軌道交通健康管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究綜述

武艷

摘要：傳統(tǒng)裝備維修管理方式主要以預(yù)防性維修為主、事后維修為輔，多采取計(jì)劃修、事后修的方法解決裝備的維修問題，但實(shí)際應(yīng)用中存在維修不足、維修過剩等問題。維修不足會導(dǎo)致裝備未得到足夠維修量在后續(xù)使用過程中產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，并增加裝備局部故障演變?yōu)檎w故障的概率;維修過剩會導(dǎo)致維修資源浪費(fèi)和裝備壽命浪費(fèi)，如動車組輪對傳統(tǒng)計(jì)劃修方法較視情維修方法會浪費(fèi)更多的輪徑余量，導(dǎo)致輪對整體壽命縮短，同時(shí)頻繁維修也會增加裝備產(chǎn)生額外故障的概率。基于此，對軌道交通健康管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，僅供參考。

關(guān)鍵詞：軌道交通;健康狀況管理;PHM;應(yīng)用

引言

對風(fēng)險(xiǎn)的管控，首先就需要解決好軌道交通工程質(zhì)量安全管理的標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化問題，只有完善這些基本的管理制度體系，才能保證城市軌道交通項(xiàng)目的安全開展。與傳統(tǒng)的建設(shè)項(xiàng)目相比，城市軌道交通的工程項(xiàng)目管理需要多個(gè)主體相互參與、相互協(xié)助管理，各個(gè)主體的主要管理任務(wù)概括為“三控三管一協(xié)調(diào)”。但是不同的主體之間，其項(xiàng)目管理的具體任務(wù)也不同，同樣，在軌道交通項(xiàng)目全生命周期的各個(gè)階段的具體管理任務(wù)也不相同。如果我們可以把不同的參與方、不同的工程建設(shè)目標(biāo)、不同時(shí)段的管理聯(lián)系起來，運(yùn)用管理學(xué)中的協(xié)同思想進(jìn)行管理，既可以實(shí)現(xiàn)軌道交通項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也帶來了社會效益。

1軌道交通管理概述

軌道交通，顧名思義是指以軌道運(yùn)行的交通工具，需要特定的環(huán)境和區(qū)域來確保軌道交通工具的安全穩(wěn)定運(yùn)行，從而達(dá)到運(yùn)載乘客和貨物的目的。而在軌道交通運(yùn)行中，為了提升軌道交通的通行質(zhì)量和效率，要求交通部門提升軌道交通運(yùn)行的安全管理，完善和優(yōu)化應(yīng)急管理體系，這也是軌道交通通行亟待解決的問題。而在實(shí)際的管理工作中，因?yàn)檐壍澜煌ㄔO(shè)計(jì)的內(nèi)容較多、體系龐大，這也導(dǎo)致軌道交通管理具有復(fù)雜性和多樣性的特征，給管理工作帶來了一定的難度和阻力。為了更好的提升城市軌道交通管理的科學(xué)性和有效性，相關(guān)的管理人員應(yīng)不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的管理理念，提升自身的管理知識，并結(jié)合實(shí)際的軌道運(yùn)行管理將各項(xiàng)工作和任務(wù)落到實(shí)處，真正解決軌道交通運(yùn)行中存在的問題和風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)排除安全隱患，提升軌道交通應(yīng)急管理的質(zhì)量和效率，從而更好地維護(hù)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

2PHM技術(shù)特點(diǎn)

PHM技術(shù)早期多用于航空領(lǐng)域，如F404發(fā)動機(jī)檢測系統(tǒng)中，出現(xiàn)了剩余壽命評估、操作極限監(jiān)控、熄火檢測等早期故障監(jiān)測功能。但早期PHM系統(tǒng)缺乏故障預(yù)測功能，受限于當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展條件，并不能實(shí)現(xiàn)故障的實(shí)時(shí)檢測和及時(shí)預(yù)測。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的迅速發(fā)展，PHM技術(shù)已經(jīng)成為連接裝備本身和其保障裝備的重要橋梁，同時(shí)也是英美等國爭相研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。PHM技術(shù)早在2000年就被列入美國國防部《軍用關(guān)鍵技術(shù)》報(bào)告。2002年，美國國防部在原有CBM管理技術(shù)基礎(chǔ)上又提出更高端的CBM概念（CBMPlus，CBM+），用來提高裝備視情維修的效率和精度。2006年，PHM技術(shù)在美國最新研發(fā)的F35戰(zhàn)機(jī)上得到應(yīng)用。同時(shí)，美國國家航天局等多個(gè)科研機(jī)構(gòu)針對航天領(lǐng)域的PHM系統(tǒng)開展了綜合研究。PHM技術(shù)不局限于航空航天領(lǐng)域，更在汽車、核電領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。我國《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》（2006—2020年）中明確指出，重大產(chǎn)品和重大設(shè)施壽命預(yù)測技術(shù)是提高運(yùn)行可靠性、安全性、可維護(hù)性的關(guān)鍵技術(shù)。

3接觸網(wǎng)檢測及健康管理系統(tǒng)總體方案

OCS運(yùn)行狀況檢測管理系統(tǒng)包括兩個(gè)子系統(tǒng)：OCS檢測、OCS錯(cuò)誤預(yù)測和運(yùn)行狀況管理。OCS檢測子系統(tǒng)還包括兩個(gè)功能模塊：檢測和監(jiān)控OCS懸掛狀態(tài)。相關(guān)設(shè)備以指定列車為承運(yùn)人，使得檢測工作更加靈活、靈活。受電弓滑板檢測系統(tǒng)主要采用圖像識別、紅外成像、紫外檢測、激光測量、牽引電流測試等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)受電弓滑板通道性能和狀態(tài)的非接觸檢測。主要檢查范圍包括受電弓是否結(jié)構(gòu)完整、變形或無聲音、電弧強(qiáng)度和時(shí)間，OCS幾何參數(shù)包括伸出孔值、導(dǎo)軌高度、高度差、傾斜度和接觸點(diǎn)溫度。接觸式通風(fēng)狀態(tài)檢測監(jiān)控系統(tǒng)具有圖像監(jiān)控設(shè)備，用于在線檢測、自動分析、故障分類和過去結(jié)果的比較?；趶?fù)雜環(huán)境下的精密成像和自動缺陷識別技術(shù)和高精度激光動態(tài)測量技術(shù)，接觸網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，對高速和常規(guī)高速接觸網(wǎng)設(shè)備和部件執(zhí)行外觀檢測和高精度幾何參數(shù)測量。它還能自動檢測結(jié)構(gòu)異常（完整性、位移、開裂、松動、碎屑等）并進(jìn)行分類。棟以及輸出分析結(jié)果和缺陷報(bào)告，為OCS的質(zhì)量識別和維護(hù)提供依據(jù)。OCS故障和健康預(yù)測系統(tǒng)的功能基于受電弓檢測系統(tǒng)和OCS懸架狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析算法，可以獲得OCS服務(wù)狀態(tài)預(yù)測和維護(hù)指南，并顯示各種業(yè)務(wù)方面。

4軌道交通的優(yōu)勢所在

相對于傳統(tǒng)的交通運(yùn)輸方式，城市軌道交通有著更加安全和高效的特征：主要是運(yùn)用各種現(xiàn)代化、信息化的高科技智能體系及開展工作，結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)手段來保證整個(gè)城市軌道交通運(yùn)行系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，保證軌道交通管理運(yùn)營的高效性及可靠性。同時(shí)，城市軌道交通還可以將列車內(nèi)部的溫度穩(wěn)定控制在特定區(qū)域之中，保證群眾在乘坐過程中的舒適感，在提升城市交通運(yùn)行效率的同時(shí)，提升整體交通運(yùn)行質(zhì)量。除此之外，城市軌道交通中的巨大的客運(yùn)量也進(jìn)一步突出了城市軌道交通的集約化及優(yōu)質(zhì)化特征。由此可見，在未來的城市化發(fā)展進(jìn)程中，城市軌道交通必然會成為交通系統(tǒng)中發(fā)展的關(guān)鍵和重點(diǎn)所在。

5軌道交通領(lǐng)域PHM技術(shù)應(yīng)用探討

軌道交通關(guān)鍵部件故障特征參數(shù)集建立。在長期服役過程中，軌道交通列車表現(xiàn)出許多狀態(tài)參數(shù)，如轉(zhuǎn)向架橫向加速度、軸向加速度、軸箱軸承聲音信號、輪對踏面剝離與凹陷等。充分利用這些狀態(tài)變量所反映的軌道交通關(guān)鍵部件狀態(tài)可為軌道交通關(guān)鍵部件提供準(zhǔn)確的狀態(tài)特征數(shù)據(jù)庫。對不同部件的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行研究來模擬得到該部件的狀態(tài)變化規(guī)律，進(jìn)而提煉出可反映不同部件健康狀態(tài)的指標(biāo)并整理成方便調(diào)用的集合，是接下來軌道交通PHM系統(tǒng)研究的一大難點(diǎn)。軌道交通故障信號深度處理。作為復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的代表，軌道交通關(guān)鍵部件故障通常是混雜在一起發(fā)生，得到的故障信號通常會夾雜噪聲和其他關(guān)鍵部件故障信號。如何在實(shí)際工況中對采集到的故障信息進(jìn)行清洗并解耦得到列車多模式強(qiáng)時(shí)變故障特征的信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對故障信息的準(zhǔn)確分析，是亟待深入研究的課題。

結(jié)束語

在城市交通問題日益嚴(yán)峻的背景下，地鐵成為大中城市普遍應(yīng)用的交通方式，這種交通工具具有運(yùn)行效率高、通行速度快的特征，并且軌道交通占用的土地面積較少，設(shè)備設(shè)施基本都在地下，對日益緊缺的城市土地資源來說不失為理想的選擇。而地鐵交通的運(yùn)行需要龐大的系統(tǒng)支持，這不僅包含電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，還要求具有科學(xué)、完善的安全管理體系和應(yīng)急管理預(yù)案，在保證地鐵基本運(yùn)行的前提下，能夠?qū)Φ罔F運(yùn)行中存在的問題和隱患風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)地排查和解決，做好事故的預(yù)防和處理，避免地鐵交通系統(tǒng)的事故發(fā)生，一旦出現(xiàn)緊急情況，能夠及時(shí)啟動應(yīng)急預(yù)案，采取高效、科學(xué)的救援行動。

參考文獻(xiàn)

[1]朱賀，齊勝，張悅斌.城市軌道交通接觸網(wǎng)狀態(tài)檢測及健康管理系統(tǒng)研究[J].中國設(shè)備工程，2021（11）：180-181.

[2]周健.城市軌道交通車輛故障預(yù)測與健康管理技術(shù)研究[D].南京師范大學(xué)，2021.

[3]段亞美，施聰，黃曉榮.基于故障預(yù)測與健康管理技術(shù)的城市軌道交通信號系統(tǒng)健康管理體系[J].城市軌道交通研究，2020，23（12）：177-181.

[4]祝喬，面向軌道交通的混合能源管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.四川省，西南交通大學(xué)，2020-08-07.

[5]張沖，牛瑜烽，柴學(xué)藝.城市軌道交通ZDJ9型轉(zhuǎn)轍機(jī)健康管理系統(tǒng)研究[J].鐵道通信信號，2020，56（05）：74-77.