常振臣 逯 驍 張海峰

(中車長春軌道客車股份有限公司科技管理部，130062，長春//第一作者，教授級高級工程師)

近年來，在國家政策的大力扶持和業(yè)內(nèi)企業(yè)的不斷努力下，軌道交通車輛行業(yè)呈現(xiàn)持續(xù)良好的發(fā)展勢頭，市場規(guī)模持續(xù)擴張，經(jīng)濟效益顯著。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，企業(yè)依托“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型已升級為國家級戰(zhàn)略。

面對國內(nèi)軌道交通車輛市場日趨飽和、國際市場競爭激烈的形勢，當(dāng)今的市場競爭體現(xiàn)的不僅僅是產(chǎn)品本身的競爭，而是產(chǎn)品、服務(wù)、維保等多方面的綜合競爭。因此，在產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的戰(zhàn)略資源、拓展服務(wù)、維保能力等方面的發(fā)展，是提升企業(yè)綜合競爭力的需求，也是拓展產(chǎn)品服務(wù)線、挖掘市場潛力、贏得更多潛在客戶的需求。軌道交通車輛作為高耐用交通運輸工具，服役期長達數(shù)十年，挖掘運營數(shù)據(jù)的潛在價值已成為軌道交通行業(yè)競爭的焦點。

1 建設(shè)目標(biāo)

軌道交通車輛大數(shù)據(jù)管理平臺建設(shè)以管理透明、過程可視、知識可取、服務(wù)智能為戰(zhàn)略目標(biāo)，圍繞車載實時傳輸數(shù)據(jù)、車輛檢修下載數(shù)據(jù)及人工錄入的故障數(shù)據(jù)，運用數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)建模等信息處理手段，開發(fā)以車輛運維數(shù)據(jù)為核心的服務(wù)功能，服務(wù)于車輛制造企業(yè)的研發(fā)與制造、車輛運用企業(yè)的維護與檢修等過程。

軌道交通車輛大數(shù)據(jù)管理平臺以平臺軟件、服務(wù)器、Web終端、移動APP終端、手持終端(PDA)等形式投入應(yīng)用，主要解決車輛產(chǎn)品的運營安全保障、維修成本降低、修程修制優(yōu)化、產(chǎn)品全壽命周期管理支撐和新產(chǎn)品研發(fā)等問題，以“業(yè)務(wù)+數(shù)據(jù)”雙輪驅(qū)動模式，促進企業(yè)提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級，帶動整個行業(yè)的發(fā)展。

2 實施方案

2.1 流程規(guī)劃

首先，對既有的管理文件按照數(shù)據(jù)表單、業(yè)務(wù)流程、操作界面等3個維度進行優(yōu)化，明確各流程的功能定位、管理要素及輸入輸出信息。在保證功能和數(shù)據(jù)完整的前提下，識別并優(yōu)化管理要素，明確業(yè)務(wù)節(jié)點在管理線的產(chǎn)出物，使管理過程盡量簡潔與可視。對表單進行結(jié)構(gòu)化處理，明確數(shù)據(jù)項是原始數(shù)據(jù)還是再生數(shù)據(jù)，指出數(shù)據(jù)項的來源和生成規(guī)則，優(yōu)化數(shù)據(jù)項的組成結(jié)構(gòu)。通過數(shù)據(jù)字典約束數(shù)據(jù)錄入范圍，并對數(shù)據(jù)項進行編號，如果數(shù)據(jù)項來源于其他流程，則注明業(yè)務(wù)支撐關(guān)系。對操作過程(表單、業(yè)務(wù)軟件操作步驟)進行分析，刪除重復(fù)錄入的信息和與業(yè)務(wù)本身不相關(guān)的信息，優(yōu)化數(shù)據(jù)錄入順序和方式，并將管理要素相同的數(shù)據(jù)放置同一操作界面或表單，分步錄入。其次，編制業(yè)務(wù)節(jié)點的工作標(biāo)準(zhǔn)和激勵措施，設(shè)定各業(yè)務(wù)節(jié)點的標(biāo)準(zhǔn)工時、節(jié)點間允許的等待時間。

通過上述步驟實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)流程建設(shè)和權(quán)責(zé)一體化的管理關(guān)系，并將將業(yè)務(wù)流程按照功能和數(shù)據(jù)流向進行匯總，形成總體業(yè)務(wù)藍圖。

2.2 業(yè)務(wù)方案

組建專業(yè)團隊對企業(yè)總部、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、末端用戶、企業(yè)內(nèi)相關(guān)部門、集團內(nèi)其他企業(yè)的運維部門、跨行業(yè)的運維職能部門、經(jīng)驗豐富的咨詢機構(gòu)等進行調(diào)研、走訪、交流，了解整個服務(wù)鏈的需求組成和管理模式。對業(yè)務(wù)模式和管理方法進行深入研究，根據(jù)平臺建設(shè)需要，形成建設(shè)方案，如數(shù)據(jù)同步方案、數(shù)據(jù)管理規(guī)則、技術(shù)管理方案、權(quán)限管理方案、信息安全與終端管理方案、信息接口方案等。以建設(shè)方案為依據(jù)，指導(dǎo)系統(tǒng)建設(shè)與實施。

大數(shù)據(jù)管理平臺作為企業(yè)運營管理平臺中的一部分，應(yīng)充分考慮與本企業(yè)其他系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)接口，與其他平臺間的數(shù)據(jù)接口，并根據(jù)建設(shè)情況分步實施。

首先，需要與各系統(tǒng)關(guān)鍵用戶和平臺開發(fā)商一起對業(yè)務(wù)接口和數(shù)據(jù)接口進行梳理，形成信息接口方案。在建設(shè)初期，本著“保留既有業(yè)務(wù)接口，平臺間數(shù)據(jù)同步”的建設(shè)原則，對管理標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一致的平臺，直接同步數(shù)據(jù)；對管理標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一致的平臺，建立標(biāo)準(zhǔn)間數(shù)據(jù)對照表，并按對照表定期同步數(shù)據(jù)。其次，待本系統(tǒng)穩(wěn)定運用后，可進一步研究標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容性，逐步實現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。最后，待各系統(tǒng)平臺均成熟穩(wěn)定后，可深入研究各管理體系之間的融合方案，優(yōu)化業(yè)務(wù)接口，實現(xiàn)平臺集成與管理集成。

2.3 量化設(shè)計

(1)業(yè)務(wù)量化設(shè)計：以總體業(yè)務(wù)藍圖為導(dǎo)向，根據(jù)業(yè)務(wù)方案進行詳細業(yè)務(wù)設(shè)計，把各功能涉及到的流程進行細化和量化，以滿足平臺功能完整性；在基于流程正向設(shè)計的同時，考慮系統(tǒng)的容錯性和管理的需要，例如對于不允許出現(xiàn)的問題，在管理上需要選擇性包容，建立激勵疏導(dǎo)機制，避免系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)死賬、壞賬乃至欺詐行為。

(2)功能量化設(shè)計：與軟件開發(fā)單位合作開展信息化建設(shè)，通過需求分析與軟件原型設(shè)計，使信息化平臺功能定型、數(shù)據(jù)量化、操作可視化。

(3)定置量化設(shè)計：根據(jù)信息化建設(shè)需求，對工作場地、系統(tǒng)監(jiān)控終端、操作終端、服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施進行規(guī)劃與設(shè)計，確定各自的功能與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 總體方案

根據(jù)功能需求和軟件原型，進行信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計、信息編碼設(shè)計、接口設(shè)計及網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計，對實施方案進行深入分析和信息技術(shù)轉(zhuǎn)化，形成總體方案，并明確功能的技術(shù)實現(xiàn)路徑(見圖1)。

圖1 大數(shù)據(jù)管理平臺體系架構(gòu)

2.5 數(shù)據(jù)管理

步驟1：將常用的技術(shù)文件拆解成結(jié)構(gòu)化信息資料，如故障代碼表、作業(yè)指導(dǎo)書、維修手冊、定檢記錄表、典型故障案例等，便于知識檢索和版本更新；對業(yè)務(wù)填報數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化拆解，通過梳理業(yè)務(wù)節(jié)點數(shù)據(jù)輸入輸出關(guān)系，指明表單中的數(shù)據(jù)來源，形成關(guān)聯(lián)化數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一次錄入多次使用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動提取、智能關(guān)聯(lián)、快捷檢索。

步驟2：實施團隊共同對經(jīng)過步驟1梳理后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)字典進行技術(shù)轉(zhuǎn)化，完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和編碼體系設(shè)計；設(shè)計時需充分考慮體系標(biāo)準(zhǔn)的通用性、兼容性、移植性、擴展性、規(guī)律性，以及未來國際化的適用性；設(shè)計時原則上優(yōu)先采用國家標(biāo)準(zhǔn)和鐵路標(biāo)準(zhǔn)，然后是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對于尚未有確定性標(biāo)準(zhǔn)的情況，應(yīng)借鑒相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)實際情況形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)后再給予采用和執(zhí)行。

2.6 體系標(biāo)準(zhǔn)

對既服務(wù)于平臺核心業(yè)務(wù)、又貫穿于產(chǎn)品全壽命周期質(zhì)量管理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)聯(lián)合其他專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成共同的標(biāo)準(zhǔn)體系，為適應(yīng)企業(yè)未來運營管理系統(tǒng)各平臺的集成與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換提前做好技術(shù)準(zhǔn)備。共同的體系標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)充分考慮共享數(shù)據(jù)對各專業(yè)開展日常業(yè)務(wù)、知識抽取、技術(shù)提升時的可利用性與通用性。

2.7 平臺推廣

隨著大數(shù)據(jù)管理平臺各項業(yè)務(wù)功能的逐步上線和驗證，需配套建立金字塔式的培訓(xùn)體系。如在區(qū)域關(guān)鍵用戶的培養(yǎng)與培訓(xùn)中，需把設(shè)計理念、管理原則、實現(xiàn)邏輯等灌輸給關(guān)鍵用戶，使之具備平臺診斷能力，再由關(guān)鍵用戶對所在的區(qū)域進行全員培訓(xùn)。關(guān)鍵用戶需對最終用戶反饋的問題進行初步分析，提出有建設(shè)意義的改善措施，指導(dǎo)平臺持續(xù)優(yōu)化改善，最后通過績效指標(biāo)和用戶滿意度，持續(xù)驗證平臺建設(shè)效果。

3 成果應(yīng)用

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 車載數(shù)據(jù)管理技術(shù)

采用多級多線程預(yù)處理技術(shù)將不同車型的車載數(shù)據(jù)進行多級預(yù)處理，并采用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫對預(yù)處理結(jié)果進行分類存儲(見圖2)。

一級預(yù)處理是將車載數(shù)據(jù)按各車型可歸集的最小模塊進行分類存儲。將故障數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)按實體車組的模塊進行時間序列存儲。

圖2 車載數(shù)據(jù)傳輸與存儲方式

二級預(yù)處理是根據(jù)一級預(yù)處理結(jié)果并結(jié)合規(guī)則引擎，將符合簡單條件規(guī)則(符合四則運算條件)的數(shù)據(jù)進行抽取并存儲在一級中間結(jié)果庫中。

三級預(yù)處理是根據(jù)二級預(yù)處理的結(jié)果結(jié)合規(guī)則引擎，將符合復(fù)合條件規(guī)則(跨天、計算次數(shù)、多位置比較等)的數(shù)據(jù)抽取并存儲在二級中間結(jié)果中。如果有更復(fù)雜的規(guī)則條件可以繼續(xù)增加四級、五級預(yù)處理。將復(fù)雜的規(guī)則拆解成多級規(guī)則，通過多次抽取實現(xiàn)預(yù)期的處理邏輯，為數(shù)據(jù)建模提供技術(shù)支持。

利用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的高速計算功能，可以快速關(guān)聯(lián)各種規(guī)則，處理時間控制在毫秒級。

3.1.2 故障預(yù)測技術(shù)

在系統(tǒng)、分系統(tǒng)或部件可能出現(xiàn)小缺陷或早期故障，或逐漸降級不能以最佳性能完成其功能的某一時刻，選取相關(guān)檢測方式，設(shè)計預(yù)測系統(tǒng)來檢測這些小缺陷、早期故障或降級，做到防患于未然。

3.1.3 數(shù)據(jù)融合技術(shù)

多傳感器數(shù)據(jù)融合是對兩個或更多傳感器組成的具有協(xié)同、互補和競爭性質(zhì)的傳感器陣列進行智能處理，其目的是采用高效率的診斷方法將各自的信息綜合起來，以便對電子系統(tǒng)的狀態(tài)確定獲得更為準(zhǔn)確的結(jié)論。

3.1.4 車輛構(gòu)型管理技術(shù)

產(chǎn)品構(gòu)型是構(gòu)建軌道交通車輛檢修維保體系和產(chǎn)品全壽命周期管理的載體和基礎(chǔ)。通過構(gòu)建產(chǎn)品構(gòu)型數(shù)據(jù)庫，可為精細化運用修、精細化計劃修、精細化故障修等提供數(shù)據(jù)支撐。

通過構(gòu)建車組構(gòu)型，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化存儲，為車輛檢修維保體系提供數(shù)據(jù)支撐，為交互式電子手冊編制提供數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)多維度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析(見圖3)。

圖3 基于車輛構(gòu)型的電子履歷模型

3.1.5 工作流引擎

將所有與工作流相關(guān)的功能匯集到工單管理模塊。利用工作流引擎技術(shù)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求快速調(diào)整流程。通過流程副本技術(shù)，個性化配置總部級、站級的流程節(jié)點人員列表。根據(jù)實際需要將人員列表與員工的登錄信息或考勤信息相結(jié)合，即當(dāng)員工登錄或上班考勤后，才出現(xiàn)在可以分配的人員列表中。

采用表單編輯器技術(shù)，可以對工單界面進行快速的調(diào)整，方便地優(yōu)化調(diào)整各種工單界面，快速響應(yīng)用戶的需求。

3.2 功能模塊

(1)遠程監(jiān)控：通過接入車輛遠程傳輸數(shù)據(jù)、檢修下載數(shù)據(jù)、人工錄入故障數(shù)據(jù)，借助信息化平臺進行解析和集中展示，實現(xiàn)全車型遠程狀態(tài)監(jiān)控(見圖4)，實時了解車輛運營狀態(tài)、車載數(shù)據(jù)變化、故障情況，及時掌握車輛的健康狀態(tài)。

圖4 全車型遠程狀態(tài)監(jiān)控全圖

(2)故障預(yù)警：對遠程數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進行分析和處理，按照故障預(yù)警規(guī)則給出遠程故障預(yù)警。對車組下載數(shù)據(jù)進行分析，按照隱性故障規(guī)則給出隱性故障預(yù)警提示；依據(jù)實時采集的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)突變預(yù)警、趨勢預(yù)警及模型預(yù)警。

(3)數(shù)據(jù)分析：實現(xiàn)車組歷史故障查詢、參數(shù)趨勢分析、故障分布分析和故障統(tǒng)計分析功能。對車組、系統(tǒng)及關(guān)鍵部件的故障、運營里程、運營時間等數(shù)據(jù)，按日、周、月、季度、年度等時間維度，按服務(wù)站、配屬局、運行線路、車型、車組、系統(tǒng)、關(guān)鍵部件等進行分類統(tǒng)計、查詢及對比。

(4)應(yīng)急指揮：通過平臺進行專家會診和應(yīng)急指揮，實現(xiàn)“智慧”聯(lián)網(wǎng)，降低故障對運營次序的影響，及早下發(fā)故障與維修建議，服務(wù)站提前安排人員，準(zhǔn)備技術(shù)文件、工具和料件，保證車輛故障得到及時維修，縮短輔助作業(yè)時間。

(5)故障處理：故障錄入、故障處理、質(zhì)量確認、工單報工等所有故障管理業(yè)務(wù)實現(xiàn)工作流的管理；將流程化的作業(yè)步驟、信息傳遞節(jié)點、信息過程時效性、結(jié)構(gòu)化表單固化到信息平臺中，形成標(biāo)準(zhǔn)的工作流，并借助虛擬的服務(wù)調(diào)度進行信息傳遞、閉環(huán)監(jiān)管，提高流程執(zhí)行過程的透明度和管理者的決策效率，從而提高作業(yè)過程質(zhì)量。

(6)問題跟蹤：對重點故障信息、服務(wù)站反饋問題、用戶需求等進行反饋、跟蹤、分析、回復(fù)及關(guān)閉，實現(xiàn)問題歸零管理。

(7)履歷管理：實現(xiàn)車組硬件配置、軟件配置和構(gòu)型管理；可按照車組、部件、軟件、車型維度等查詢履歷數(shù)據(jù)，并提醒部件的軟件版本。

(8)可靠性分析：根據(jù)故障數(shù)據(jù)信息，對車型、車組、系統(tǒng)、關(guān)鍵部件等按時間或按供應(yīng)商進行統(tǒng)計分析；系統(tǒng)自動計算百萬公里故障數(shù)、平均無故障時間、平均無故障公里數(shù)；按照模板生成運營月度分析報告，并按規(guī)定數(shù)據(jù)格式發(fā)送至RAMS(可靠性、可用性、可維修性、安全性)分析軟件，進行詳細分析。

(9)售后管理：實現(xiàn)人員管理、技術(shù)通知管理、監(jiān)控普查管理、物流管理、任務(wù)評價管理等綜合業(yè)務(wù)管理。通過二維碼和移動終端實現(xiàn)配件領(lǐng)取、分發(fā)、調(diào)撥、接收、使用、借用、借出、返修和盤點等物料全過程管理。以圖形化方式直觀展示平臺內(nèi)數(shù)據(jù)，通過表格、折線圖、扇形圖等多種形式展現(xiàn)數(shù)據(jù)，方便操作者快速查閱。

4 結(jié)語

通過建設(shè)軌道交通車輛大數(shù)據(jù)管理平臺，能夠有效積累產(chǎn)品運維數(shù)據(jù)和用戶需求，為相關(guān)企業(yè)實現(xiàn)精準(zhǔn)研發(fā)、精細制造、量化管理、柔性生產(chǎn)、智能服務(wù)等提供數(shù)據(jù)支撐。以產(chǎn)品數(shù)據(jù)為載體，通過引導(dǎo)供應(yīng)鏈的神經(jīng)末梢向市場前端延伸，推動產(chǎn)業(yè)內(nèi)部戰(zhàn)略合作，以及向服務(wù)多元化、精細化、個性化方向發(fā)展，形成核心技術(shù)深度掌握、基礎(chǔ)設(shè)施共建共享、資源成本對沖結(jié)算、業(yè)務(wù)服務(wù)相互競爭的生態(tài)格局。借助企業(yè)間管理平臺的互通,明確各企業(yè)職責(zé)分工，統(tǒng)一質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，建立授信機制，形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，共同維護市場秩序，努力跨越低級競爭陷阱，開發(fā)人類智慧資源，不斷開拓產(chǎn)品增值服務(wù)。