和决策缺乏可靠依据，目前，该课题 方面的研究尚不完善。因此，开发货车及其关键零部件寿命管理决策支持系统， 对铁路转向架关键零部件寿命管理提供决策支持，最大限度地提高车辆的利用率 4 是非常必要的。 转8 a 型转向架曾是我国铁路通用货车的主型转向架，3 0 多年来基本满足了 铁路货运的要求。然而随着列车速度的提高，转8 a 型转向架先天存在的问题日益 突出，不仅严重的制约了货车的提速，而且也影响了客车速度提高的进一步发展。 为了提高转向架的性能，我国引进并研制了一些较先进的转向架，如转8 a g 型， 转k 2 型，转k 6 型等转向架。不过，霉蓊已积累了大量的转8 a 型转向架维修数 据。转8 a 型转向架虽然已停止使用，但对其损伤规律及使用寿命的研究，为预测 新型转向架的寿命具有非常现实的意义。 货车车辆及其主要零部件的寿命是货车车辆设计制造和运用维修中的一个重 要问题。在设计制造中应保证货车车辆主要零部件的寿命尽可能同步，采取各种 设计和工艺措施来提高货车车辆及其零部件的寿命；在运用维修中应制定合理完 善的维修策略，保持和改进货车车辆及其主要零部件的可靠性和延长它们的寿命。 但是，货车车辆的制造商和使用者往往拿不道相关的寿命值来，所以进行货车车 辆的寿命管理的研究已成为当务之急。 寿命管理是指以设备经济地实现其服役全寿命为目标，在对设备状态进行监 测和评估的基础上优化设备运行与维謦管理的新技术。长期以来，我豳货车及各 部件没有实行寿命管理，整车及零部件均实行根据状态报废。这样做虽然充分利 用货车及配件的价值，但是也给货车安全带来严重的隐患。因此，对货车及其关 键零部件实旌寿命管理，是保证铁路运输安全的重要手段之一，是保涯运用货车 整体技术状态稳定的措旄之一，是货车实旌维修改革的主要内容之一。 1 4 本文研究的主要内容 本论文的主要功能是利用统计学的方法，根据摇枕和侧架等零部件的检修情 况，对其疲劳寿命进行分析；并且要找出各种因素对疲劳寿命的影响，找出转向 架关键零部件( 摇枕和侧架) 的几个主要故障，并对其故障原因、故障危害和改 进措施进行分析。最后，通过对主要故障的单独分析找到故障规律并计算最佳维 修周期和经济寿命为决策提供有效的支持。 爨体的研究内容可分为以下几点： 1 货车关键零部件检修运用数据的研究 根据各车辆段、大修厂提供的数据，对零件使用寿命进行统计。包括各零件 的出厂目期、开始使用日期、检修日期、疲劳损坏状况、报废同期，等等。 2 。货车关键零部件故障模式的研究 利用统计所得数据，分析货车关键零部件的几个主要故障，并对其故障原因， 故障危害和改进措施进行理论分析，为决策者提供理论支持。 3 货车关键零部件主要故障的研究 利用数理统计的方法，根据货车的摇枕和侧架等零部件的检修情况，通过对 数据的处理，判断其分布函数的类型，利用可靠性工程的理论，计算出包括寿命 值在内的可靠性特征参数值，从而确定货车关键零部件的维修周期，为以后的检 修等操作提供指导和帮助。 1 5 本章小结 我国铁路列车客货交叉混跑，铁路提速对货车稳定性要求提高：我国现行的 维修制度不完善，像维修周期、使用寿命之类的维修管理的重要参数大都根据经 验确定，这样不仅提高了车辆及其零部件的维修成本，同时也对运输安全造成很 大的威胁；长期以来，我国货车及各部件没有实行寿命管理，给货车运行带来严 重的隐患。因此，铁路货运要想保持持续、稳定、健康的发展，建立货车关键零 部件寿命管理系统越来越有必要。 为了建立合理完善的货车转向架寿命管理决策支持系统，本文从三个方面进 行了研究分别是：货车关键零部件故障模式的研究、货车关键零部件主要故障的 研究和货车关键零部件检修运用数据的研究。 6 2 货车关键零部件寿命管理决策支持系统( h c d s s ) 的设计 2 1 决策支持系统概述乜1 2 1 1 决策支持系统的产生与发展 2 世纪7 0 年代末，学术界对子应用系统分析、传统运筹学、管理信息系统 ( m i s ) 进行了认真的反思。人们也期望一种新的用于管理的信息系统，它在某种 程度上可为决策者提供一些切实可行的帮助。 主世纪7 0 年代中期k e e n 和s c o t tm o r t o n 创造的“决策支持系统( p s s ) 得 到了迅速的发展，已成为系统工程、管理科学、人工智能等领域十分活跃的研究 课题。1 0 余年来，以d s s 为“标签 的研究课题、各种实际系统，以及少数成功 案例的介绍像雨蘑春笋一样出现在国内外的有关刊物或报告之中。然褥，像所有 处于发展之初的学科和研究方向一样，d s s 离成熟阶段尚有很长的距离，一系列 理论和实际问题尚待解决。 经过几年的努力和发展，d s s 研究基本走上了正轨，所开发的系统也得到广 泛的疲用。p e t e rg w 、k e e n 等入编辑了套丛书，阐述决策支持系统的主要鼹 点，并把到2 0 世纪7 0 年代末为止的各种实践的、理论的、行为上的和技术上的 观点综合在一起，初步构造出d s s 的基本框架。 近年来，专家系统麴研究发展很快，它给d s s 注入了新的活力，增强了d s s 系统的主动功能，例如知识库的组织和推理。目前，如何让机器和入一起完成一 系列信息处理活动，仍然是d s s 研究的重要目标。 在未来的年代中，d s s 除了涉及到与计算机有关的技术之外，将进一步涉及 到智麓技术，例如在人机界面上的自然语言理解和处理。值得注意的是，我们的 着眼点仍然在辅助决策上，这就要求我们结合目标和背景运用智能技术，而不是 在计算机上开发智能技术。这在某种意义上也告诉我们，d s s 的继续发展必须面 向实际，更多地解决实际闻题。 2 1 2 决策支持系统的结构 对决策支持系统发展影响魄较大的两个结构形式有三角式结构和圈库三功能 7 结构。下面分别对d s s 的这两个结构进行介绍。 l 、三角式结构 三角式结构是把d s s 的三大构件组成一个三角式的网络结构，如图2 ，i 所示。 用户通过对话管理部分以各种对话形式直接与数据管理和模型管理部分对话、查 询或操作数据库、运行模型获得结果。在查询数据库时，根据对话管理部分送来 的命令信息，由数据管理部分进行查询，然后再把结果经由对话管理部分送回用 户。在运行模型时，或者直接从外界( 用户) 获得输入参数，或者从数据库中查 出数据作为输入，模型运行后产生的结果通过对话管理部分直接送给用户，或先 放入数据库以便继续处理，或作为其他模型的输入。所以三个管理部分都有直接 联系，而且两两之间应有互相进行通信的接口。 图2 - l 三角式结构 c h a r t2 1t h r e e - c o r n e r e df r a m e 2 、四库三功能结构 四库三功能的系统结构如图2 2 所示，这个结构是一种初级的智能d s s 。由于 增加了知识库及相应的推理系统，使d s s 对于决策者的支持能力大大增强。在某 种意义上来说，该系统的推理被看成一个准专家系统。从知识的获取、解释、表 示和推理所使用的基本技术来看，它与专家系统几乎没什么区别，其主要原因是 它引入了知识库和推理机的应用。 图2 2 具有四库三功能的d s s c h a r t2 - 2d s sw h i c hh a v ef o u rs t o r e r o o m sa n dt h r e ef u n c t i o n s 2 2 货车关键零部件寿命管理决策支持系统( h c d s s ) 的设计国1 随着h m i s 系统的开发实施，为货车转向架关键零部件寿命管理制度提供了 强大的技术支持。h m i s 系统通过计算机、网络、通讯技术实现了全路的数据共享， 并在其输入系统中将货车转向架关键零件寿命管理所需信息输入了系统数据库。 因此，h m i s 也为货车维修管理决策支持系统准备了一个坚实的平台。 在h m i s 的总体设计文件中，其硬件环境有巨大的数据存储能力和强大的数 据处理能力。借助上述完整的h m i s 软硬件环境，我们初步构思了如图2 3 所示的 货车关键零部件寿命管理决策支持系统( 以- f 衙称h c d s s ) 。 圈2 - 3h c d s s 结构缰成圈 c h a r t2 - 3h c d s s sb u i l d u p 2 2 1h c d s s 系统目标及系统结构 h c d s s 系统的目标是建立一个由数据库系统、模型库系统和用户界面三个子 系统组成的决策支持系统。实现对货车转向架关键零部件进行科学有效的寿命管 理，从而进一步完善货车维修钊度，达到优化资金投入，降低车辆的攀敖发生， 继续推进货车维修制度，为我国铁路货车维修、零部件服役寿命延长、管理水平 和设计与世界先进水平接轨提供一定的借鉴。 经过前面的介绍与讨论，我们决定h c d s s 采用三角式结构。因为这种结构无 论从开发还是使用角度来看，都比其它结构要方便、实用。 9 h c d s s 系统结构采用典型的三角式结构，如图2 4 所示。 图2 4h c d s s 系统结构图 c h a r t2 _ 4h c d s s sf r a m e 1 模型库。模型库里的数学模型分三类：一是故障统计分析模型；二是维修 计划模型；三是使用寿命模型。另外模型库中还包含数据处理模型。 2 数据库。数据库包括设备的检查维修记录、故障时间、维修费用等信息。 3 用户界面。系统为用户提供了一个人机交互的环境，按用户要求输出图形、 表格、运算结果、推理结论以及推理的依据，使用户充分了解系统运算结果和推 理结论，并结合用户自己的经验分析和判断做出维修决策。 2 2 2 系统结构设计基本方案 h c d s s 决策问题主要是运用h m i s 数据库中的数据信息。该决策问题涉及到 6 类模型，即数据提取模型、数据预处理模型、故障规律统计模型、维修周期模型、 使用寿命模型以及绘图模型。 数据提取模型和数据预处理模型属数据处理模型，前者用于从h m i s 数据库 ( o r a c l e 数据库) 中提取有用的字段信息，存入h c d s s 数据库( a c c e s s 数据库) ； 后者是为了实现数据库中数据与模型库中模型相匹配，对a c c e s s 故障记录数据库 中的数据进行预处理。故障规律统计模型、维修计划模型和使用寿命模型属数学 模型。故障规律统计模型是利用数据预处理模型提供的数据进行数学计算，获得 故障分布规律；维修周期模型要达到的目标是确定零部件最合理的维修周期，根 据不同的维修决策原则有不同的维修计划模型。使用寿命模型是要将零部件的有 形磨损和无形磨损两方面结合起来，科学地确定零部件的使用寿命以达到最大的 综合效益。绘图模型用于形象的显示故障规律等等。 为使模型部件和数据部件有机的结合在一起，要建立总控程序，即控制各模 型有序地进行，数据有效的存取，同时进行必要的人机对话，允许决策用户修改 维修方案和故障规律拟合方法，形成决策支持系统，达到人机共同决策。该决策 支持系统的基本方案按目前分析的模型和数据库进行组合运算，得出辅助决策信 1 0 息。其决策流程如图2 5 所示。 2 3 本章小结 图2 5h c d s s 决策流程 c h a r t2 - 5d e c i s i o n - m a k i n gf l o wo fh c d s s 决策支持系统( d s s ) 的发展经历了漫长的过程，焉越以着d s s 的发展会面 向实际，更多地解决实际问题。对决策支持系统发展影响比较大的两个结构形式 有三角式结构和四库三功能结构。 货车关键零部件寿命管理决策支持系统的霉标是建立一令由数据麾、模型库 和用户界面三个子系统组成的决策支持系统，实现对货车转向架关键零部件进行 科学有效的寿命管理。为此，可以将系统分为两大模块分别是货车转向架故障模 式分析模块和货车转向架关键零部件主要故障规律分析模块，这两个模块又可以 缨分为6 个模型分别是邸数据提取模型、数据预处理模型、故障规律统计模型、 维修周期模型、经济寿命模型以及绘图模型等。 1 2 3h c d s s 数据库及其数据预处理 数据库系统是由数据库管理系统、数据库、用户和计算机系统组成的具有高 度组织的整体。数据库是以一定的组织方式存储在一起的数据集合，它能以最佳 方式、最少数据重复为多种用户( 或应用程序) 服务，数据的存储方式独立于使 用它的应用程序；数据库管理系统是管理和维护数据库的软件，其主要功能是维 护数据库系统的正常活动，接受并回答用户提出的访问数据库的各种应用请求， 如要求从数据库中检索信患等。也就是说，数据库管理系统处理焉户对数据库的 操作，负责数据库组织的逻辑细节和物理细节的处理，使用户可能不受这些细节 的影响，从而可以从更加抽象的观点看待和使用数据库。 本系统所用到的数据库( h c d s s 数据库) 是从h m i s 数据库转化两来的，它 主要是以a c c e s s 数据库形式存放的，而h m i s 数据库是用o r a c l e 形式存放的。 3 1 货车管理信息系统( h m i s ) 简介 3 1 1h m i s 概述4 1 h m i s 是铁路货车技术管理信息系统的简称，是在铁路信息化建设规划和技术 的指导下，利用计算机网络、通信技术实现铁路货车的生产组织、质量控制、技 术管理的信息系统。 h m i s ( 货车技术管理信息系统) 采用了隧前铁道车辆检修管理中较为先进的 软件程序，集数据统计、分析、生产和安全监控于一体。以往由人工操作的许多 繁杂工作，现在只需轻点鼠标就可完成。这个系统减少了工作中的许多环节，节 约了大量时闯与人力，使足不激户的办公梦想成为现实。据了解，该系统自建成 并经一段时间的运行后，各车辆段的生产效率显著提高，同时也促进了生产质量 和安全管理。 3 1 。2h m i s 数据分类嘲 h m i s 有许多子系统，可提供相应多釉数据内容。 运用子系统：录入扣车信息及生产作业信息，通过网络上传到段级数据中心。 1 3 生产组织子系统：年初制定全年修车计划以及加装改造计划，并可根据生产 任务进行灵活的调整；制定修车日计划；生产作业计划信息通过网络自动传达到 各车间，各车间根据计划信息安排生产；核实列检传来的扣车信息，安排检修车 辆入线，登记入线时间、调车入厂等。 站修子系统：通过电话拨入段数据中心，共享扣车信息，安排生产，由列检 员通过标签读出器及便携式车号信息转储仪采集车号信息( 整个货车技术履历信 息以车号位唯一线索存储) ，录入检修信息、修竣信息等，并通过网络上传段级数 据中心；同时，可以对比列检传来的故障信息，对故障进行闭合处理，确保了故 障全部解决，杜绝了未解决故障带来的事故隐患。 段修子系统：通过局域网，共享调度制订的修车日计划以及扣车信息。通过 标签读出器及转储仪采集车号信息，录入检修信息、修竣信息等，完成修车、修 配技术信息的采集。 轮轴子系统：通过局域网，共享修车日计划信息。录入轮轴卡片、1 9 7 7 2 6 型 滚动轴承检修记录等轮轴生产信息。 h m i s 这些子系统所采集到的数据都存储到o r a c l e 数据库系统中。 3 1 3h m i s 主要功能嗍 h m i s 设计范围覆盖国有铁路货车和参与铁路运营的企业自备货车技术管理 的主要应用单位和主要管理内容。主要包括：部运输局设备部，1 4 个铁路局车辆 处( 预留各铁路分局车辆分处) ，与货车技术管理有关的车辆段、车轮厂、机保段、 货车造修工厂、货车主要零部件造修厂( 预留) 等。它提供了货车从新造到报废 的整个寿命周期内，以车号为唯一线索的动态技术履历信息，它包括新造、厂修、 段修、辅修、临修、通过修、报废信息，以及车辆配件的更换信息、加装改造信 息、故障信息等。 下面对h m i s 系统功能作简要介绍。 ( 1 ) 宏观( 行业) 管理功能 运输局设备部建立具有全局和长期决策、管理功能的信息管理局域网，依靠 h m i s 部级应用系统以每辆货车的由新造到报废的全部技术数据建成铁路货车技 术信息动态库及相关技术管理信息。 宏观决策：为铁路运输提供货车技术的宏观信息。利用车号自动识别系统的 信息资源定时形成传统的货车清查才能完成的铁路货车的宏观决策信息。通过货 车技术动态信息库随时为铁路货车运输服务，保障安全，提供准确、及时、完整 的技术信息。 1 4 职位管理：按照运输局设备部货车技术管理的职能，形成具有车辆调度( 货 车部分) 、货车新造、厂修、段修、站修、运孺、轮轴、制动、安全、露备车、枫 保车、验收等技术管理的功能。 智能预测：货车及主要零部件寿命管理，货车定检到期预测及定检过期报警 等功能。 ( 2 ) 区域管理功能 各铁路局车辆处建立具有区域性和中长期决策、管理功能的信息管理局域网， 依靠h m i s 局级应用系统形成局域性的货车技术信息库及相关技术管理信息。 区域决策：贯彻落实铁道部的宏观决策信息，并根据区域内酶特性组织实麓 和管理。 职位管理：按照各局车辆处货车技术管理的职能，形成区域性的具有车辆调 度( 货车部分) 、货车段傲厂修、段修、站修、运用、轮轴、制动、安全、自各车、 机保车、验收等技术管理的功熊。 ( 3 ) 企业辅助决策、生产组织、质量控制和技术管理功能 各车辆段( 食车辆工厂、机保段、车轮厂等) 建立具有计划实施、生产组织、 震塞控制、技术管理及辅助决策功能的焦急管理局域网，依靠h m i s 段( 厂) 级 应用系统形成企业管理信息库及相关技术管理信息。 计划实施：按照逐级下达的货车生产计划，具有计划实施、兑现考核功能。 生产组织和质量控毒l ：按照生产计划，具有检修车扣留、入线预捡、技术俸 监、过程控制、质量验收、检修车、报废车管理等功麓。 技术管理：按照h m i s 段( 厂) 级出口规范，具有技术数据形成及上报功能。 3 i 4h m i s 数据库随 由于h m i s 利用o r a c l e 数据库系统来储存各种数据，我们得到的数据也都是 以o r a c l e 的b m p 文锌形式存放的。因此，我们有必要对o r a c l e 酶知识作简单介绥。 o r a c l e 是以高级结构化查询语言( s q l ) 为基础的大型关系数据库，通俗地讲 它是用方便逻辑管理的语言操纵大量有规律数据的集合。是目前最流行的客户服 务器( c l l e n w s e 心基r ) 体系结构的数据库之一。其主要特点如下： 1 o r a c l e 7 x 以来弓| 入了共享s q l 和多线程服务器体系结构。这减少了o r a c l e 的资源占用，并增强了o r a c l e 的能力，使之在低档软硬件平台上用较少的资源就 可以支持更多的用户，而在高档平台上可以支持成百上千个用户。 2 提供了基于角色( r o l 嚣) 分工的安全保密管理。在数据库管理功能、完整 性检查、安全性、致性方面都有良好的表现。 3 支持大量多媒体数据，如二进制图形、声音、动画以及多维数据结构等。 4 提供了与第三代高级语言的接口软件p r o * 系列，能在c 、c + + 等主语言中 嵌入s q l 语句及过程化( p l s q l ) 语句，对数据库中的数据进行操纵。加上它有许 多优秀的前台开发工具如p o w e rb u i l d e r 、s q l * f o r m s 、v i s u a lb a s i c 、 v i s u a lc + + 等，可以快速开发生成基于客户端p c 平台的应用程序，并具有良好的 移植性。 5 提供了新的分布式数据库能力。可通过网络较方便地读写远端数据库罩的数 据，并有对称复制的技术。 3 2h c d s s 数据库 3 2 1h c d s s 数据库简介嘲 h c d s s 数据库是以a c c e s s 的形式存放的，因此下面将对a c c e s s 做简单介绍。 a c c e s s 是微软公司推出的基于w i n d o w s 的桌面关系数据库管理系统 ( r d b m s ) ，是o f f i c e 系列应用软件之一。它提供了表、查询、窗体、报表、页、 宏、模块7 种用来建立数据库系统的对象；提供了多种向导、生成器、模板，把 数据存储、数据查询、界面设计、报表生成等操作规范化；为建立功能完善的数 据库管理系统提供了方便，也使得普通用户不必编写代码，就可以完成大部分数 据管理任务。 a c c e s s 是一种关系型数据库管理系统，其主要特点如下： 1 、存储方式单一 a c c e s s 管理的对象有表、查询、窗体、报表、页、宏和模块，以上对象都存 放在后缀为( m d b ) 的数据库文件种，便于用户的操作和管理。 2 、面向对象 a c c e s s 是一个面向对象的开发工具，利用面向对象的方式将数据库系统中的 各种功能对象化，将数据库管理的各种功能封装在各类对象中。它将一个应用系 统当作是由一系列对象组成的，对每个对象它都定义一组方法和属性，以定义该 对象的行为，用户还可以按需要给对象扩展方法和属性。通过对象的方法、属性 完成数据库的操作和管理，极大地简化了用户的开发工作。同时，这种基于面向 对象的丌发方式，使得开发应用程序更为简便。 3 、界面友好、易操作 a c c e s s 是一个可视化工具，是风格与w i n d o w s 完全一样，用户想要生成对象 1 6 并应用，只要使用鼠标进行拖放即可，非常直观方便。系统还提供了表生成器、 查询生成器、报表设计器以及数据库向导、袭向导、查询离导、