刘 隽

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所，北京 100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 国家铁路智能运输系统工程技术研究中心，北京 100081）

1 高速铁路动车组检修正点率统计分析系统总体架构

1.1 动车组检修正点率作业现状

为保证高速铁路快速、安全、舒适、高效运行，需要注重对动车组的日常整备、检查、保养和修理，以提高动车组的效能，促进高速铁路的良好发展。高速铁路动车组的检修统一由分布全路的各动车段内进行，检修的内容包括检查、检修、卸污、探伤、司乘、整备等作业，涉及到车务、机务、车辆、客运、电务、供电等工种[1-3]。动车组检修作业按照检修计划执行，检修计划是依据动车组检修规程和动车组运用计划，安排动车组进行某项检修作业的具体时间和地点。检修计划与动车组运用计划紧密关联，动车组只有在动车段内按检修计划完成了检查、整备、保养等检修作业后才能继续执行下一阶段的运用计划，因而检修计划的执行效果直接关系到每日上线运行动车组的运用情况。“检修正点率”是验证计划能否有效指导检修作业，衡量计划编制水平及计划执行情况的重要指标。动车组检修作业按计划在规定的时间段内，在指定的检修地点顺利执行完毕，称为“检修正点”，否则称为“检修晚点”。

目前，在全路动车段广泛应用了动车组信息系统和行车调度系统，信息系统负责动车组运用维护的信息化管理；调度系统负责动车段列车、调车作业的管理与执行。这2个系统通过协作在计划层面实现了动车组运用计划与检修计划的一体化编制[4]，以及与动车段内列车运行调整计划、调车计划的关联[5-6]；在执行层面实现了对列车、调车作业执行进度的追踪与作业计划自动报点[7]。因此，在动车组行车指挥方面已经形成了“计划—执行—反馈”的闭环管控流程。但是，在检修作业执行效果评价方面，由于缺少检修计划执行情况的反馈环节，无法对动车组检修正点率进行定量计算，导致检修管理的闭环流程无法实现，当出现检修作业未能在计划时间内完成时，无法有效定位作业晚点原因。另外，列车、调车作业执行情况对检修作业的影响尚未被列入管控范围。因此，为了实现动车组检修作业的全过程管理，需要对检修计划执行情况进行定量评估，对动车组检修正点率进行高效、准确、实时的统计分析，确保动车组检修管理的闭环流程。

1.2 动车组检修正点率统计分析系统总体架构

对动车组检修正点率进行统计和分析是动车段检修生产一线的迫切需要[8]，因而满足动车组检修作业特点的动车组检修正点率统计分析系统(以下简称“统计分析系统”)应运而生。统计分析系统利用调度系统记录的动车组位置追踪数据，通过时间、车组号、停车位置相结合的方式推算出动车组的实际出入检修库的时间，以及动车组的实际检修股道，并将其与信息系统的检修计划进行比对，得到每个检修计划对应动车组的实际检修时间，进而判断检查、整备、保养等项检修作业是否按计划执行。基于上述信息，统计出某时间段内的动车组检修正点率及动车组检修总量。通过这些统计结果，有助于分析检修计划未能正确执行的原因，为合理分配检修资源提供依据，同时也为有针对性地优化检修计划提供基础数据。由于在统计分析过程中引入了调度系统的动车组位置追踪数据，因而能够揭示出调度指挥对动车组检修的影响，从而为调度、检修计划的精细化编制与调整提供依据，全面提升动车段整体作业效率与资源利用率。

统计分析系统采用了企业级应用系统常用的3层架构。3层架构是指将应用系统的处理逻辑分解到3个架构层中，分别实现信息展现、业务逻辑和数据访问功能，进而达到层内功能模块高内聚，层间功能模块低耦合的目的，提高系统的可理解性和可维护性。统计分析系统中负责信息展现的是用户界面层，用于处理用户的鼠标、键盘操作指令，并显示统计分析结果和信息提示；执行业务逻辑的统计分析层负责内部数据操作，包括原始数据处理(ETL操作)、数据检查、数据缓存，最终实现统计分析计算；数据访问层负责统计分析数据的共享，以及数据库的接口访问与管理。统计分析系统总体架构如图1所示。

统计分析系统的主要功能就是对动车组检修作业数据进行计算，因而在总体架构中，统计分析层处于核心地位，实现了全部的计算功能。统计分析层一方面通过位于其底部的数据访问层从信息系统和调度系统数据库中获得计算所需的原始数据；另一方面将其统计分析的计算结果推送给用户界面层，并向用户展示，统计分析层也能够通过数据访问层实现计算结果的对外共享发布。

统计分析系统弥补了原来缺失的检修计划执行情况反馈环节，确保动车组检修作业管理的完整闭环，完善了动车组检修管理流程。

图1 统计分析系统总体架构Fig.1 Overall architecture of statistical analysis system

2 高速铁路动车组检修正点率统计分析系统功能

2.1 统计分析层

统计分析层由统计分析、ETL操作、数据检查、数据缓存4个主要功能模块构成。统计分析是核心，其他模块在执行流程的不同阶段为其提供服务支持。统计分析模块实现了检修正点率统计分析；ETL操作模块负责完成原始数据准备工作；数据检查模块负责在执行统计分析计算前对输入数据进行时效性和完整性检查，剔除无关内容，减少计算量；数据缓存模块负责存储统计分析计算的过程和结果数据，为后续的信息输出做准备。

2.1.1 检修正点率统计分析方法

与传统的机车车辆相比，动车组的检修作业具有鲜明的特点。一方面，动车组的检修作业在动车段检修库的检修股道上进行，检修计划的核心内容就是检修库内的股道运用计划，提高动车组检修效率的关键是提高检修库股道的使用率。另一方面，依照动车组列车“日间运行，夜间检修或库停”的运营特点，动车组检修主要在夜间进行，因而检修库内夜间作业繁忙程度远高于日间作业，夜间检修计划的编制难度也高于日间计划，通常将每日18 ∶ 00 至次日 6 ∶ 00 定义为“密集作业时间段”。

对于某条检修库股道，每日密集作业时间段内在该股道对第1辆动车组进行的检修，称为该股道的“第1台检修”。以此类推，在该股道对第N辆动车组进行的检修，则称为该股道的“第N台检修”。每日密集作业时段内，每条检修库股道会进行若干台(一般为1 ～ 3台)检修作业。第1台检修作业受到的干扰因素较少，检修正点率也较高，而后续的检修作业由于干扰因素的累积作用，检修正点率会逐渐受到影响。因此，对各台检修作业进行独立统计，能够对动车组检修正点率进行更精确的评估。因此，统计分析方法主要包括“总检修正点率”和“各台检修正点率”2项内容，总检修正点率是某一时间段内正点执行的检修作业与全部已执行的检修作业的比率；各台检修正点率是在某一时间段内分台次计算每台检修过程中正点执行的检修作业与该台已执行的检修作业的比率。

总检修正点率是一个宏观数据，主要用于考察动车段整体的检修作业效果。各台检修正点率是一个微观数据，用于考察各台检修作业效果。通过宏观与微观统计数据的互相配合，能够迅速掌握检修能力及资源调配情况。上述方法适用于每日检修作业的任意时间段的正点率统计，但由于夜间动车组检修作业的效率与第2日日间的动车组运用计划、列车运行调整计划密切关联，动车段通常只对密集作业时间段内的正点率进行统计，即每日7 ∶ 00对前一日的夜间检修作业情况进行统计汇总，并据此分析、查找造成检修作业晚点的原因。

动车组检修正点率统计分析方法流程图如图2所示。

具体步骤如下。

步骤1：统计分析系统从信息系统的检修计划中提取动车组计划进入检修库的时间、计划离开检修库的时间，以及计划使用的检修库股道。

步骤2：统计分析系统依据调度系统的动车组位置追踪数据，推算出动车组实际进入检修库时间、实际离开检修库时间，以及实际使用的检修库股道。

图2 动车组检修正点率统计分析方法流程图Fig.2 Flow chart of statistical analysis method for EMU repair punctuality rate

步骤3：按照统计时间段的起始时间、结束时间，从上述 2 类数据中检索出统计时间段内的数据。

步骤4：依据检索结果推算出每辆动车组在密集作业时段对检修股道的计划占用时间、在检修股道的计划停留总时间，推算出每辆动车组在密集作业时段对检修股道的实际占用时间、在检修库内的实际停留总时间。

步骤5：按照动车组检修正点判定方法，计算各动车组的各项检修作业是否正点完成。

步骤6：计算出统计时间段内总检修正点率，以及各台检修正点率，并输出统计结果。

除了上述2项主要的计算内容，统计分析系统通过将动车组进出检修库的调车作业起止时间与检修计划的作业起止时间进行比对，能够获得“动车组出入库正晚点”数据，进而可以分析出动车组在段内的调车作业对检修作业的影响；再结合列车运行调整计划以及列车段内到发点，能够获得“列车运行早晚点”数据[6]，进而可以判断出动车组在段内的列车作业对检修作业的影响。

2.1.2 ETL操作

ETL分别代表：提取(Extraction)、转换(Transformation)、加载 (Load)。其中，“提取”操作表示从生产数据库中抽取出统计分析所需的原始数据；“转换”操作表示将原始数据转化为指定格式，并进行数据清洗，保证数据质量；“加载”操作表示将转换过后满足指定格式的数据加载进统计分析数据库[9]。在统计分析方法流程中，前2步分别从信息系统、调度系统获得需要检修计划和动车组位置追踪数据，由于这2个系统都是动车段内的既有生产系统，因而其内部的数据结构及存储方式是专为信息管理或调度指挥业务而设计的，并没有考虑到将来会应用于对检修作业效果的统计分析。统计分析系统在获得原始数据的过程中需要先执行ETL操作，对生产数据进行重组，并采用全新的、适合于统计分析计算的数据组织结构，才能顺利地进行后续的计算。

为了确保统计分析系统的运行不对既有系统产生任何负面影响，通过与网络通信方式进行比选，最终确定了以数据库访问的方式分别从检修计划数据库和调度系统数据库中提取计划数据和追踪数据。在数据库中设计了定时任务，使其在调度系统的业务空闲时段自动执行数据提取的存储过程，避免了调度系统繁忙时段数据库并发访问可能会引起的性能问题。

2.2 用户界面层

用户界面层处于统计分析系统架构的最顶层，负责直接与用户进行信息交互。该层由“用户操作处理”“统计分析显示”和“信息提示”3个功能模块共同构成。

用户操作处理模块负责对用户的鼠标、键盘操作进行响应、处理。为提高统计分析系统的易用性，在这个模块中允许用户对系统自动提取的动车组位置追踪原始数据进行逐条逐项的编辑，依据实际情况对车组号、时间等参数修正、补充，进而可以提高计算结果的准确度。

在统计分析显示模块中，统计分析的结果在软件界面上以表格的形式呈现，也可以按照固定格式进行文本打印。除了统计总检修正点率和各台检修正点率之外，一些计算中产生的过程数据，如检修计划总数、动车组入出库正点数量，都是有价值的数据，也会在界面上进行展现。

在用户界面层中设置信息提示模块，其目的是为了提升统计分析系统的友好性。该模块能够向用户显示一系列辅助的提示内容。这些信息主要包括系统与数据库的连接状态、统计分析计算的进度、计算结果摘要、输入数据的异常项等内容。

2.3 数据访问层

数据访问层位于统计分析系统总体架构的最底层，为统计分析层提供数据库接口和数据共享服务，因而它包含了数据库接口和数据共享2个功能模块。由于统计分析系统所需的原始数据来自于信息系统和调度系统的数据库，因此数据库接口专门负责为ETL操作模块提供数据库访问服务，包括对数据库的连接、登录认证，以及对数据表的CRUD（创建、查询、更新、删除）操作。如果动车组检修正点率的统计分析数据只能在系统的软件界面上呈现，那么统计分析系统的应用场景将会非常有限。通过数据共享模块能够将统计分析的结果以标准Excel电子表格的形式导出，这样既便于进行后续的网上公文流转，又可以通过动车段局域网进行共享发布，显著扩大了统计分析系统的使用范围，提升了影响力。

3 结束语

动车组检修正点率统计分析系统充分利用动车段信息系统与调度系统的生产作业数据，以专门设计的一套动车组检修正点率统计分析方法为主体，通过计算动车组检修正点率等数据反映动车组检查、整备、保养等检修作业实际执行进度，推动检修计划编制的不断优化，从而弥补了动车组检修作业过程管理中缺失的计划执行反馈环节，促进了检修作业与调度作业的精确结合。随着上线运行动车组数量不断增加，统计分析系统发挥的作用将日益重要，既可以为动车段合理分配检修资源提供依据，又能够为优化作业流程、提高检修效率提供可靠的技术支撑。