(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210820171.3 (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园 (72)发明人 李彦夫　门天立　王欢　 (74)专利代理 机构 北京鸿元知识产权代理有限 公司 11327 专利代理师 王迎　袁文婷 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 16/2458(2019.01) G06F 16/2455(2019.01) G06F 16/215(2019.01) G06K 9/62(2022.01)G06Q 10/00(2012.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于数据驱动 的机车车辆轮轴全生命周期 管理系统及方法 (57)摘要 本发明提供一种基于数据驱动的机车车辆 轮轴全生命周期管理系统及方法， 其中的系统包 括： 数据采集单元、 云计算和数据分析单元、 机车 车辆轮轴全生命周期管理单元、 机车车辆轮轴履 历管理单元、 机车车辆轮轴趋势分析与监控单 元、 机车车辆轮轴检修周 期管理单元， 以及机车 车辆载重平衡管理单元； 利用上述发 明能够充分 利用现有数据， 结合云计算平台， 开发基于机理 模型和数据模型等多种车轴状态监测和全寿命 周期管理模型， 提高车轴故障诊断与预测的精 度， 在保证可靠性的基础上实现检修周期的优 化。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 115392107 A 2022.11.25 CN 115392107 A 1.一种基于数据驱动的机车车辆轮轴 全生命周期管理系统， 其特征在于， 包括： 数据采 集单元、 云计算和数据分析单元、 机车车辆轮轴全生命周期管理单元、 机车车辆轮轴履历管 理单元、 机车车辆轮轴趋势分析与监控 单元、 机车车辆轮轴检修周期管理单元， 以及机车车 辆载重平衡管理单 元； 其中， 所述数据采集单元， 用于记录和采集待检测机车的运营和维修数据、 所述待检测机车 的轮轴的检修维护数据以及机车编号载重的信息； 云计算和数据分析单元， 用于对所述数据采集单元获取的信 息进行分析、 整理和处理， 获取处理数据； 所述机车车辆轮轴全生命周期管理单元， 用于基于所述处理数据对所述待检测机车的 轮轴进行全寿命的管理， 并对轮轴的健康状态进行评估， 以及对轮轴的维修 规划进行优化； 所述机车车辆轮轴履历管理单元， 用于对所述待检测机车的轮轴 装车信息及车组检修 数据进行 管理； 所述机车车辆轮轴趋势分析与监控单元， 用于基于历史数据， 通过大数据和统计分析， 对所述待检测机车机的车轮对的退化磨损演变规 律进行分析、 建模及预测； 机车车辆轮轴检修周期管理单元， 用于基于模型和数据驱动的混合模型对所述待检测 机车的轮轴检测周期进行建模及优化处 理； 以及机车车辆载重平衡管理单元， 用于基于数据驱动的模型对所述待检测机车的载重 量阈值进行建模及最大化处 理。 2.如权利要求1所述的基于数据驱动的机车车辆轮轴全生命周期管理系统， 其特征在 于， 所述待检测机车的运营 数据， 包括机车的总行驶里程和机车的运营年限； 所述待检测机车的维修数据包括机车历史维修记录、 历次机车检修情况与记录、 机车 故障和险情记录； 所述轮轴的检修维护数据包括轮轴的里程数， 轮轴修后的里程数、 轮轴检修记录和轮 轴故障和退化情况； 所述机车编号载重， 包括机车的编组、 车 型、 载重信息 。 3.如权利要求1所述的基于数据驱动的机车车辆轮轴全生命周期管理系统， 其特征在 于， 所述云计算和数据分析单元， 包括计算平台， 所述计算平台用于提供在线数据存储、 数 据访问、 数据分析与处 理， 以及从可配置计算资源 共享池中获取 所需的资源； 所述对所述数据采集单元获取的信 息进行分析、 整理和处理中的分析包括数据筛选算 法、 大数据分析技 术、 大数据降维技 术、 有价值的关键特 征提取算法； 其中， 所述大数据筛选算法， 用于对所采集的数据进行初步过滤， 以保留有价值的信 息， 丢弃 错误和无关的信息； 所述大数据分析技 术， 用于挖掘历史数据中与轮轴退化和故障相关的数据信息； 所述大数据降维技 术， 用于对大容 量历史数据进行降维以便 于轮轴的健康状态分析； 所述有价值的关键特征提取算法， 用于对所采集数据进行提炼， 以从数据中获取有价 值的特征。 4.如权利要求1所述的基于数据驱动的机车车辆轮轴全生命周期管理系统， 其特征在权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115392107 A 2于， 所述机车车辆轮轴全生命周期管理单元， 包括机车车辆轮轴履历管理子单元、 机车车 辆备用轮轴 管理子单元、 机车车辆轮轴趋势分析与监控子单元、 机车车辆轮轴故障预测与 健康管理子单 元、 机车车辆轮轴检修周期管理子单 元和机车 车辆载重平衡管理子单 元。 5.如权利要求4所述的基于数据驱动的机车车辆轮轴全生命周期管理系统， 其特征在 于， 所述机车车辆轮轴故障预测与健康管理子单元， 包括基于机理模型的故障预测模型、 基于数据模型的故障预测模型、 基于混合模型的故障预测模型和机车车辆轮轴健康管理模 型。 6.如权利要求4所述的基于数据驱动的机车车辆轮轴全生命周期管理系统， 其特征在 于， 所述机车车辆轮轴履历管理子单元， 包括轮轴装车信 息管理模块和车组检修数据 管理 模块； 所述机车车辆备用轮轴管理子单元， 包括备用轮轴收入与查询、 备用轮轴支出、 备用轮 轴收入与支出历史查询、 在修与修竣历史查询； 所述机车车辆轮轴趋势分析与监控子单元， 用于融合积累的历史数据， 然后通过基于 大数据和统计分析的方法， 进行对机车轮对的退化磨损演变规 律进行分析、 建模、 预测。 7.如权利要求6所述的基于数据驱动的机车车辆轮轴全生命周期管理系统， 其特征在 于， 所述机车车辆轮轴趋势分析与监控子单元包含以下模块： 轮轴特征参数趋势分析模 块、 轮轴磨耗规律分析模块、 车轮多边形监控模块、 轮对等效锥度监控模块， 以及轮轴疲劳 退化监控模块。 8.如权利要求4所述的基于数据驱动的机车车辆轮轴全生命周期管理系统， 其特征在 于， 所述机车车辆轮轴检修周期管理子单元采用基于模型和数据驱动的混合模型， 主要按 照以下步骤进行模型训练： S10： 基于机车车辆轮轴全生命周期管理系统， 利用物理机理和数据， 对车轮和车轴的 退化过程进行建模， 形成第一模型； S20： 对训练数据进行 数据预处 理， 包括： S201： 对训练数据中的变量进行初始化处 理； S202： 对初始化处 理后的数据进行降噪、 增强及筛 选预处理； S30： 基于多目标优化方法， 以最大化可靠性和最小化成本为目标， 基于训练数据对所 述第一模型的机车 车辆轮轴的检修周期进行优化： S40： 基于贝叶斯对所述第一模型进行 更新迭代， 直至收敛至预设范围内。 9.如权利要求4所述的基于数据驱动的机车车辆轮轴全生命周期管理系统， 其特征在 于， 机车车辆载重平衡管理子单 元主要采用基于数据驱动的模型， 进行模型训练， 包括： S100： 基于机车车辆轮轴全生命周期管理系统， 利用物理机理和数据， 对车轮和车轴的 退化过程进行建模， 形成第一模型；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115392107 A 3