本技術涉及列車故障預測與健康管理，尤其涉及一種車載phm主機及列車健康管理系統。
背景技術：
：：1、故障預測與健康管理(prognostics?and?healthmanagement，phm)技術是在美國國防部和美國國家航空航天局的大力推動下不斷發展、成熟起來的，其發展過程分為4個階段：(1)人工/設備測試階段。20世紀50、60年代，隨著可靠性理論、環境試驗、系統試驗及質量檢測方法的誕生，維修人員通過測試設備在飛機外進行檢測、排故，機載設備僅需監測關鍵系統的少量參數。(2)機內測試(bit)的故障診斷階段。20世紀70年代至80年代中期，針對關鍵設備的飛機內測試技術成熟，實現設備故障的自動檢測與隔離。(3)綜合診斷與系統監控階段。20世紀80年代后期至90年代，phm技術應用從航空領域進入軌道交通領域，6k型電力機車實現微機控制系統的分析與故障診斷、隔離，ss4、ss8型電力機車也應用了模塊化自檢模式。(4)復雜系統故障預測和健康管理階段。20世紀末，美國國家航空航天局提出飛行器健康監控的體系性概念，以支持新一代運載器的高性能要求。此后，phm技術開始在各行業盛行。2、phm利用傳感器采集系統的數據信息，借助信息技術、人工智能推理算法，對系統自身的健康狀態進行評估、監控與管理。通過對系統故障的預測，結合現有資源信息，提供一系列維護保障建議或決策。因此，phm是一種集故障檢測、隔離、健康評估、健康預測及維護決策于一體的綜合技術。21世紀以來，各領域的phm系統相繼問世，推動該技術日益成熟并向實用化方向發展。phm技術以美軍戰斗機為代表，通過全面狀態監測、故障檢測、隔離定位、預測和決策管理技術，有效實現f35等戰斗機任務成功率提升、使用和維修保障費用降低，是實現美軍經濟可承受性目標(economicaffordability)的關鍵使能技術。3、隨著鐵路的快速發展，安全、舒適、可靠的高速動車組成為乘客首選的快捷交通服務載運工具。截至2022年6月，全路共計超過4000列標準組動車組在服役中，單列歷史累計運行最大里程已超過780萬km。在運營高峰期，每天有超過4000列次動車組上線運行，運營密度最高的2019年，車組年均走行里程達55萬km。目前，高速動車組采用以走行公里周期為主、時間周期為輔的檢修方式，其修程修制需要耗費巨大的人力、物力與財力，高速鐵路運營成本居高不下。如何進一步提升安全保障裕度、提高運維效率、降低運維成本、支撐修程修制優化，利用完善的車載、地面傳感器監測網絡，與各來源電務、軌道狀態、接觸網狀態數據、大氣環境數據等融合，最終實現維修決策及任務派遣，是從狀態修(condition?basedmaintenance，cbm)到phm的重要一環。4、而現有的鐵路車載phm主機，都是基于x86架構，成本高、應用不靈活，x86均為外購，存在技術不可控、品質不可控。技術實現思路1、本實用新型實施例提出一種車載phm主機及列車健康管理系統，其實現了外端機、內端機、網閘采用統一原理設計，根據各自功能，bom單進行靈活調整，節約了成本。2、第一方面，本實用信息提供一種車載phm主機，包括：用于獲取列車健康管理數據的內端機、用于將所述列車健康管理數據發送至車地數據交互服務器的外端機，以及連接在內端機和外端機之間的網閘，所述網閘用于將所述內端機獲取的列車健康管理數據發送至外端機，并且實現所述內端機到外端機之間的單向通信。3、示例性地，所述列車健康管理數據包括列車各系統的運行數據、環境數據、狀態數據、故障數據中的一個或多個。4、示例性地，所述內端機包括用于與列車的進行數據通信的以太網接口、mvb接口或usb接口。5、示例性地，所述外端機包括用于與車地數據交互服務器通信的移動通信模塊、無線通信模塊或usb接口。6、示例性地，所述外端機與列車的實時數據通道連接，以所述實時數據通道將所述列車健康管理數據發送至車地數據交互服務器。7、第二方面，本實用新型提供一種列車健康管理系統，包括：8、第一方面所述的車載phm主機，用于獲取列車的健康管理數據；9、車地數據服務器，用于接收所述車載phm主機發送的列車的健康管理數據；10、維護主機，與所述車載phm主機連接，用于對所述車載phm主機進行維護。11、示例性地，車載phm主機支持通過列控網(mvb或其他形式網絡)及以太網接口采集列車各系統運行數據、環境數據、狀態數據、故障數據等列車健康管理所必需的數據。車載phm主機具備最小周期16ms的數據采集能力。12、所述車載phm主機可接收并分類展示全線車輛車載phm主機發送的壽命信息，并分類展示；包括余壽(作動次數、里程)統計、壽命使用情況(平均千次動作時間)等。系統支持利用開發的殘余壽命計算模型估算部件殘余壽命等，并根據設定的閾值對其進行壽命提醒。13、示例性地，所述車載phm主機能實現數據預處理、智能故障處理、特征提取、性能檢測、狀態識別、車載履歷管理等功能。此外，用戶也可通過設備配套ptu工具實時顯示列車網絡的相關數據等。14、示例性地，所述車載phm主機支持存儲采集到的原始數據及分析處理結果。車載phm設備的內端機和外端機分別具有板載的32gb的emmc存儲和2t的ssd存儲(可根據需求選配或提示配置)。關鍵的數據可以內外端機雙備份，確保重要數據的安全性和可靠性。15、由于數據存儲與ssd或emmc中，列車斷電或設備重啟，數據不會丟失，方便對歷史故障的查看、分析等。16、設備具備完整的日志記錄功能，能夠記錄設備自身內部上電啟動自檢日志、軟件運行日志、以及對列車數據的統計分析等內容。17、示例性地，所述車載phm主機支持與地面系統進行實時和非實時的數據交互，能滿足以下要求：18、支持通過列車提供的實時數據通道將特征值、性能偏差值、預警、故障(經過智能故障處理)等數據實時發送至車地數據交互服務器，并由車地交互服務器進行數據分發；19、設備默認配置一路4g/5g?lte接口，在車輛未提供實時數據通道的情況下，車載phm設備可通過內置的4g/5g模塊與車地交互服務器進行實時數據交互。20、設備默認配置usb接口，支持通過usb下載等方式實現車載phm設備下存儲的原始數據下載到車地數據交互服務器；21、支持在列車入庫處于非運行狀態下，遠程或利用筆記本電腦通過以太網口對車載健康管理系統維護主機進行算法、模型和規則的更新和配置；22、該設備與第三方系統交互的數據傳輸、解析等所有數據接口相關協議均完全開放給crrc及最終用戶。上述協議由crrc確認后方可實施，不得使用私有協議。23、示例性地，所述車載phm主機內置的模型和規則均可根據需要進行擴展和更新，可滿足以下要求：24、車載健康管理系統維護主機內運行的各類算法、模型及規則均可進行配置和擴展；25、算法、模型及規則的配置和更新均只能在列車入庫后且處于非運行狀態時進行，支持本地及遠程更新和配置。26、在最終用戶驗收健康管理系統前，該設備內置的模型和規則的維護和更新，應由設備供應商免費提供，以滿足最終用戶提出的驗收指標。27、示例性地，所述車載phm主機具備設備運行狀態指示功能，設備前面板的led狀態指示燈能全面反映當前設備是否工作正常，除非極其罕見的故障，否則檢修人員(或機械師)都可簡單通過車載數據處理單元上的指示燈判斷車載數據處理單元是否存在異常，是否需要更換。自檢功能，在上電后進行自檢，并且自檢成功與否不能影響列車運行。28、此外，車載phm設備具備性能監控和軟件故障復位功能，可對系統運行狀態、計算資源及存儲空間使用情況等進行實時監控，并對軟件故障進行自動報警和復位。車載phm設備故障必須不影響列車運行。在自啟動失敗或不能自動故障復位時，通過人工啟動進行啟動和故障復位。29、示例性地，所述車載phm主機可提供配套的便攜式測試單元(portable?testunit，ptu)軟件，以進行系統配置和調試。ptu軟件支持windows7、windows8和windows10等操作系統，并具備如下功能：30、通信配置：可對車載phm設備與列車各系統的通信協議及點表進行配置；31、系統配置：可對車載phm設備運行的算法、模型、規則進行配置；32、診斷調試：可對車載phm設備進行報文分析和日志分析，并且瀏覽各類數據，診斷車載phm設備通信及各項數據分析功能是否正常；33、系統維護：查看車載phm設備與各子系統的通信狀態；對數據采集節點ip地址進行更改和配置；管理下載文件目錄；34、設備監控：對車載phm設備進行實時監控，顯示車載phm設備計算資源使用、存儲空間使用、系統故障報警等信息。35、示例性地，所述車載phm主機采用內端機、外端機隔離的工業網閘結構，支持列車控制網絡和維護網絡的物理隔離；通過對內端機和外端機軟件配置，可確保數據的單向轉發，設備具備較高的安全性能。36、根據本實用新型的車載phm主機(預測與健康管理prognostics?and?healthmanagement，簡稱為phm)采用本實用新型實施例，能實現車載phm主機是實現列車各系統數據采集、集中存儲、分析處理與車地數據傳輸，提高列車數據傳輸質量及智能監控水平，滿足鐵路運營安全保障的要求。37、另外通過本實用新型，采用linux架構，從底層到應用層，真正實現了自主可控，硬件層面采用純國產芯馳d9芯片，軟件層面采用linux操作系統架構，可以自主裁剪，完全自主可控，避免國外卡脖子。當前第1頁12當前第1頁12