閆友為

(1．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

鐵路設(shè)備運(yùn)維工作涉及車務(wù)、機(jī)務(wù)、工務(wù)、電務(wù)和車輛等部門，各專業(yè)設(shè)備種類繁多，數(shù)字化、精密化程度日益提高，運(yùn)維流程與運(yùn)維模式不盡相同，當(dāng)出現(xiàn)跨專業(yè)的故障或問題時(shí)，問題難以分析、溝通不暢導(dǎo)致維修難度加大。隨著鐵路運(yùn)輸安全壓力及準(zhǔn)點(diǎn)率要求的不斷提高，對(duì)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)各專業(yè)數(shù)據(jù)的深層次分析及融合分析的需求迫在眉睫。

近年來各路局開展的工電聯(lián)整活動(dòng)，對(duì)消除工電結(jié)合部設(shè)備病害、減少設(shè)備故障起到良好的示范效應(yīng)。因此，進(jìn)一步探索車、機(jī)、工、電、輛的綜合運(yùn)維模式，將鐵路各部門、各專業(yè)運(yùn)維需求進(jìn)行整合，通過計(jì)算機(jī)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)在線、離線數(shù)據(jù)進(jìn)行跨專業(yè)、跨工種的智能診斷和綜合分析，簡(jiǎn)化運(yùn)維流程，提高運(yùn)維效率，實(shí)現(xiàn)敏捷運(yùn)維，必將成為未來鐵路綜合維修的一種途徑。

2 各專業(yè)運(yùn)維現(xiàn)狀

當(dāng)前，鐵路各專業(yè)維修模式以分專業(yè)維修為主，運(yùn)維系統(tǒng)技術(shù)裝備相對(duì)獨(dú)立分散，尚未形成集中統(tǒng)一的維修調(diào)度平臺(tái)，缺乏全系統(tǒng)運(yùn)維的整套解決方案。通信專業(yè)方面，常見的是傳輸及接入系統(tǒng)網(wǎng)管系統(tǒng)、G網(wǎng)接口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等；信號(hào)專業(yè)方面，常見的是信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、DMS、電務(wù)綜合運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)等；電力和牽引供電方面，主要是SCADA系統(tǒng)、6C系統(tǒng)等；機(jī)車專業(yè)主要是6A系統(tǒng)；車輛專業(yè)主要是5T系統(tǒng)；信息專業(yè)各系統(tǒng)自帶網(wǎng)管；工務(wù)專業(yè)常見的是綜合檢測(cè)車、防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)、鋼軌應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

3 綜合運(yùn)維的必要性

發(fā)展鐵路全專業(yè)綜合運(yùn)維，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)，將各專業(yè)系統(tǒng)運(yùn)維信息進(jìn)行綜合集中，實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多能”?？梢院侠砝觅Y源，減少管理機(jī)構(gòu)，打破目前“小而全”的格局，集中人力和裝備資源，克服“行業(yè)自大”的習(xí)慣。在減少整體設(shè)備投入的同時(shí)，增強(qiáng)全系統(tǒng)的診斷分析和綜合定位功能，有效提升運(yùn)維效率、降低運(yùn)維成本。

4 綜合運(yùn)維需求分析

為實(shí)現(xiàn)鐵路綜合運(yùn)維，需整合鐵路通信、信號(hào)、電力、牽引供電、機(jī)車、車輛、信息、工務(wù)等各專業(yè)和各系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)維數(shù)據(jù)和設(shè)備靜態(tài)履歷信息，實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)維修數(shù)據(jù)的匯聚、融合與維修聯(lián)動(dòng)，如圖1所示。根據(jù)鐵路維修工作中不同層級(jí)、不同角色人員的要求整合各類運(yùn)維信息，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維三大要素設(shè)備、人員、維修流程的“三位一體”，如圖2所示。

圖1 跨專業(yè)整合Fig.1 Multidisciplinary integration

圖2 綜合運(yùn)維管理整合Fig.2 Integration of comprehensive operation and maintenance management

運(yùn)維系統(tǒng)首先應(yīng)具備設(shè)備狀態(tài)全面監(jiān)測(cè)功能，監(jiān)測(cè)范圍應(yīng)能涵蓋鐵路全專業(yè)系統(tǒng)的主要組成設(shè)備；應(yīng)具備設(shè)備級(jí)的故障診斷功能，能夠基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別；應(yīng)具備系統(tǒng)級(jí)的綜合分析功能，能夠?qū)ο到y(tǒng)級(jí)故障情況進(jìn)行診斷、對(duì)危險(xiǎn)趨勢(shì)進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警及預(yù)警；應(yīng)具備智能維護(hù)功能，能夠根據(jù)故障現(xiàn)象、異?，F(xiàn)象為系統(tǒng)用戶提供準(zhǔn)確的維修建議；應(yīng)具備設(shè)備管理、軟件管理、數(shù)據(jù)管理功能，能夠?qū)θ到y(tǒng)組成設(shè)備的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)、運(yùn)行情況、健康狀況進(jìn)行全面監(jiān)控，并及時(shí)提供維護(hù)建議，能夠?qū)θ到y(tǒng)工程數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行實(shí)時(shí)校驗(yàn)；應(yīng)具備信息遠(yuǎn)程調(diào)閱功能，能夠在鐵路各相關(guān)部門、城市軌道交通運(yùn)營(yíng)單位、第三方維保服務(wù)提供商等地點(diǎn)實(shí)時(shí)顯示與運(yùn)營(yíng)維護(hù)相關(guān)的信息。

5 綜合運(yùn)維技術(shù)路線

為實(shí)現(xiàn)綜合運(yùn)維功能，系統(tǒng)應(yīng)在一體化、平臺(tái)化、智能化、移動(dòng)化上進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。在一體化方面，整合通信、信號(hào)、電力、牽引供電、機(jī)車車輛等各專業(yè)信息，突破專業(yè)壁壘，構(gòu)建綜合運(yùn)維系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)和維修管理的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的設(shè)備運(yùn)用情況綜合評(píng)價(jià)。在平臺(tái)化方面，采用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)構(gòu)建設(shè)備與維修信息綜合集成平臺(tái)，提高設(shè)備維修效率，提升設(shè)備維護(hù)水平，降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。系統(tǒng)需具備與資產(chǎn)管理系統(tǒng)、行車調(diào)度指揮系統(tǒng)等系統(tǒng)的對(duì)接能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理、維修信息與行車信息的聯(lián)動(dòng)互控，更好的服務(wù)于運(yùn)輸。在智能化方面，通過大數(shù)據(jù)挖掘，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位專業(yè)內(nèi)及各專業(yè)結(jié)合部的故障，智能分析故障原因，自動(dòng)提供處理建議，通過預(yù)警與故障定位的結(jié)合，有效壓縮故障延時(shí)。通過移動(dòng)單兵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)維修人員與設(shè)備、作業(yè)流程的聯(lián)動(dòng)，解決一線維修人員在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程中的信息化問題。

6 系統(tǒng)架構(gòu)

為了提高運(yùn)維效率，縮短運(yùn)維調(diào)度指揮鏈，綜合運(yùn)維系統(tǒng)可采用“中心-車站”兩層應(yīng)用架構(gòu)。

在車站層設(shè)置站機(jī)或通信前置機(jī)，對(duì)各專業(yè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，通過維護(hù)網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送給中心機(jī)進(jìn)行處理和綜合分析。

在運(yùn)維中心設(shè)置中心機(jī)，搭建云平臺(tái)，以支撐數(shù)據(jù)集成、分布存儲(chǔ)與檢索、大數(shù)據(jù)挖掘等基礎(chǔ)服務(wù)，以及設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷、設(shè)備維修管理及信息統(tǒng)計(jì)分析等核心業(yè)務(wù)。系統(tǒng)可根據(jù)需要布設(shè)相應(yīng)終端，輔助生產(chǎn)決策和應(yīng)急指揮。

在沿線設(shè)置綜合維護(hù)工區(qū)，在綜合維護(hù)工區(qū)配置維護(hù)終端，并可根據(jù)需求配備移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)中心與現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程調(diào)度指揮。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 System structure

7 系統(tǒng)功能

1) 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)互控

系統(tǒng)通過與運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮系統(tǒng)的緊密聯(lián)動(dòng)，將風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、故障報(bào)警、維修策略等信息實(shí)時(shí)推送給運(yùn)營(yíng)人員，輔助運(yùn)營(yíng)人員及時(shí)調(diào)整運(yùn)營(yíng)計(jì)劃，提高運(yùn)營(yíng)效率。同時(shí)，系統(tǒng)可與各專業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)連接，自動(dòng)或手動(dòng)導(dǎo)入資產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，獲取系統(tǒng)設(shè)備資產(chǎn)靜態(tài)信息及履歷信息，通過對(duì)資產(chǎn)動(dòng)、靜態(tài)運(yùn)維數(shù)據(jù)的融合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)全生命周期管理，如圖4所示。

2) 在用設(shè)備狀態(tài)綜合監(jiān)督診斷

系統(tǒng)對(duì)鐵路全專業(yè)系統(tǒng)在用設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行縱向、橫向全方位綜合監(jiān)督診斷。

圖4 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)互控Fig.4 System linkage and mutual control

縱向按照全局、線路、車站等多個(gè)層次對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行展現(xiàn)，各專業(yè)設(shè)備可在每個(gè)層次中進(jìn)行集中管理，如圖5所示。

橫向融合通信、信號(hào)、電力、牽引供電、機(jī)車車輛、信息等多個(gè)系統(tǒng)的信息進(jìn)行跨專業(yè)、跨設(shè)備的綜合分析診斷及運(yùn)行、維修聯(lián)動(dòng)，如圖6所示。

圖6 跨專業(yè)綜合分析Fig.6 Comprehensive analysis across disciplines

系統(tǒng)綜合診斷結(jié)果采用三維場(chǎng)景重建技術(shù)，根據(jù)問題定位故障到板卡等最小可替換單元。如圖7所示。

圖7 三維場(chǎng)景重建Fig.7 3D scene reconstruction

3) 故障（問題）閉環(huán)管理

系統(tǒng)內(nèi)置故障（問題）閉環(huán)管理流程引擎，當(dāng)故障產(chǎn)生時(shí)，維修工單可自動(dòng)生成并關(guān)聯(lián)相關(guān)信息，系統(tǒng)可通過移動(dòng)終端實(shí)時(shí)處理工單信息，提高故障處理效率。閉環(huán)管理流程如圖8所示。

4) 設(shè)備管理

系統(tǒng)可將設(shè)備健康狀態(tài)與設(shè)備維修維護(hù)策略深度融合，通過內(nèi)置運(yùn)維流程的緊密嵌套，實(shí)現(xiàn)全專業(yè)設(shè)備資產(chǎn)的全生命周期閉環(huán)管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)督、故障診斷、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、智能預(yù)警與設(shè)備管理、應(yīng)急指揮、生產(chǎn)調(diào)度協(xié)同運(yùn)作。

5) 應(yīng)急指揮

系統(tǒng)可采用內(nèi)置應(yīng)急流程引擎技術(shù)，為跨專業(yè)應(yīng)急搶修提供指揮平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急信息的入庫、統(tǒng)計(jì)和分析，自動(dòng)制定應(yīng)急計(jì)劃，優(yōu)化應(yīng)急工作流程，采用多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，通過GIS系統(tǒng)，自動(dòng)生成維修任務(wù)及維修路徑，采用綜合定位技術(shù)，通過集成即時(shí)通信系統(tǒng)，實(shí)時(shí)追蹤維修人員的位置，通過維修人員的手持終端及時(shí)獲知現(xiàn)場(chǎng)情況，完成應(yīng)急指揮的智能化、自動(dòng)化管理，提供及時(shí)準(zhǔn)確的維修調(diào)度信息，實(shí)現(xiàn)智能敏捷的應(yīng)急指揮功能。

6) 綜合信息調(diào)閱

系統(tǒng)通過綜合信息調(diào)閱功能實(shí)現(xiàn)鐵路全專業(yè)信息的集中展示和查詢，基于GIS平臺(tái)，可以快捷方便的查詢相關(guān)設(shè)備操作和故障的信息。以設(shè)備為單元，查詢結(jié)果包含基本信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、視頻信息、維修保養(yǎng)信息、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等全面的信息顯示。

7) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)可統(tǒng)計(jì)各專業(yè)各類系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)、人員工作量統(tǒng)計(jì)等，以柱狀圖、餅狀圖等方式，直觀展現(xiàn)設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量，同時(shí)可支持多元化統(tǒng)計(jì)查詢。

8) 移動(dòng)單兵

系統(tǒng)可配備移動(dòng)單兵設(shè)備，實(shí)現(xiàn)故障處理、設(shè)備巡視、日常養(yǎng)護(hù)等作業(yè)全過程盯控。

8 經(jīng)濟(jì)效益分析

鐵路綜合運(yùn)維系統(tǒng)將鐵路各專業(yè)運(yùn)維業(yè)務(wù)進(jìn)行整合，能夠減少人員重復(fù)性勞動(dòng)。由調(diào)度指揮中心統(tǒng)一管理和指揮運(yùn)維業(yè)務(wù)，直接向現(xiàn)場(chǎng)維修人員下發(fā)維修指令，可減少管理層級(jí)，緩解人員不足的壓力。

圖8 閉環(huán)管理流程Fig.8Flow chart of closed loop management

通過跨專業(yè)間設(shè)備結(jié)合部的綜合分析，能夠更準(zhǔn)確的定位系統(tǒng)故障點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康預(yù)警，減少日常檢修工作。通過智能診斷，降低對(duì)人員的技術(shù)能力要求，減輕人工分析工作量，縮短故障分析時(shí)間，提高應(yīng)急故障處理效率。

9 結(jié)束語

面向我國(guó)鐵路建設(shè)快速發(fā)展與運(yùn)維力量相對(duì)分散、薄弱的矛盾，本文提出了綜合運(yùn)維的概念，綜合運(yùn)維系統(tǒng)可有效打破各專業(yè)間的信息壁壘，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)信息的全面共享和專業(yè)間的聯(lián)動(dòng)，將對(duì)深化鐵路運(yùn)維組織改革、提高運(yùn)輸效率和運(yùn)維效率，保障鐵路運(yùn)輸安全帶來深遠(yuǎn)影響。