城市軌道交通車輛智能運維應(yīng)用研究

劉鵬輝

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣東廣州 510010）

1 研究背景

經(jīng)過十多年的快速發(fā)展，軌道交通線網(wǎng)規(guī)模實現(xiàn)跨越式發(fā)展。面對檢修任務(wù)巨大、檢修人員業(yè)務(wù)水平差距較大、檢修人員檢修質(zhì)量隨機性較高、地鐵運營需要高可靠性等特點，軌道交通系統(tǒng)設(shè)備需要具備高可靠性、高可用性、維修方便、高安全性的特征[1]。

目前，各個城市已建成的地鐵線路基本沿用傳統(tǒng)運維模式，其特點包括多計劃修、預(yù)防修、少狀態(tài)修；人力投入較大、人力成本較高；運維數(shù)據(jù)無法數(shù)字化、檢測頻率較低；無法對檢測的數(shù)據(jù)進行跟蹤處理，造成數(shù)據(jù)浪費；無法對運維過程進行跟蹤，不利于運維質(zhì)量檢查、運維質(zhì)量的提升，造成安全隱患。傳統(tǒng)的運維模式無法適應(yīng)各個城市規(guī)模龐大的軌道交通需求[2-4]。

傳統(tǒng)地鐵車輛采用計劃修的維修制度，以人工作業(yè)為主的作業(yè)模式。受到人的隨機因素及設(shè)備配置因素的影響，車輛檢修效果存在很大的差異性。傳統(tǒng)地鐵車輛維修采用的計劃修制度無法根據(jù)車輛使用狀態(tài)及故障狀態(tài)進行及時維修，庫內(nèi)檢測存在檢測方式不精確、不及時、不全面等弊端。結(jié)合目前國內(nèi)發(fā)展趨勢，新建線路常采用最新技術(shù)，這些新技術(shù)與傳統(tǒng)檢修作業(yè)模式存在較大差異，使檢測結(jié)果的評判標(biāo)準(zhǔn)多樣化，導(dǎo)致故障率不穩(wěn)定[5-6]。

2 需求分析

傳統(tǒng)地鐵運維系統(tǒng)中，各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)相互獨立，無法實現(xiàn)整體效應(yīng)和車輛的整體狀態(tài)感知。智能運維以設(shè)備狀態(tài)修為導(dǎo)向，結(jié)合先進設(shè)備檢測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、可靠性理論分析技術(shù)、人工智能等技術(shù)方法，進行運維體系搭建，從檢修作業(yè)人員、工具設(shè)備、物料、檢修作業(yè)流程、故障報警、故障分析、故障處理決策等方面實現(xiàn)面向軌道交通系統(tǒng)主動型全域狀態(tài)感知、電子化規(guī)范流程及場景化決策控制，促進運維檢修精準(zhǔn)、高效，提升監(jiān)測終端、后臺數(shù)據(jù)處理、故障處理銜接能力及網(wǎng)絡(luò)化運營下設(shè)備設(shè)施健康狀態(tài)的管理水平。

綜合健全數(shù)字集成系統(tǒng)構(gòu)建、監(jiān)測數(shù)據(jù)后臺處理分析、檢測數(shù)據(jù)信息交互、檢修維護策略判定，基于全過程信息化的深度構(gòu)建，增強人、機、物、技術(shù)、平臺的多元融合關(guān)系，以數(shù)據(jù)驅(qū)動運維認(rèn)識，達到人機協(xié)同信息同步，儲備物資高效利用，滿足未來運維場景多樣化需求。

通過上述措施，智能運維系統(tǒng)建立智能運維和安全保障體系，可以最大限度地降低維修成本，建設(shè)車輛的智能運維體系；研發(fā)車輛智能運維分析決策系統(tǒng)，結(jié)合車輛故障預(yù)測與健康管理，實現(xiàn)車輛全生命周期管理；完善智能化巡檢系統(tǒng)，減輕人工巡檢勞動強度。

3 總體思路

車輛智能運維系統(tǒng)是解決車輛的安全、可靠、智能化、效率和綠色出行的智能化信息平臺。

智能運維系統(tǒng)采集范圍包括車輛運行、車輛檢修過程中的全部數(shù)據(jù)。運行數(shù)據(jù)包括故障數(shù)據(jù)、軌旁檢測數(shù)據(jù)；檢修數(shù)據(jù)包括車輛維修和管理數(shù)據(jù)。實現(xiàn)上述功能需綜合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)。通過建設(shè)地面運維平臺，為列車運營調(diào)度及車輛段各專業(yè)車輛檢修提供基于數(shù)據(jù)支撐的技術(shù)決策信息，為車輛調(diào)度、生產(chǎn)管理提供技術(shù)支持。提高列車運營可靠性、行車安全性、檢修效率、檢修質(zhì)量，降低人員投入、管理成本，為地鐵的安全運營提供保障，逐步實現(xiàn)車輛“狀態(tài)修”的總體目標(biāo)。

4 技術(shù)路線

4.1 在途車輛綜合監(jiān)測系統(tǒng)

在途車輛綜合監(jiān)測系統(tǒng)依托列車控制與監(jiān)視網(wǎng)、列車監(jiān)測技術(shù)、車地通信網(wǎng)絡(luò)，由數(shù)據(jù)存儲及無線傳輸系統(tǒng)主機完成整車及關(guān)鍵部件運行狀態(tài)信息采集、數(shù)據(jù)標(biāo)識、數(shù)據(jù)解析處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)加密后，經(jīng)車地?zé)o線通道傳輸至地面智能運維平臺。通過數(shù)據(jù)解密、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，或借助各種人工智能算法和診斷分析技術(shù)及預(yù)測模型實現(xiàn)列車及其關(guān)鍵部件實時健康狀態(tài)監(jiān)測、在線故障診斷及故障預(yù)警、故障預(yù)測和健康狀態(tài)評估，提高地鐵車輛的系統(tǒng)可靠性、運行安全性。在途車輛綜合監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)是地鐵列車智能運維系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。

車載監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測的列車子系統(tǒng)包括牽引輔助系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架、受電弓及接觸網(wǎng)、客室車門、乘客信息系統(tǒng)、空調(diào)、蓄電池、TCMS系統(tǒng)等。

4.2 軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)

在軌旁安裝基于高清攝像技術(shù)、紅外成像技術(shù)、激光等傳感技術(shù)的檢測裝置，列車不停車經(jīng)過軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)時，自動檢測車體外觀、關(guān)鍵零部件外形輪廓及關(guān)鍵磨耗件尺寸參數(shù)等信息，將此類信息發(fā)送至地面運維平臺，數(shù)據(jù)分析處理時，若發(fā)現(xiàn)異常情況及時自動報警提示，實現(xiàn)自動化日常巡檢。該系統(tǒng)可以覆蓋60%～70%的人工列檢項點，隨著功能的完善，可以進一步提升檢測項點的覆蓋率。

軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)包括輪對尺寸檢測模塊、360°車輛外觀檢測模塊、車下設(shè)備溫度檢測模塊、踏面缺陷動態(tài)圖像檢測模塊、受電弓檢測模塊、車輪探傷模塊。

4.3 車輛檢修管理信息系統(tǒng)

車輛檢修管理信息系統(tǒng)可以實現(xiàn)車輛段的智能檢修，從“人、機、料、法、環(huán)、測”六個維度進行綜合管控，通過工作派單管理、生產(chǎn)計劃管理、檢修質(zhì)量管理、工藝管理、檢修作業(yè)管理、履歷管理、生產(chǎn)資源管理、故障信息管理、配件管理、安全管控等功能模塊對車輛檢修任務(wù)進行深入分析和應(yīng)用，實現(xiàn)整個車輛檢修周期的管理。系統(tǒng)通過檢修基地試驗臺等地面檢修設(shè)備獲取檢修數(shù)據(jù)，配置手持移動終端等實現(xiàn)對列車檢修狀態(tài)及故障信息實時監(jiān)控，全面獲取車輛檢修維護信息，將故障檢修信息以工單形式發(fā)送至系統(tǒng)，系統(tǒng)完成故障工單處理，將故障處理措施和結(jié)果等信息通過語音、圖像以及文字的形式上傳至地面運維平臺，實現(xiàn)工單管理有效閉環(huán)，是車輛運維全壽命周期監(jiān)控管理的一個重要的數(shù)據(jù)支持環(huán)節(jié)。

車輛檢修管理信息系統(tǒng)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊及車輛信息檢修管理模塊組成，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊包括主數(shù)據(jù)管理、技術(shù)質(zhì)量管理、資源基礎(chǔ)管理模塊，車輛信息檢修管理模塊包括工作派單管理、生產(chǎn)計劃管理、檢修質(zhì)量管理、工藝管理、檢修作業(yè)管理、履歷管理、生產(chǎn)資源管理、故障信息管理、配件管理、安全管控。系統(tǒng)可以實現(xiàn)車輛檢修全流程數(shù)字化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程、質(zhì)量檢驗、物料配送管理的無縫對接，實現(xiàn)地鐵車輛、關(guān)鍵件履歷管理，實現(xiàn)檢修人員管理及檢修作業(yè)指導(dǎo)等。

4.4 地面智能運維平臺

（1）狀態(tài)監(jiān)控。

根據(jù)在途車輛綜合監(jiān)測系統(tǒng)及軌旁綜合檢測系統(tǒng)實時獲取列車狀態(tài)、故障數(shù)據(jù)，在地面運維平臺監(jiān)控端進行線路級和列車級車輛狀態(tài)監(jiān)視和展示。

（2）故障報警。

故障報警平臺具備對車輛故障數(shù)據(jù)進行分析、判斷、整理的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)故障預(yù)警及故障報警提示。

（3）應(yīng)急處置。

支持應(yīng)急處置功能，列車發(fā)生故障時，地面運維平臺能夠通過第三方接口調(diào)取車輛相應(yīng)視頻進行實時查看，結(jié)合列車狀態(tài)遠程監(jiān)控及故障實時報警，實現(xiàn)遠程應(yīng)急處置，指導(dǎo)司機快速應(yīng)急處置，縮短故障解決時間，提升故障實時處置水平，提高列車運營可靠性及安全性。

（4）故障診斷。

故障診斷是智能運維的一個重要功能，對車輛各子系統(tǒng)（牽引、輔助、制動、走行部、弓網(wǎng)、車門、空調(diào)、乘客信息、網(wǎng)絡(luò)、蓄電池等）的狀態(tài)進行實時故障診斷，提供給用戶進行報警提示，針對不同的故障內(nèi)容，提供恰當(dāng)?shù)墓收咸幚泶胧┙o用戶，由協(xié)助檢修人員查找并快速解決故障。

（5）故障預(yù)警。

地面運維平臺可以提供故障預(yù)警自定義功能，使用戶可以在定義故障的基礎(chǔ)上靈活豐富自身的狀態(tài)預(yù)警庫。根據(jù)專家的檢修經(jīng)驗、各線路的實際運行情況與運行條件，添加特定的預(yù)警判斷條件，為列車數(shù)據(jù)的深入挖掘與大數(shù)據(jù)分析提供方向。系統(tǒng)可以實現(xiàn)包括閾值預(yù)警、突變預(yù)警、趨勢預(yù)警和模型預(yù)警等功能。

（6）故障預(yù)測。

平臺可以根據(jù)部件退化過程中的征兆信息（結(jié)構(gòu)特性、功能參數(shù)、環(huán)境條件及歷史運行情況），在判斷當(dāng)前故障嚴(yán)重程度的基礎(chǔ)上預(yù)測故障的演化趨勢或估計剩余壽命、實現(xiàn)關(guān)鍵部件性能預(yù)測，為運維決策提供數(shù)據(jù)輸入。

（7）健康評估。

平臺能夠?qū)Τ鞘熊壍儡囕v系統(tǒng)、子系統(tǒng)、關(guān)鍵部件進行健康評估，實現(xiàn)系統(tǒng)、子系統(tǒng)、關(guān)鍵部件健康評估排名顯示、健康評估趨勢和評估結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖形化顯示等功能。

（8）運維決策支持。

運維決策支持平臺的知識庫模塊支持按照部位、類別、故障等不同類型層次化維護故障代碼體系，自動根據(jù)故障類別推薦相關(guān)原因代碼與處理意見。通過長期的數(shù)據(jù)積累，地面智能運維平臺可以較為準(zhǔn)確地判斷車輛或子系統(tǒng)的健康狀態(tài)，將車輛健康狀態(tài)與修程修規(guī)進行關(guān)聯(lián)性匹配，使車輛檢修管理信息系統(tǒng)能夠依據(jù)車輛的實際健康情況智能地管理車輛修程修規(guī)，在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)τ脩籼岢鲕囕v的維修建議。

5 結(jié)語

目前，國內(nèi)各大城市新建的地鐵線路已經(jīng)部分或全部采納智能運維系統(tǒng)。采用智能運維系統(tǒng)可以實現(xiàn)提高車輛檢修效率，減少人力支出，降低運營維護成本，為實現(xiàn)車輛檢修逐步由計劃修過渡到狀態(tài)修提供條件。