軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)初步搭建

徐佳寧

(常州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 常州 213164)

目前，城市軌道交通安全、穩(wěn)定運營已越來越受到各級政府、地鐵公司的關(guān)注，成為現(xiàn)代城市管理的首要課題之一，城市軌道交通維保模式也從單線、常規(guī)維保到網(wǎng)絡(luò)化、智能化維保轉(zhuǎn)變。如何在保障軌道交通系統(tǒng)安全可靠運營的基礎(chǔ)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(shè)備智能化管理水平，越來越成為同行廣泛關(guān)注和研究的熱點[1]。

從全球來看，西門子、阿爾斯通、泰雷茲等主要設(shè)備(系統(tǒng))供應(yīng)商都已開發(fā)并應(yīng)用成熟的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，用于軌道交通專業(yè)設(shè)備(系統(tǒng))的數(shù)據(jù)監(jiān)測和維護決策支持。從國內(nèi)來看，在城市軌道交通協(xié)會、北上廣深等城市地鐵公司的要求下，各主要設(shè)備供應(yīng)商在本專業(yè)領(lǐng)域都已開始單獨或與業(yè)主聯(lián)合開發(fā)軌道交通在線監(jiān)測子系統(tǒng)。

1 城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)建設(shè)目標

城市軌道交通車輛智能維保與健康管理平臺的建設(shè)目標是通過提升車輛的健康管理與數(shù)字化精準維修能力，在保障安全運行的基礎(chǔ)上，提高車輛上線率、降低維修成本。具體目標包含：

(1) 建立車輛綜合維保數(shù)據(jù)平臺，透明化車輛各系統(tǒng)狀態(tài)：通過智能化的升級改造，提高車輛各系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測水平，全面掌握各系統(tǒng)的運行狀態(tài)，建立車輛綜合維保數(shù)據(jù)平臺，為PHM技術(shù)的應(yīng)用提供必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(2) 搭建車輛智能維保與健康管理平臺的基礎(chǔ)上，探索建立評價指標體系：包含安全類指標、服務(wù)類指標、效率類指標和效益類四大指標體系[2]。

(3) 運用PHM技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，精準定位故障異常：研究故障預(yù)測與健康管理技術(shù)在軌道交通車輛智能維保中的運用，綜合全面地分析車輛各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，準確定位故障異常，有效提升故障處理效率。

(4) 優(yōu)化維護檢修業(yè)務(wù)，逐步向“狀態(tài)修”轉(zhuǎn)變：通過開發(fā)車輛監(jiān)控、智能維保與全生命周期管理應(yīng)用，探索車輛檢修業(yè)務(wù)的修程修制優(yōu)化，逐步將“計劃修”向“狀態(tài)修”轉(zhuǎn)變。

(5) 基于國際及國內(nèi)相關(guān)標準，構(gòu)建車輛智能運維架構(gòu)：結(jié)構(gòu)化、體系化維修大綱、工藝流程和作業(yè)指導(dǎo)書，逐步構(gòu)建一套以構(gòu)型為中心的軌道交通車輛維修知識體系框架，有助于提供更加高效和靈活的維修計劃排程和生產(chǎn)調(diào)度。

2 城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)能力要求

城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)的總體技術(shù)要求是通過提升車輛系統(tǒng)的健康管理與數(shù)字化精準維修能力，在保障車輛系統(tǒng)設(shè)備安全運行的基礎(chǔ)上，提升檢修效率、提高上線率、降低維修成本。具體來說，就是要形成以下技術(shù)能力：

(1)利用傳感器實現(xiàn)車輛狀態(tài)智能監(jiān)測，借助各種算法及模型來預(yù)測、監(jiān)控和管理車輛設(shè)備狀態(tài)。

(2)實現(xiàn)準確的故障診斷：在過濾虛假警報的前提下，利用故障建模和故障檢測，精確定位車輛故障的性質(zhì)、原因、類型以及發(fā)生的部位，針對不同工況下的各種故障采取對應(yīng)的措施。

(3)提高狀態(tài)維修比例：實時掌握車輛設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控、故障預(yù)測、檢測隔離、壽命跟蹤等功能；對于有條件進行性能衰退評估的部件，逐步由事件驅(qū)動的事后維修或時間觸發(fā)的定期維修轉(zhuǎn)到基于車輛實際狀態(tài)的檢修。

(4)實現(xiàn)精準化維修：通過車輛維修任務(wù)精準獲取、維修計劃精細編排、維修排程和資源調(diào)度優(yōu)化與維修履歷精準記錄實現(xiàn)車輛系統(tǒng)設(shè)備的精準化維修。

(5)實現(xiàn)均衡化維修：通過合理地計劃和調(diào)度人員、工裝、設(shè)備等檢修資源，同時充分利用各類檢修時間窗口，提升資源的利用效率，逐步推動維修業(yè)務(wù)的扁平化管理。

(6)實現(xiàn)可視化維修：支持以維修工單為最小單位，提供多維度、圖形化、交互式的計劃編制、調(diào)整，執(zhí)行過程可視化，提高計劃管理效率；支持“人、機、料、法、環(huán)”等維修資源的多維度(如狀態(tài)、位置、任務(wù))可視化查詢，為高效的資源調(diào)度提供輔助；支持以工單工序為最小單位，實現(xiàn)作業(yè)過程的進度管理、質(zhì)量監(jiān)控和安全管控。

(7)支撐維修管理創(chuàng)新：支持生成安全卡控工單，實現(xiàn)維修作業(yè)和安全卡控工單的聯(lián)動互鎖；支持生成質(zhì)量檢驗工單，實現(xiàn)作業(yè)過程與質(zhì)量盯控的聯(lián)動、作業(yè)結(jié)果自動確認；支持對作業(yè)過程進行到工序粒度的精細化作業(yè)時間統(tǒng)計，實現(xiàn)作業(yè)過程智能監(jiān)管；自動統(tǒng)計各類KPI指標，并對指標進行多維度統(tǒng)計分析、趨勢分析和關(guān)聯(lián)分析，并按設(shè)定的閾值進行預(yù)警和告警。

3 城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于以上目標和技術(shù)要求，城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)應(yīng)包含智能運維中心數(shù)據(jù)庫、車載監(jiān)測系統(tǒng)、軌旁檢測系統(tǒng)、工裝設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)，通過以上系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交互，實現(xiàn)對車輛健康管理與數(shù)字化精準維修，如圖1所示。

圖1 軌道交通車輛運維系統(tǒng)架構(gòu)

智能運維中心數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)存儲與管理中心，完成構(gòu)型化數(shù)據(jù)管理、基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)管理、設(shè)備履歷管理、檢修業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理與資源數(shù)據(jù)管理等，同時支持與維修基地、主機廠以及維保公司系統(tǒng)的對接。對車輛及軌旁設(shè)備進行系統(tǒng)、子系統(tǒng)、零部件等不同層級，以及區(qū)域、功能、物理等不同分解維度構(gòu)型的搭建和維護，支持在不同層級和分解維度進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，滿足車輛和設(shè)備參數(shù)、履歷等數(shù)據(jù)管理的需求，同時滿足車輛和設(shè)備故障標準化描述及精準定位、排除故障和維修作業(yè)流程標準化、維修資源精細化和標準化的需求，為實現(xiàn)精準維修提供支持。

車載監(jiān)測系統(tǒng)包含車輛各個子系統(tǒng)在列車上進行設(shè)備監(jiān)測檢測的系統(tǒng)，主要包含車門監(jiān)測系統(tǒng)、空調(diào)監(jiān)測系統(tǒng)、走行部監(jiān)測系統(tǒng)、弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)、輔助監(jiān)測系統(tǒng)、制動監(jiān)測系統(tǒng)、牽引監(jiān)測系統(tǒng)以及車載中央維護系統(tǒng)。實時采集車輛傳感器信息和車輛設(shè)備狀態(tài)信息，進行數(shù)據(jù)存儲并對車輛各系統(tǒng)健康狀態(tài)作出判斷。軌旁檢測系統(tǒng)能夠?qū)κ茈姽?、車底、車?cè)、輪對、走行部等關(guān)鍵零件進行檢測，自動采集列車相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并通過專用網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至智能運維中心服務(wù)器，結(jié)合工裝設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，實現(xiàn)車輛信息與維系設(shè)備狀態(tài)的無縫對接，能夠極大提高檢修效率。

4 結(jié)論

城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)是實現(xiàn)狀態(tài)修的重要手段之一，是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、專家系統(tǒng)等新興技術(shù)的綜合場景應(yīng)用。該系統(tǒng)不僅保證了地鐵運輸安全，還可提高檢修作業(yè)質(zhì)量和檢修效率，并且隨著監(jiān)測數(shù)據(jù)的不斷積累，還可大幅降低檢修成本，對實現(xiàn)車輛全壽命周期管理具有重要的現(xiàn)實意義[3]。