城市軌道交通關鍵設備智能運維系統(tǒng)初步建構

劉述芳

（南京地鐵資源開發(fā)有限責任公司，江蘇南京 210012）

0 引言

城市軌道交通在帶給城市諸多效益的同時，圍繞著建設安全可靠、高效集約、網絡化的城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標，也使得城市軌道交通的建設與運營部門面臨著巨大挑戰(zhàn)，尤其對于網絡化條件下不斷演化發(fā)展的城市軌道交通關鍵設備的系統(tǒng)維護與全壽命周期管理問題。如何在保障軌道交通系統(tǒng)安全可靠運營的基礎上最大限度降低維修成本，滿足環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的同時提升城市軌道交通設備智能化管理水平，越來越成為同行廣泛關注和研究的熱點。智能運維系統(tǒng)是建立在設備使用現(xiàn)場的以預測性維修模式為主的一體化平臺，該平臺可以在大數據中心支持下，實時監(jiān)控關鍵設備的運行狀態(tài)、執(zhí)行故障預測與設備劣化趨勢判斷，實現(xiàn)關鍵設備在線實時故障診斷，自動生成維修工單，自動調用潛在故障維修作業(yè)指導手冊和規(guī)范標準，進而觸發(fā)關聯(lián)的物料、備件、資產等管理系統(tǒng)。從而實現(xiàn)故障早期預警和分級報警，指導關鍵設備現(xiàn)場維修作業(yè)，進而實現(xiàn)物料、備件和設備資產的智能化管理。

1 智能運維系統(tǒng)功能需求分析

1.1 技術要求

隨著城市軌道交通線路的不斷增多，設施的設備數量巨增，設備維護管理信息化的重要性愈發(fā)突顯，目前多家軌道交通企業(yè)雖然已經建立了一些設備管理信息系統(tǒng)，但是各個系統(tǒng)的業(yè)務不夠完善和相對孤立，信息數據源利用率不高，因此需構建一套完整、適合城市軌道交通關鍵設備管理要求的智能運維管理系統(tǒng)，既要立足于生產現(xiàn)場的資產與備件管理、設備點巡檢管理、故障管理及狀態(tài)監(jiān)測管理等基本要求，又能提升設備網絡層動態(tài)數據更新、維修和故障管理水平，實現(xiàn)規(guī)范化的動態(tài)數據需求和決策分析管理。

1.2 實現(xiàn)閉環(huán)式處理機制

開展城市軌道交通關鍵設備智能運維需求分析時，需要始終堅持戴明環(huán)（PDCA）的閉環(huán)跟蹤環(huán)節(jié)，從系統(tǒng)高度上為關鍵設備智能運維全過程提供一個“發(fā)現(xiàn)問題——處理問題——解決問題——問題反饋”的作業(yè)處理機制，并能實時根據各種維護類型監(jiān)測目前的執(zhí)行狀況。工作流程如圖1所示。

從圖1可以看出，城市軌道交通智能運維系統(tǒng)包括6個相互關聯(lián)的功能模塊：即預測性維修知識管理模塊，故障管理模塊，維修過程管理模塊，備件執(zhí)行管理模塊，維修物料追蹤模塊和可靠性信息反饋模塊。智能運維系統(tǒng)在工作過程中，一旦通過設備狀態(tài)監(jiān)測數據預測到故障狀態(tài)或者啟動預測性維修作業(yè)模式時，系統(tǒng)應能及時采取一整套行之有效的監(jiān)控措施。主要功能如下：

圖1 城市軌道交通智能運維需求分析

（1）設備健康狀態(tài)監(jiān)測。根據現(xiàn)場傳感器過程監(jiān)控反饋回來的異常報告，事先根據設備狀態(tài)設置的健康閾值，實時判別設備處于何種類別的健康狀態(tài)，同時依據大數據分析結果提供健康維護的輔助決策。

（2）故障快速排除決策。以最快的時間定位故障根本原因，并根據戴明環(huán)（PDCA）基本原理迅速形成規(guī)范化的故障快速決策和根本原因分析策略，正確執(zhí)行設備故障管理信息化所需要的維修模式、維修時機、維修周期、維修成本和維修更新價值等決策策略，實時下達預測維修電子工單。

（3）RAMS（Reliabity Available Maintenance Safety）監(jiān)測策略。貫穿以可靠性為中心的維修思想，執(zhí)行故障后果導向的預防性維護策略優(yōu)選，以減少關鍵設備故障維修概率，優(yōu)化預測性維護相關標準為參考，通過大數據統(tǒng)計與分析，優(yōu)化預測性維修規(guī)程、流程、備件和物料需求，以及預測性維修驗收要求。

2 智能運維系統(tǒng)構建

為了改變傳統(tǒng)的城市軌道交通關鍵設備以計劃預防修和故障修為主的檢維修體系，隨著各條軌道交通線路關鍵設備陸續(xù)進入中大修階段，在城市軌道交通行業(yè)內部，急需構建基于狀態(tài)監(jiān)測、特征提取、狀態(tài)評估、故障診斷、故障預測、維修模式優(yōu)化和維修決策于一體的智能運維系統(tǒng)。

（1）構建思路。構建關鍵設備智能運維系統(tǒng)的基礎理論是以可靠性為中心的維修理論，首先立足于設備狀態(tài)監(jiān)測與診斷、故障預測與風險等級評測、規(guī)范化故障分析數據等基礎數據，然后根據各關鍵設備或子系統(tǒng)維修價值和故障后果，根據風險矩陣分析方法，梳理各關鍵設備或子系統(tǒng)及部件風險等級，從而優(yōu)化關鍵設備的以可靠性為中心的檢維修策略。

（2）構建過程。構建關鍵設備智能運維系統(tǒng)的應用基礎是規(guī)范化的數據記錄與分析，首先通過構建的數據監(jiān)測平臺，規(guī)范統(tǒng)計各關鍵設備或子系統(tǒng)設備故障數據，對影響任務可靠性的根本原因進行系統(tǒng)分析，然后對設備重要性進行判斷，根據故障影響程度和發(fā)生故障頻率建立風險矩陣，識別關鍵子系統(tǒng)；其次摸清各關鍵子系統(tǒng)運行狀態(tài)、建立多維度的故障預測模型，針對當前各關鍵設備或子系統(tǒng)維修策略及規(guī)程在實施過程中存在的問題，提出故障快速決策的優(yōu)化方向，逐步完善各關鍵設備或子系統(tǒng)維修策略；第三不斷以提升可靠性為主要目標，建立設備的全生命周期可靠性管理的優(yōu)化策略。

（3）應用核心。構建關鍵設備智能運維系統(tǒng)的應用核心是在線狀態(tài)監(jiān)測與遠程故障診斷，首先通過構建的設備健康診斷平臺，利用狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術，識別關鍵子系統(tǒng)，開展劣化趨勢分析，支持全系統(tǒng)的策略應用。在應用過程中，重點關注影響運營安全及服務可靠性的車輛、供電、軌道、通信和信號等專業(yè)關鍵設備，強化其在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的作用，可遠程監(jiān)測異常情況并及時預判和告警，從而解決規(guī)模化運營帶來的關鍵設備維保數量增加和批量設備深度維修的需求，極大提升城市軌道交通關鍵設備維修價值，通過動態(tài)跟蹤設備運行狀態(tài)，不斷摸索設備劣化規(guī)律，優(yōu)化多個關鍵部件的維修周期，在充分保障設備運行質量的同時，最大可能地節(jié)約設備維修成本。

3 智能運維系統(tǒng)構成

（1）自動檢測系統(tǒng)。主要功能：①檢測各關鍵設備及子系統(tǒng)或部件運行狀態(tài)；②將系統(tǒng)運行狀態(tài)數據化；③設備狀態(tài)的在線監(jiān)測以及故障的實時診斷；④準確反映故障后果及危害度等級，推薦最佳的維修策略。

（2）系統(tǒng)數據倉庫及分析中心。主要功能:①集成所有設備運行狀態(tài)數據和健康狀態(tài)測評標準；②數據模型最優(yōu)分析及在線實時監(jiān)控；③設備故障率實時統(tǒng)計與系統(tǒng)分析；④設備狀態(tài)特征變化趨勢跟蹤及劣化趨勢反饋。

（3）資產管理系統(tǒng)。主要功能：①智能運維維修計劃下達；②智能測算備品采購計劃；③智能核查物料信息與物流狀況預警；④智能關聯(lián)采購單以及資產自動分配。

4 結論

城市軌道交通關鍵設備智能運維系統(tǒng)可以顯著提升設備的利用效率和設備管理信息化水平，通過研究分析得出的結論是：①系統(tǒng)分析城市軌道交通關鍵設備智能運維系統(tǒng)的功能需求及其組成；②針對系統(tǒng)功能需求，全面分析了智能運維過程實現(xiàn)手段以及相應的健康措施；③系統(tǒng)提出了基于狀態(tài)監(jiān)測、特征提取、狀態(tài)評估、故障診斷、故障預測、維修模式優(yōu)化和維修決策于一體的智能運維系統(tǒng)構建思路、過程和核心應用要求，為后續(xù)拓展系統(tǒng)各項功能在軌道交通行業(yè)內的推廣與應用，奠定了堅實的基礎。