軌道交通車輛運維變革中的技術影響與趨勢研究

陳平安， 晉浩奇

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

2010年《政府工作報告》中將“加快物聯(lián)網的研發(fā)應用”明確納入重點產業(yè)振興[1]。2015年《政府工作報告》中首次提出“互聯(lián)網+”行動計劃[2]。2017年《政府工作報告》中首次提出 “人工智能”[3]。從物聯(lián)網到“互聯(lián)網+”，再到人工智能，在國家層面，促進和深化“兩化融合”不斷受到重視。

2019年國家發(fā)布了《交通強國建設綱要》，文中指出：推進裝備技術升級。推廣應用交通裝備的智能檢測監(jiān)測和運維技術[4]。交通裝備智能檢測監(jiān)測和運維技術是響應“兩化融合”的重要體現(xiàn)之一，軌道交通車輛作為重要的交通裝備，發(fā)展智能運維技術成為變革現(xiàn)有運維方式、解決當前運維困境的新形勢。

本文以軌道交通車輛為研究對象，結合軌道交通車輛運維技術的發(fā)展狀況，分析軌道交通車輛智能運維技術定位、特點及發(fā)展規(guī)劃，預測其發(fā)展趨勢，旨在為軌道交通車輛相關企業(yè)發(fā)展和應用智能運維技術的戰(zhàn)略決策和實施規(guī)劃提供參考。

1 運維變革中的技術影響

運維是保障產品持續(xù)投入服務的必要手段。就軌道交通車輛來說，運維周期占據了其全壽命周期的90%以上。運維工作是軌道交通車輛在其生命周期中不可或缺的重要工作部分，在成本、質量保證或項目管理等各個方面都占據了主要地位。為了使產品適應時代的發(fā)展，滿足市場需求，不斷降本提質增效，保持競爭力而不被淘汰，運維方式必須與時俱進，其發(fā)展應保持與產品發(fā)展相協(xié)調，以適應產品在市場中的發(fā)展需要，而運維方式的變革并不是量的增減和重組，而是質的突破與進化，這一本質的變化依舊離不開科學技術的創(chuàng)新與融合。

軌道交通車輛是科技變革發(fā)展的典型代表，每一次科技變革都會對軌道交通車輛產生巨大的影響，同時也促進了軌道交通車輛運維方式的巨大變革。總的來說，技術催生下的軌道交通車輛運維變革可分為3個階段：人力運維、自動化運維以及智能運維。

1.1 人力運維階段

機械化時代，蒸汽機車車輛運維活動主要以人工運維為主。運維的所有環(huán)節(jié)完全依賴人工。故障預測、故障診斷以及運維的其他實踐活動全部由運維人員完成。

1.2 自動化運維階段

電氣化時代，電力機車車輛得到了快速的發(fā)展和應用，蒸汽機車逐步退出了歷史舞臺。與此同時，以測量技術、檢測技術及IC技術為代表的自動化技術不斷發(fā)展，并被應用到運維領域，形成了以自動化技術應用為主的自動化運維方式，軌道交通車輛，甚至整個軌道交通領域在很長一段時間內保持在自動化運維階段。

在該階段，人和運維設備在運維活動中產生了分工，人參與的一部分運維工作開始由產品的自動化運維設備替代，同時在一定程度上完成了人無法完成的運維活動。在該階段，產品的關鍵狀態(tài)能夠被檢測而發(fā)出警報，并能夠根據場景做出響應機制，但是，自動化運維根據經驗人為設定閾值，超過閾值就進行告警。當告警發(fā)生后，還需要人及時登錄系統(tǒng)分析是什么原因導致告警的產生。這一點完全依賴處理人的經驗和水平[5]。

1.3 智能化運維階段

對于當前的軌道交通市場來說，軌道交通車輛市場保有量不斷擴大，以人為本的運維安全備受關注，車輛運維壓力日益凸顯，為了尋求更加合理的運維解決方案，保障更高的可靠性，實現(xiàn)利潤更大化，需要全面預知車輛信息的變化動向，充分發(fā)揮數(shù)據對車輛優(yōu)化和運維事務的作用，合理配置運維資源，將運維工作日?；?，便捷化。為了迎合這一強勁的市場需求，以互聯(lián)網、大數(shù)據、云計算等技術為代表的人工智能技術開始受到青睞，在這一背景下，智能運維技術在軌道交通車輛中的應用便應運而生，不斷促使軌道交通車輛運維方式的轉型與升級，引領軌道交通車輛運維不斷邁入智能化運維階段。

以機車車輛轉向架車輪的探傷檢測技術為例，該探傷檢測技術作為一種運維技術，早期是由檢修人員根據經驗通過敲擊回聲辨識傷損狀態(tài)，該技術完全由人掌握。隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了離線無損探傷檢測技術(有人參與的自動化檢測技術)和在線無損探傷檢測技術(無人參與的自動化檢測技術)，由原鐵道部戚墅堰機車車輛工藝研究所黃永巍所寫的《鐵道機車車輛無損檢測》[6]一文中記錄了一段時間內無損檢測技術發(fā)展的主要過程。該檢測技術不斷朝著智能化的方向發(fā)展，也由此可知，智能技術與軌道交通車輛運維的結合形成了軌道交通智能運維技術。

2 智能運維技術研究方向

2.1 技術定位

智能運維技術從本質上來說，不是對產品既有技術的提升，而是運維方式的變革，從這一點出發(fā)，它是屬于運維范疇的技術革新，但是，智能運維技術與原產品技術既有聯(lián)系又相互獨立的新技術。例如車門系統(tǒng)，智能運維技術是建立在產品技術基礎之上又具備獨立特性的應用技術，它們同時作用于車門系統(tǒng)，卻又為不同的工作服務。

2.2 技術特點

1)可行性?？萍及l(fā)展水平已經讓軌道交通車輛智能運維技術觸手可及。面向機理的檢測技術更加成熟，全面實時的監(jiān)測技術更加成熟，具有數(shù)據分析的智能算法更加成熟，萬物互聯(lián)的實時傳輸和交互服務更加成熟。

2)必要性。智能運維技術是當下時代賦予軌道交通車輛運維活動的必要方式。落后的運維技術已經讓運維人員力不從心，運維人員迫切需要更加精準先進的運維技術來提供支撐，在保障運維正常有序的同時，釋放疲憊不堪的腦力勞動。

3)艱巨性。智能運維技術考慮的因素廣而雜。軌道交通車輛應用規(guī)模龐大，服務要求高，各種技術應用高度集成，應用場景千變萬化，從業(yè)人員綜合素質千差萬別。

4)持久性。智能運維技術的發(fā)展是持久的。軌道交通車輛的服務壽命在30年左右，一個完整的運維周期也要10年左右，智能運維技術的發(fā)展不僅僅是綜合技術的進步，還需要探索更加合理的方法進行不斷融合，更需要在實踐活動中不斷反復試驗和證明。

2.3 發(fā)展規(guī)劃

發(fā)展軌道交通智能運維技術應突破思維局限，打破慣性約束，結合智能運維技術的技術特點，以全局、未來視角統(tǒng)籌規(guī)劃，逐步實施，應分為以下3個階段。

1)平臺建設。構建智能運維技術應用平臺，打通技術節(jié)點和路徑，推動智能運維活動運作。軌道交通車輛運維是系統(tǒng)性的大工程，需要全產業(yè)鏈上下游企業(yè)的積極努力。建議軌道交通裝備企業(yè)應該以項目為技術載體，構建智能運維技術應用平臺，形成一套相對合理的技術應用體系。

2)實踐與優(yōu)化。結合應用場景和需求，積累運營和試驗數(shù)據，挖掘數(shù)據潛力，優(yōu)化既有技術，提升準確率、穩(wěn)定性、實時性。軌道交通車輛運維技術作為研究性應用技術，結合運維特點，建議分階段對運維技術應用指標進行達標考核，對智能運維技術的應用也要分批次實施，并研究運維活動的成本、穩(wěn)定性和效率達成最佳一致性，建立一套綜合效益最佳的智能運維體系。

3)全面深化。隨著軌道交通車輛行業(yè)市場競爭愈演愈烈，新造成本與運維成本各成體系的時代必將被全壽命周期成本體系取代，未來的運維必將是信息全面、風險可控的。因此，以亟待解決的運維需求為導向，不斷全面深化智能運維新技術，才能在行業(yè)內走的更遠更高。

3 結語

運維技術的不斷發(fā)展促進了運維活動的變革。運維技術不斷從單一的人力運維技術中剝離出來，而且剝離程度越來越大，運維工作被分解成由運維設備參與的運維和由運維人員參與的運維，如圖1所示。由運維設備參與的運維是運維技術不斷發(fā)展的方向，并在不斷向人工無法執(zhí)行的工作中滲透。

圖1 運維工作分解

軌道交通車輛智能運維技術的發(fā)展應首先把握好技術平臺建設這一基礎，落實好技術實踐和優(yōu)化這一關鍵，全面深化這一核心，3個階段相輔相成、有機統(tǒng)一。

“兩化融合”是所有工業(yè)領域的發(fā)展機遇，同時也是挑戰(zhàn)。軌道交通車輛作為工業(yè)領域的“火車頭”，在貫徹和落實“兩化融合”政策上應走在時代的前列，而運維活動作為軌道交通車輛的重要活動之一，更應該也更需要貫徹和落實“兩化融合”政策。