上海城市軌道交通數(shù)字化運維生產(chǎn)協(xié)同系統(tǒng)的研究

吳 敏

(上海地鐵維護保障有限公司通號分公司， 200235， 上?！胃呒壒こ處?

在超大規(guī)模網(wǎng)絡化運營環(huán)境下，城市軌道交通運營維護(以下簡稱“運維”)管理的難度越來越高，也越發(fā)復雜。一方面，目前城市軌道交通既有的設備維護系統(tǒng)以設備在線監(jiān)測和告警為主，可輔助運維人員對設備進行故障診斷，但維護系統(tǒng)和生產(chǎn)作業(yè)間尚未形成緊密的有機協(xié)同，從而無法進一步提升設備運維的質量和效率；另一方面，隨著線網(wǎng)的持續(xù)擴充，具有專業(yè)經(jīng)驗的運維專家資源在一定程度上被攤薄，面對線路突發(fā)故障時響應能力受限。因此，如何有效解決當前城市軌道交通的實際痛點問題，是上海軌道交通運營管理面臨的重大挑戰(zhàn)。

在此背景下，本文構建了城市軌道交通數(shù)字化生產(chǎn)運維協(xié)同系統(tǒng)(以下簡稱“數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)”)，以實現(xiàn)協(xié)同系統(tǒng)、運維人員及生產(chǎn)管理體系的高效適配，提升核心生產(chǎn)/運維場景的質量和效率，逐步建成基于設備狀態(tài)修的數(shù)字化維護模式。

1 數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)的目標及需求

城市軌道交通運維的質量和效率直接影響到運營安全和運輸效能。在設備故障期間，應急指揮及搶修的效率決定了調(diào)度調(diào)整方案及對運營的影響；在維護檢修期間，檢修作業(yè)的質量決定了設備運行的可靠度，盡可能避免運營過程中的風險和隱患；在生產(chǎn)過程中，運維人員的經(jīng)驗和技能決定了生產(chǎn)的質量和效能，但由于工作人員的經(jīng)驗和技能存在差異、應急處置過程對操作人員的心理影響不一，工作人員排除故障或應急處置的結果差異較大。因此，如何通過數(shù)字化系統(tǒng)代替人工進行故障診斷分析及智能決策，并與運維人員之間充分的協(xié)同聯(lián)動，是城市軌道交通運維生產(chǎn)增質提效的關鍵。

基于上述的現(xiàn)狀分析，有必要通過構建數(shù)字化驅動的故障應急協(xié)同系統(tǒng)，提升城市軌道交通系統(tǒng)的應急影響評估及應急決策能力、故障診斷分析及維護指導能力、資源信息化協(xié)同及信息協(xié)作交互能力，以實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)推導的更高效的故障應急響應體系，減少對城市軌道交通正常運營的影響。此外，通過建立以設備狀態(tài)監(jiān)督和人工狀態(tài)確認雙重保障機制的系統(tǒng)閉環(huán)體系，對設備實時監(jiān)視和生產(chǎn)作業(yè)過程進行智能化協(xié)同防護，以提升檢修作業(yè)的質量，避免設備運營風險及影響。

2 數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)業(yè)務場景設計

2.1 故障應急協(xié)同聯(lián)動

故障應急協(xié)同聯(lián)動場景主要為運營故障發(fā)生時的高效指揮及處置，面向對象為應急指揮人員、應急處置人員及其余相關人員。按應急處置的標準和流程，故障應急處置可分為故障診斷、應急工單下發(fā)、應急指揮和故障修復4個階段，如圖1所示。其中，在故障診斷階段，通過數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)自動推導得到可能的故障原因及定位，盡快自動形成應急工單并下發(fā)。此外，數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)應進一步評估當前故障的影響范圍、預計故障延時等關鍵信息。應急處置人員接到應急工單后，根據(jù)數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)提供的人員、應急物資、設備狀態(tài)及最優(yōu)應急路徑等信息，實現(xiàn)應急指揮全過程的高效管控。待故障修復后，數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)應自動生成故障專報，完成故障閉環(huán)及發(fā)布，并將本次故障作為案例，納入故障案例庫。

圖1 故障應急協(xié)同聯(lián)動的流程設計

2.2 設備檢修監(jiān)督卡控

設備檢修監(jiān)督卡控旨在輔助生產(chǎn)作業(yè)人員高質量、高效率地完成日常檢維修工作，避免因人為原因造成可能的運營風險。設備檢修監(jiān)督卡控主要包括設備檢修監(jiān)督和設備檢修卡控兩大功能。數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)對設備狀態(tài)進行全覆蓋監(jiān)測，在此基礎上將檢修過程中的標準工序及檢修結束后的預期狀態(tài)作為監(jiān)督和卡控的要素，以達到系統(tǒng)與運維人員實時協(xié)同的目的。

如圖2所示，設備檢修監(jiān)督卡控的流程為：①當生產(chǎn)計劃工單下達后，檢修作業(yè)人員使用數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)的移動端實現(xiàn)信息化的前序交底，其工作內(nèi)容主要包括交底事項、工器具核點及電子化簽署等；②完成交底后，檢修作業(yè)人員按照修程/修制要求執(zhí)行每項檢修作業(yè)，通過數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)建立電子化檢修標準規(guī)范庫，實現(xiàn)檢修過程的實時監(jiān)督；③當檢修工序存在缺項/漏項、單項工序輸出狀態(tài)不達標或檢修的執(zhí)行次數(shù)不達標時，數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)會自動預警，通知生產(chǎn)盯控人員及檢修作業(yè)人員予以確認，確保檢修過程高質量完成；④檢修作業(yè)完成后進行閉環(huán)管理，數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)自動對被檢設備的結果狀態(tài)進行分析和檢查，以避免因檢修疏漏造成的設備風險。

圖2 設備檢修監(jiān)督卡控的流程設計

3 數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)架構設計

基于上文的業(yè)務場景設計，數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)從系統(tǒng)網(wǎng)域設計和系統(tǒng)平臺設計兩方面提出該系統(tǒng)的架構設計方案。

3.1 系統(tǒng)網(wǎng)域設計

如圖3所示，數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)基于分層跨網(wǎng)域設計原則，從層級上分為線路接入層和運維中心層。線路接入層用以實現(xiàn)各城市軌道交通線路設備側數(shù)據(jù)的標準化采集和傳輸；運維中心層通過3個網(wǎng)域(生產(chǎn)核心網(wǎng)域、生產(chǎn)管理網(wǎng)域及互聯(lián)網(wǎng)域)實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)驅動的上層應用功能。其中：生產(chǎn)核心網(wǎng)域用于承載各條線路設備數(shù)據(jù)的集中匯聚、存儲及邏輯計算，屬于高防護等級的安全網(wǎng)域；生產(chǎn)管理網(wǎng)域用于承載數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)與運維人員的雙向信息聯(lián)動，屬于中等防護等級的安全網(wǎng)域；互聯(lián)網(wǎng)域用于承載數(shù)字化運維生產(chǎn)協(xié)同信息的移動端應用，屬于外部網(wǎng)域。

圖3 數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)架構示意圖

3.2 系統(tǒng)平臺設計

數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)是面向跨線路、多專業(yè)的集成化業(yè)務應用系統(tǒng)，首先應從該系統(tǒng)的統(tǒng)一性和標準性出發(fā)，建立該系統(tǒng)平臺的標準/規(guī)范。數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)遵循平臺化分層架構、模塊化復用設計的原則，實現(xiàn)該系統(tǒng)自下而上的功能模塊設計。其總體架構如圖4所示,分為基礎平臺層和應用平臺層兩部分。

1) 數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)的硬件平臺：基于云平臺構建，具有資源橫向擴展能力的基礎平臺底座，可滿足上層應用模塊對于數(shù)據(jù)存儲、計算及網(wǎng)絡傳輸?shù)膽靡蟆?/p>

2) 數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)的軟件平臺：分為基礎中臺、數(shù)據(jù)中臺、技術中臺和業(yè)務應用4層架構。其中：①基礎中臺基于通用的技術框架和組件，該系統(tǒng)的基礎技術平臺主要包括實現(xiàn)虛擬化資源管理的云管平臺和容器化平臺，提供應用服務解耦能力的微服務平臺，滿足系統(tǒng)維護需求的基礎運維平臺、自動部署平臺和測試集成平臺；②數(shù)據(jù)中臺是數(shù)字化運維協(xié)同系統(tǒng)的核心，用于綜合管理各城市軌道交通線路接入的海量運維數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)高冗余的持久化存儲，其外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務均采用統(tǒng)一的標準接口協(xié)議/規(guī)范；③技術中臺為業(yè)務需求場景提供專項技術工具及引擎支撐，通過數(shù)據(jù)分析建模工具及引擎實現(xiàn)設備故障診斷、設備發(fā)展趨勢評估計算等邏輯分析類功能，通過流程分析工具及引擎實現(xiàn)動態(tài)應急流程及檢維修工序等流程類業(yè)務，通過地理信息引擎實現(xiàn)故障應急場景下的人員、物資定位及可視化，通過工作流引擎實現(xiàn)業(yè)務流程的信息化閉環(huán)。

注：中臺指一種靈活、可重用的系統(tǒng)架構，支持快速應對業(yè)務需求變化，避免重復建設，達到提高工作效率的目的；微服務指一種開發(fā)軟件的架構和組織方法，要求軟件由通過明確定義的接口進行通信的小型獨立服務。

4 結語

本文通過建立上海城市軌道交通數(shù)字化生產(chǎn)運維協(xié)同系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)與運維人員間建立了緊密的協(xié)同聯(lián)動機制，實現(xiàn)了應急故障搶修和設備日常檢修過程的提質增效，并以此驅動運維生產(chǎn)模式從計劃修向狀態(tài)修的轉型。

目前，該系統(tǒng)已在上海城市軌道交通陳太路數(shù)字化運維中心投入使用，并建立與之相匹配的運維管理修程/修制。據(jù)統(tǒng)計，采用該系統(tǒng)后，通過故障應急協(xié)同聯(lián)動機制，運維響應及故障處置時間較應用前壓縮了約30%。通過設備狀態(tài)監(jiān)督卡控機制，設備運維成本較未采用該系統(tǒng)時降低了約35%。該系統(tǒng)作為城市軌道交通運維數(shù)字化、智能化發(fā)展的有效手段，在國內(nèi)外城市軌道交通運維領域中具有一定的示范作用。