基于數(shù)據(jù)融合應(yīng)用的軌道交通基地設(shè)施設(shè)備維護(hù)策略建立方法

張懿明

（上海地鐵維護(hù)保障有限公司物資和后勤分公司，上海 200232）

0 引言

上海軌道交通目前在線運(yùn)營線路19 條（含磁?。\(yùn)營里程772km，承擔(dān)整個(gè)上海公共交通系統(tǒng)66%的客運(yùn)量。軌道交通車輛基地是軌道交通系統(tǒng)中的核心場(chǎng)所，其可靠狀態(tài)是一線運(yùn)營的保障能力之一。圍繞基地保障的主要設(shè)施設(shè)備包含通風(fēng)與空調(diào)，給排水及消防水系統(tǒng)，低壓配電，房屋結(jié)構(gòu)、裝飾及市政設(shè)施，廚房、鍋爐等生活保障設(shè)備，洗車機(jī)等基地專有設(shè)備，安防門禁，電梯及起重設(shè)備等。

基地設(shè)施設(shè)備的維護(hù)策略分為兩類，一是計(jì)劃性維護(hù)，主要依據(jù)規(guī)程規(guī)制要求，制訂計(jì)劃性維修工作，維護(hù)計(jì)劃性的合理編制是解決效率提升的傳統(tǒng)方式之一，也是保障設(shè)施設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)的重要措施。二是故障性維修，傳統(tǒng)的故障信息來源于維護(hù)人員的現(xiàn)場(chǎng)巡視發(fā)現(xiàn)或用戶方的報(bào)修，設(shè)施設(shè)備保障人員通過應(yīng)急響應(yīng)要求和措施清單作為故障性維修保障的主要應(yīng)對(duì)手段之一。

在全網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營維護(hù)保障數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大背景下。如何選擇基地設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的采集點(diǎn)設(shè)置，并被有效地用于綜合分析應(yīng)用；如何改變傳統(tǒng)維修策略，通過狀態(tài)修來提升基地設(shè)備維護(hù)效率和可靠性?；跀?shù)據(jù)融合賦能后的狀態(tài)綜合分析應(yīng)用，是解決以上問題的方法之一。

1 確定關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備的理論和方法

面對(duì)種類繁雜的基地設(shè)備，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)并能夠較為經(jīng)濟(jì)地完成基地設(shè)備在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，可以通過建立設(shè)備關(guān)鍵性評(píng)估和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)概率理論實(shí)現(xiàn)，這也是維護(hù)策略向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的首要步驟。

1.1 傳統(tǒng)維修策略下不可避免的問題

以計(jì)劃性維護(hù)和故障維修結(jié)合的傳統(tǒng)保障策略存在以下問題：

（1）對(duì)基地內(nèi)的設(shè)施設(shè)備狀態(tài)不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)問題事后才能發(fā)現(xiàn)；

（2）設(shè)施設(shè)備臺(tái)賬信息缺少維度（設(shè)備履歷、可用度等信息），不利于進(jìn)行全生命周期管理；

（3）維修調(diào)度及維保任務(wù)靠人工指派，導(dǎo)致全局統(tǒng)籌能力不足；

（4）業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)不通，存在數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象。

1.2 設(shè)施設(shè)備維修綜合評(píng)估法

將基地內(nèi)的設(shè)施設(shè)備按關(guān)鍵性進(jìn)行評(píng)估分類[1]，用量化的方式來區(qū)別設(shè)備，是關(guān)鍵性評(píng)估工作的核心。將基地設(shè)施設(shè)備評(píng)分分值滿分設(shè)定為16 分，并對(duì)評(píng)分為7.2 分以上（含7.2 分）定義為關(guān)鍵性設(shè)施設(shè)備，評(píng)分為7.2分以下定義為非關(guān)鍵性設(shè)備。

通過設(shè)備設(shè)施的關(guān)鍵性指標(biāo)，對(duì)基地內(nèi)的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行關(guān)鍵性設(shè)定，并以“二八”法則為管理策略，對(duì)關(guān)鍵性設(shè)施設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維修和計(jì)劃性保養(yǎng)，非關(guān)鍵性設(shè)施設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)性維修和替換維修?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)證明，設(shè)施設(shè)備維護(hù)工作的差異化分配，對(duì)提高生產(chǎn)效率和提升整體效益具有一定作用。

如表1所示，基地設(shè)備關(guān)鍵性評(píng)估指標(biāo)可從設(shè)備價(jià)值、環(huán)境和安全因素、維修的難易程度、維修耗時(shí)與運(yùn)營影響的關(guān)聯(lián)程度、可能帶來的生產(chǎn)損失共六個(gè)維度來建立。

表1 基地設(shè)備關(guān)鍵性評(píng)估指標(biāo)參數(shù)表

如圖1所示，顯示在不同影響程度下關(guān)鍵性評(píng)估指標(biāo)的影響權(quán)重以及敏感度。其中，生產(chǎn)運(yùn)營時(shí)間關(guān)鍵性在評(píng)估中比重最高。

1.3 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)概率理論

設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)概率分析是決策工具之一，較常用的方法包括：調(diào)查打分法、層次分析法、蒙托卡羅概率模擬等[2]。針對(duì)基地設(shè)施設(shè)備維護(hù)策略分析和決策應(yīng)用，主要使用調(diào)查打分法，其以量化風(fēng)險(xiǎn)值的方法對(duì)設(shè)備完成風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)值以風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)作為輸出指標(biāo)，衡量維護(hù)失效后，潛在的損失和資產(chǎn)設(shè)備發(fā)生故障的概率?；卦O(shè)施設(shè)備維護(hù)失效的風(fēng)險(xiǎn)劃分如表2所示。

表2 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置表

1.4 基地設(shè)施設(shè)備關(guān)鍵性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

按設(shè)備類別關(guān)聯(lián)關(guān)鍵性評(píng)估指標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)概率指標(biāo)后，可以篩選出關(guān)鍵性高的基地設(shè)施設(shè)備。如表3所示。其中，低壓配電和消防及給排水可以評(píng)估為關(guān)鍵性設(shè)備，并具備高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)屬性，屬于關(guān)鍵的少數(shù)和維護(hù)失效主要控制對(duì)象。

表3 設(shè)施設(shè)備關(guān)鍵性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表

2 關(guān)鍵設(shè)備的工作狀態(tài)失效控制

2.1 關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)位建立

結(jié)合評(píng)估結(jié)果，基地設(shè)備的低壓配電、消防及給排水評(píng)估為關(guān)鍵性設(shè)備。如何建立對(duì)這兩類設(shè)備更可靠的巡視策略，是提升基地維護(hù)保障效率和能力的關(guān)鍵，而數(shù)字化轉(zhuǎn)型是突破口。

通過IOT 的多源感知技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。如低壓配電類設(shè)備通過狀態(tài)檢測(cè)儀、智能電力儀表對(duì)配電柜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如消防及給排水類設(shè)備通過壓力傳感器、液位傳感器、水浸傳感器、溫濕度傳感器、攝像頭等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2 數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)

支持多源數(shù)據(jù)融合分析的有效數(shù)據(jù)，首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗。數(shù)據(jù)清洗是對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和糾正的過程[3]。多源數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分類清洗步驟如下。

2.2.1 數(shù)據(jù)分類梳理

從數(shù)據(jù)類型梳理分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，靜態(tài)數(shù)據(jù)主要指基地的基礎(chǔ)臺(tái)賬數(shù)據(jù)，如基地面積、GIS 地址等。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要指基地設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集

基地的數(shù)據(jù)來源方式表現(xiàn)為多樣性特征，如靜態(tài)數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)錄入、現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)接入等手段進(jìn)行采集，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)通過Modbus、MQTT協(xié)議等工控協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)采集接入。

2.2.3 數(shù)據(jù)治理

（1）數(shù)據(jù)接入質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

確保數(shù)據(jù)接入質(zhì)量是一個(gè)大范圍的持續(xù)工作。以故障表為例，幾種典型的錯(cuò)誤包括：故障級(jí)別未按統(tǒng)一規(guī)定填寫，組織選擇為空值或錯(cuò)誤值，故障原因設(shè)備或其他關(guān)鍵性信息為空。

（2）數(shù)據(jù)清洗標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)清洗是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新審查和校驗(yàn)的過程，目的在于刪除重復(fù)信息、糾正存在的錯(cuò)誤，并提供數(shù)據(jù)一致性。通常應(yīng)對(duì)噪聲處理、離群點(diǎn)處理、缺失值處理和去重處理確定標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.4 數(shù)據(jù)挖掘及分析

結(jié)合基地業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘以及分析用于提升現(xiàn)有基地業(yè)務(wù)。

（1）數(shù)據(jù)報(bào)表自動(dòng)生成：結(jié)合業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)生成基地業(yè)務(wù)月度、年度報(bào)表，通過匯總的數(shù)據(jù)對(duì)基地的相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)反饋優(yōu)化業(yè)務(wù)的效果。

（2）故障樹梳理工作：通過梳理設(shè)備故障的歷史數(shù)據(jù)，建立軌道交通基地設(shè)備的專業(yè)故障樹，用于輔助維修人員進(jìn)行設(shè)備維修。

（3）設(shè)備健康診斷模型：通過接入設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過參數(shù)設(shè)置建立設(shè)備健康診斷模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)的預(yù)先診斷，在未來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)修[4]。

2.3 融合數(shù)據(jù)在設(shè)備點(diǎn)檢應(yīng)用示例

通過對(duì)關(guān)鍵設(shè)備和非關(guān)鍵設(shè)備的辨析和建立數(shù)據(jù)融合策略，對(duì)非關(guān)鍵設(shè)備，運(yùn)用在線監(jiān)測(cè)及狀態(tài)分析手段，可以逐步減少人工巡檢投入頻次，通過數(shù)字化達(dá)到少人化。對(duì)關(guān)鍵設(shè)備，通過數(shù)字化賦能、在維護(hù)深度或更新等方面形成完善的策略，提高服役可靠性。SWOT分析模型見圖2。

圖2 基于數(shù)據(jù)融合的維修策略SWOT分析

同時(shí)，通過融合數(shù)據(jù)建立過程，設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及歷史設(shè)備故障報(bào)故數(shù)據(jù)，又推動(dòng)完善了現(xiàn)場(chǎng)各類作業(yè)指導(dǎo)書及設(shè)施設(shè)備操作規(guī)程，繼而優(yōu)化定人、定周期、定標(biāo)準(zhǔn)、定點(diǎn)檢計(jì)劃、定記錄等工作。合理的點(diǎn)檢業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3 設(shè)備點(diǎn)檢流程圖

3 基于數(shù)據(jù)融合形成維修策略的效益

建立分類策略來維護(hù)基地設(shè)施設(shè)備，相關(guān)方法在基地項(xiàng)目上是行業(yè)首創(chuàng)，后續(xù)在智慧維保建設(shè)中可以應(yīng)用。應(yīng)用相關(guān)方法，預(yù)計(jì)設(shè)施設(shè)備可靠性指標(biāo)可提升15%，設(shè)施設(shè)備報(bào)警準(zhǔn)確度提高50%；基地平均每日接報(bào)修率下降約34%。同時(shí)在線監(jiān)測(cè)手段，部分代替低壓配電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)巡檢等工作，增強(qiáng)了基地設(shè)備穩(wěn)定性，提升巡檢效率，基地每萬平方建筑面積人配置將下降約6%～10%，即：從0.87 人降至0.8 人左右?；厝粘＿\(yùn)維總成本可下降約5%，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也將在安全、效率方面得到提升，“基地保障服務(wù)”獲得感更有效。

4 結(jié)語

本文研究成果和理論的運(yùn)用，可在數(shù)字化轉(zhuǎn)型大背景下，用于解決軌道交通基地設(shè)備狀態(tài)綜合分析的應(yīng)用，提升保障工作效能的策略制定。后續(xù)將繼續(xù)完善過程運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)夯實(shí)設(shè)備管理基礎(chǔ)，提升軌道交通基地運(yùn)維業(yè)務(wù)的效能起到積極作用。