上海地鐵智能運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)情況

文/王生華、殷培強(qiáng)

上海地鐵基本情況

目前，上海地鐵已開通線路17條，運(yùn)營里程705公里，線路長度世界第一，現(xiàn)有列車856列，5116輛，列車維修人員2509人。截至2019年3月上海軌道交通3條線路（14號線、15號線、18號線）在建，到2021年全網(wǎng)絡(luò)線路總長將超800公里，配屬列車1222列，7514輛。城軌車輛的發(fā)展給檢修帶來的壓力日益增大。根據(jù)規(guī)劃預(yù)計(jì)2025年將形成1000公里超大地鐵網(wǎng)絡(luò)。

工程背景介紹

城市軌道交通自150多年前誕生以來，逐步建立了以人工為主，以計(jì)劃修為核心的傳統(tǒng)檢修模式。目前檢修仍是以人工檢查、維修為主，同時(shí)圍繞計(jì)劃修進(jìn)行預(yù)防性檢修嘗試，但沒有突破傳統(tǒng)檢修模式。而檢修管理也以人工為主，信息化手段應(yīng)用有限。

傳統(tǒng)的檢修模式在城市軌道交通建設(shè)初期尚能維持，但隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，人工成本的增長，乘客對于服務(wù)水平需求的不斷提高，困難和挑戰(zhàn)越來越大，這樣的檢修模式無法形成可持續(xù)發(fā)展的態(tài)勢。上海地鐵每天要完成近5000輛車的日檢工作和400余輛車的維修工作，人工成本高、檢修規(guī)模大、檢修效率低等因素都是困擾城市軌道交通持續(xù)發(fā)展的阻力。運(yùn)營壓力大，檢修超負(fù)荷。運(yùn)營壓力的上升，車輛維保體系負(fù)荷逐步增加，必須建設(shè)更為合理、適用的維修體系提升城市軌道交通運(yùn)營、維修等方面的處置能力和質(zhì)量。

·多故障造成維修壓力巨大，執(zhí)行力不足。人的惰性、設(shè)備故障數(shù)量多，可能導(dǎo)致故障處置表面化，反應(yīng)能力不足，逼迫車輛維保體系依賴計(jì)劃修和故障修，目前上海軌道交通建立了以計(jì)劃修為主、故障修為輔的設(shè)施設(shè)備維修體系，但不能消除非規(guī)范化操作等人為影響。

·延時(shí)運(yùn)營，檢修時(shí)間縮短。節(jié)假日、周末延時(shí)運(yùn)營壓縮了設(shè)備維護(hù)窗口時(shí)間，設(shè)備維護(hù)質(zhì)量難以得到保障，同時(shí)路網(wǎng)規(guī)模增長速度與維護(hù)人員、體系建設(shè)不同步進(jìn)一步加劇了工作量的提升。

信息搜集能力不足，信息記錄碎片化。數(shù)據(jù)離散缺失導(dǎo)致車輛施工信息記錄碎片化、安全風(fēng)險(xiǎn)上升，必須建設(shè)車輛安監(jiān)系統(tǒng)打通數(shù)據(jù)鏈，打破信息不對稱。

·預(yù)判分置困難，影響及時(shí)準(zhǔn)確的異常響應(yīng)

各類預(yù)報(bào)警離散、難用：預(yù)報(bào)警信息現(xiàn)在存在于各檢測系統(tǒng)、人工報(bào)警、巡檢、綜合監(jiān)控等等手段，沒有統(tǒng)一的信息系統(tǒng)收集，不集中、準(zhǔn)確度不夠，存在大量的誤報(bào)；故障無收斂和歸并，致使同一故障的雪崩式報(bào)警被認(rèn)為是多個報(bào)警，使處置隊(duì)伍進(jìn)退失據(jù)；

故障處理完成后的處置閉環(huán)采用人工報(bào)表等方法，即時(shí)性不足，績效考評滯后，事態(tài)后續(xù)跟蹤缺失；意味著離散的經(jīng)驗(yàn)型預(yù)判，人為影響大，同時(shí)存在處置滯后、隱患和維修經(jīng)驗(yàn)無法沉淀；

設(shè)備本身數(shù)據(jù)不完整：臺帳系統(tǒng)等都沒有包含管理屬性、技術(shù)屬性、履歷（含使用/維修履歷和預(yù)報(bào)警履歷）、即時(shí)統(tǒng)分（指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果）能力差；對即時(shí)運(yùn)維處置（維修、搶修、設(shè)備調(diào)度、備品備件、沖突連鎖等）造成極大的安全和效率影響；

現(xiàn)有的預(yù)判分置主要依靠人工，存在離散、效率低、覆蓋面不全和人為不利影響等問題。

·信息壁壘影響統(tǒng)籌力

技術(shù)信息、運(yùn)營場景、設(shè)備履歷及管理信息等的不對稱，導(dǎo)致維修統(tǒng)籌能力差。

·跨專業(yè)壁壘影響執(zhí)行力

跨專業(yè)管理關(guān)系的缺失隱含了匹配隱患，無法打破專業(yè)壁壘就無法編制整體預(yù)案和知識庫。

·規(guī)律提取方法缺失影響行業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累

海量歷史記錄、日志不能及時(shí)處理，導(dǎo)致行業(yè)經(jīng)驗(yàn)沉淀缺失，隱患識別能力差。

建設(shè)設(shè)想

針對上海軌道交通車輛系統(tǒng)維護(hù)、維修中出現(xiàn)的工作量大、時(shí)間窗口越來越少、人為影響大、維護(hù)成本高、及時(shí)性不足、統(tǒng)籌能力弱、與運(yùn)營無縫銜接不夠等問題，必須對過程化管控、統(tǒng)籌調(diào)度、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)等方面進(jìn)行改革，有必要把當(dāng)前先進(jìn)的信息技術(shù)特別是互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、智能化診斷以及人工智能等技術(shù)應(yīng)用到維護(hù)維修業(yè)務(wù)中，并綜合設(shè)備管理的新思想與新方法，構(gòu)建涵蓋設(shè)備狀態(tài)感知、設(shè)備資產(chǎn)管理、維保業(yè)務(wù)驅(qū)動的綜合信息平臺，做到自動感知、自動觸發(fā)、任務(wù)降解、及時(shí)閉環(huán)的智能化運(yùn)維，滿足軌道交通超大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行的要求。

在整個建設(shè)過程中，同時(shí)將形成面向城軌網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的智能運(yùn)維規(guī)范體系，包括數(shù)據(jù)采集設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，分析應(yīng)用接口標(biāo)準(zhǔn)化等，提高系統(tǒng)的普適性。通過上海地鐵車輛智能運(yùn)維工程項(xiàng)目的實(shí)施，為全國城市軌道交通車輛由傳統(tǒng)修向基于智能運(yùn)維新模式的車輛狀態(tài)修轉(zhuǎn)變提供示范。

主要項(xiàng)目目標(biāo)包括：

（1）建成上海地鐵全網(wǎng)范圍內(nèi)可獲取列車實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)以及能夠更全面反映列車及子系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)IOR(Internet Of Rolling Stock)。

（2）建成上海地鐵全網(wǎng)范圍內(nèi)，可獲取用于日常維修的各類車輛外部檢測信息的軌旁車輛綜合智能檢測系統(tǒng)SMIT (Smart Metro Inspection Technology)。

（3）建立車輛維護(hù)管理系統(tǒng)，包括車輛移動巡檢系統(tǒng)、檢修平臺可視化管理即“鷹眼”系統(tǒng)、工具管理系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)以及基于物聯(lián)網(wǎng)的工藝設(shè)備管理系統(tǒng)。

（4）建立包含車輛運(yùn)行、檢測、維修等全過程狀態(tài)的數(shù)據(jù)中心，并建立具備車輛知識庫、檢修業(yè)務(wù)支持、設(shè)備健康管理、列車服務(wù)評估、列車歷史履歷、專業(yè)主題分析等功能的車輛維護(hù)專家系統(tǒng)。

（5）構(gòu)建以車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（IOR）、軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)（SMIT）、維護(hù)管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以車輛維護(hù)專家系統(tǒng)為核心的智能運(yùn)維系統(tǒng)平臺 RISE（Rolling stock Intelligence Support Engineering），并完成與上海地鐵各類既有維修業(yè)務(wù)平臺的接口建設(shè)，重構(gòu)車輛運(yùn)維業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)向車輛狀態(tài)修的轉(zhuǎn)變。

建設(shè)過程

以創(chuàng)新性、前瞻性引領(lǐng)軌道交通更長遠(yuǎn)發(fā)展。上海地鐵長期以來一直在探索一種新的檢修模式，目的在于盡可能消除運(yùn)營故障、減少運(yùn)營影響、降低故障等級，同時(shí)應(yīng)對超大體量的軌道交通網(wǎng)絡(luò)需要盡量減少人工作業(yè)、降低勞動強(qiáng)度、消除人為影響。

困難就是機(jī)遇，壓力就是創(chuàng)新的動力，每一個成功者都有一個開始。勇于開始，才能找到成功的路。上海地鐵一步一個腳印，為探索新模式打下每一個扎實(shí)的基礎(chǔ)。

·2006年，上海地鐵啟動列車車地?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)难芯?，旨在將列車?shí)時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至地面。

·2010年，通過上海地鐵10號線，完成了車輛部分狀態(tài)及故障信息實(shí)時(shí)傳輸至地面并開發(fā)了圖形化顯示的界面。

·2011年，基于上海地鐵6號線項(xiàng)目，完成了庫內(nèi)列車故障車地傳輸、分析系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用。

·2015年，上海地鐵協(xié)同行業(yè)相關(guān)單位，與中車長客、中車四方車輛研究所深化合作，在上海3、4號線車輛增購項(xiàng)目中完成了正線列車實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)量傳輸，并在地面成功的建設(shè)了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的軟件平臺。通過搭載車載無線傳輸設(shè)備，將車輛狀態(tài)、運(yùn)營故障、安全預(yù)警、車載視頻等諸多用于運(yùn)營、維護(hù)的信息傳輸至地面平臺，積累了大量的數(shù)據(jù)。

·2016年，上海地鐵赴多地考察行業(yè)內(nèi)軌旁檢測設(shè)施設(shè)備情況，制定了上海地鐵軌旁智能檢測建設(shè)方向，基于代替部分人工檢修而非輔助的戰(zhàn)略思想。

·2017年，上海地鐵9號線、17號線軌旁綜合檢測系統(tǒng)（SMIT）開工建設(shè)。

·2017年，上海地鐵17號線智能運(yùn)維平臺搭建完成，專家系統(tǒng)初具規(guī)模。初步完成了關(guān)于城市軌道交通智能運(yùn)維系統(tǒng)運(yùn)用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行運(yùn)維支持、安全預(yù)警、維護(hù)保障、健康評估等方面的規(guī)劃。

·2018年，上海地鐵9號線、17號線軌旁綜合檢測系統(tǒng)（SMIT）完成建設(shè)，并正式投入使用。

建設(shè)構(gòu)架

上海地鐵旨在建設(shè)先進(jìn)的上海軌道交通車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)RISE，覆蓋上海全部軌交線路，并輔以運(yùn)維管理手段的創(chuàng)新，初步實(shí)現(xiàn)城市軌道交通車輛運(yùn)維由傳統(tǒng)的計(jì)劃修、故障修向狀態(tài)修的轉(zhuǎn)變。

上海地鐵著力打造的車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)RISE由車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（IOR）、軌旁綜合檢測系統(tǒng)（SMIT）、維護(hù)管理信息系統(tǒng)組成?？赏瓿蓮能囕v運(yùn)行到車輛檢測維護(hù)全過程的數(shù)據(jù)采集工作，并實(shí)現(xiàn)車輛狀態(tài)檢測自動化、車輛管理維護(hù)信息化、車輛數(shù)據(jù)應(yīng)用智能化功能。

·車輛狀態(tài)檢測自動化。系統(tǒng)通過構(gòu)建車輛運(yùn)行狀態(tài)、車輛檢測、車輛維修等階段的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集體系，旨在實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)用全過程信息數(shù)據(jù)的自動化檢測，并服務(wù)于車輛運(yùn)用全過程。

·車輛管理維護(hù)信息化。系統(tǒng)構(gòu)建車輛運(yùn)行狀態(tài)、車輛檢測、車輛維修等階段的數(shù)據(jù)傳輸體系，將車輛運(yùn)用全過程的數(shù)據(jù)傳輸至平臺，旨在實(shí)現(xiàn)車輛全壽命管理維護(hù)的信息化。

·車輛數(shù)據(jù)應(yīng)用智能化。系統(tǒng)搭建的上海軌道交通車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)RISE，旨在實(shí)現(xiàn)車輛數(shù)據(jù)的智能化應(yīng)用。其中維護(hù)專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析部分能夠提高運(yùn)營維修的效率，可提供合理的日檢、周檢計(jì)劃；降低維護(hù)運(yùn)營成本，可減少人員檢車工作量、節(jié)省人力成本；提升列車運(yùn)營的可靠性，降低由故障造成運(yùn)營事故。同時(shí)，該平臺的模塊化和接口的多樣性能夠兼容各類原有平臺和適應(yīng)各條線路，應(yīng)具有可推廣性和產(chǎn)業(yè)化的特點(diǎn)。