劉鵬輝

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東廣州 510010）

1 研究背景

經(jīng)過十多年的快速發(fā)展，軌道交通線網(wǎng)規(guī)模實現(xiàn)跨越式發(fā)展。面對檢修任務巨大、檢修人員業(yè)務水平差距較大、檢修人員檢修質(zhì)量隨機性較高、地鐵運營需要高可靠性等特點，軌道交通系統(tǒng)設備需要具備高可靠性、高可用性、維修方便、高安全性的特征[1]。

目前，各個城市已建成的地鐵線路基本沿用傳統(tǒng)運維模式，其特點包括多計劃修、預防修、少狀態(tài)修；人力投入較大、人力成本較高；運維數(shù)據(jù)無法數(shù)字化、檢測頻率較低；無法對檢測的數(shù)據(jù)進行跟蹤處理，造成數(shù)據(jù)浪費；無法對運維過程進行跟蹤，不利于運維質(zhì)量檢查、運維質(zhì)量的提升，造成安全隱患。傳統(tǒng)的運維模式無法適應各個城市規(guī)模龐大的軌道交通需求[2-4]。

傳統(tǒng)地鐵車輛采用計劃修的維修制度，以人工作業(yè)為主的作業(yè)模式。受到人的隨機因素及設備配置因素的影響，車輛檢修效果存在很大的差異性。傳統(tǒng)地鐵車輛維修采用的計劃修制度無法根據(jù)車輛使用狀態(tài)及故障狀態(tài)進行及時維修，庫內(nèi)檢測存在檢測方式不精確、不及時、不全面等弊端。結(jié)合目前國內(nèi)發(fā)展趨勢，新建線路常采用最新技術(shù)，這些新技術(shù)與傳統(tǒng)檢修作業(yè)模式存在較大差異，使檢測結(jié)果的評判標準多樣化，導致故障率不穩(wěn)定[5-6]。

2 需求分析

傳統(tǒng)地鐵運維系統(tǒng)中，各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)相互獨立，無法實現(xiàn)整體效應和車輛的整體狀態(tài)感知。智能運維以設備狀態(tài)修為導向，結(jié)合先進設備檢測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、可靠性理論分析技術(shù)、人工智能等技術(shù)方法，進行運維體系搭建，從檢修作業(yè)人員、工具設備、物料、檢修作業(yè)流程、故障報警、故障分析、故障處理決策等方面實現(xiàn)面向軌道交通系統(tǒng)主動型全域狀態(tài)感知、電子化規(guī)范流程及場景化決策控制，促進運維檢修精準、高效，提升監(jiān)測終端、后臺數(shù)據(jù)處理、故障處理銜接能力及網(wǎng)絡化運營下設備設施健康狀態(tài)的管理水平。

綜合健全數(shù)字集成系統(tǒng)構(gòu)建、監(jiān)測數(shù)據(jù)后臺處理分析、檢測數(shù)據(jù)信息交互、檢修維護策略判定，基于全過程信息化的深度構(gòu)建，增強人、機、物、技術(shù)、平臺的多元融合關系，以數(shù)據(jù)驅(qū)動運維認識，達到人機協(xié)同信息同步，儲備物資高效利用，滿足未來運維場景多樣化需求。

通過上述措施，智能運維系統(tǒng)建立智能運維和安全保障體系，可以最大限度地降低維修成本，建設車輛的智能運維體系；研發(fā)車輛智能運維分析決策系統(tǒng)，結(jié)合車輛故障預測與健康管理，實現(xiàn)車輛全生命周期管理；完善智能化巡檢系統(tǒng)，減輕人工巡檢勞動強度。

3 總體思路

車輛智能運維系統(tǒng)是解決車輛的安全、可靠、智能化、效率和綠色出行的智能化信息平臺。

智能運維系統(tǒng)采集范圍包括車輛運行、車輛檢修過程中的全部數(shù)據(jù)。運行數(shù)據(jù)包括故障數(shù)據(jù)、軌旁檢測數(shù)據(jù)；檢修數(shù)據(jù)包括車輛維修和管理數(shù)據(jù)。實現(xiàn)上述功能需綜合應用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)。通過建設地面運維平臺，為列車運營調(diào)度及車輛段各專業(yè)車輛檢修提供基于數(shù)據(jù)支撐的技術(shù)決策信息，為車輛調(diào)度、生產(chǎn)管理提供技術(shù)支持。提高列車運營可靠性、行車安全性、檢修效率、檢修質(zhì)量，降低人員投入、管理成本，為地鐵的安全運營提供保障，逐步實現(xiàn)車輛“狀態(tài)修”的總體目標。

4 技術(shù)路線

4.1 在途車輛綜合監(jiān)測系統(tǒng)

在途車輛綜合監(jiān)測系統(tǒng)依托列車控制與監(jiān)視網(wǎng)、列車監(jiān)測技術(shù)、車地通信網(wǎng)絡，由數(shù)據(jù)存儲及無線傳輸系統(tǒng)主機完成整車及關鍵部件運行狀態(tài)信息采集、數(shù)據(jù)標識、數(shù)據(jù)解析處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)加密后，經(jīng)車地無線通道傳輸至地面智能運維平臺。通過數(shù)據(jù)解密、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，或借助各種人工智能算法和診斷分析技術(shù)及預測模型實現(xiàn)列車及其關鍵部件實時健康狀態(tài)監(jiān)測、在線故障診斷及故障預警、故障預測和健康狀態(tài)評估，提高地鐵車輛的系統(tǒng)可靠性、運行安全性。在途車輛綜合監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)是地鐵列車智能運維系統(tǒng)中最基礎的數(shù)據(jù)。

車載監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測的列車子系統(tǒng)包括牽引輔助系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架、受電弓及接觸網(wǎng)、客室車門、乘客信息系統(tǒng)、空調(diào)、蓄電池、TCMS系統(tǒng)等。

4.2 軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)

在軌旁安裝基于高清攝像技術(shù)、紅外成像技術(shù)、激光等傳感技術(shù)的檢測裝置，列車不停車經(jīng)過軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)時，自動檢測車體外觀、關鍵零部件外形輪廓及關鍵磨耗件尺寸參數(shù)等信息，將此類信息發(fā)送至地面運維平臺，數(shù)據(jù)分析處理時，若發(fā)現(xiàn)異常情況及時自動報警提示，實現(xiàn)自動化日常巡檢。該系統(tǒng)可以覆蓋60%～70%的人工列檢項點，隨著功能的完善，可以進一步提升檢測項點的覆蓋率。

軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)包括輪對尺寸檢測模塊、360°車輛外觀檢測模塊、車下設備溫度檢測模塊、踏面缺陷動態(tài)圖像檢測模塊、受電弓檢測模塊、車輪探傷模塊。

4.3 車輛檢修管理信息系統(tǒng)

車輛檢修管理信息系統(tǒng)可以實現(xiàn)車輛段的智能檢修，從“人、機、料、法、環(huán)、測”六個維度進行綜合管控，通過工作派單管理、生產(chǎn)計劃管理、檢修質(zhì)量管理、工藝管理、檢修作業(yè)管理、履歷管理、生產(chǎn)資源管理、故障信息管理、配件管理、安全管控等功能模塊對車輛檢修任務進行深入分析和應用，實現(xiàn)整個車輛檢修周期的管理。系統(tǒng)通過檢修基地試驗臺等地面檢修設備獲取檢修數(shù)據(jù)，配置手持移動終端等實現(xiàn)對列車檢修狀態(tài)及故障信息實時監(jiān)控，全面獲取車輛檢修維護信息，將故障檢修信息以工單形式發(fā)送至系統(tǒng)，系統(tǒng)完成故障工單處理，將故障處理措施和結(jié)果等信息通過語音、圖像以及文字的形式上傳至地面運維平臺，實現(xiàn)工單管理有效閉環(huán)，是車輛運維全壽命周期監(jiān)控管理的一個重要的數(shù)據(jù)支持環(huán)節(jié)。

車輛檢修管理信息系統(tǒng)由基礎數(shù)據(jù)管理模塊及車輛信息檢修管理模塊組成，基礎數(shù)據(jù)管理模塊包括主數(shù)據(jù)管理、技術(shù)質(zhì)量管理、資源基礎管理模塊，車輛信息檢修管理模塊包括工作派單管理、生產(chǎn)計劃管理、檢修質(zhì)量管理、工藝管理、檢修作業(yè)管理、履歷管理、生產(chǎn)資源管理、故障信息管理、配件管理、安全管控。系統(tǒng)可以實現(xiàn)車輛檢修全流程數(shù)字化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程、質(zhì)量檢驗、物料配送管理的無縫對接，實現(xiàn)地鐵車輛、關鍵件履歷管理，實現(xiàn)檢修人員管理及檢修作業(yè)指導等。

4.4 地面智能運維平臺

（1）狀態(tài)監(jiān)控。

根據(jù)在途車輛綜合監(jiān)測系統(tǒng)及軌旁綜合檢測系統(tǒng)實時獲取列車狀態(tài)、故障數(shù)據(jù)，在地面運維平臺監(jiān)控端進行線路級和列車級車輛狀態(tài)監(jiān)視和展示。

（2）故障報警。

故障報警平臺具備對車輛故障數(shù)據(jù)進行分析、判斷、整理的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)故障預警及故障報警提示。

（3）應急處置。

支持應急處置功能，列車發(fā)生故障時，地面運維平臺能夠通過第三方接口調(diào)取車輛相應視頻進行實時查看，結(jié)合列車狀態(tài)遠程監(jiān)控及故障實時報警，實現(xiàn)遠程應急處置，指導司機快速應急處置，縮短故障解決時間，提升故障實時處置水平，提高列車運營可靠性及安全性。

（4）故障診斷。

故障診斷是智能運維的一個重要功能，對車輛各子系統(tǒng)（牽引、輔助、制動、走行部、弓網(wǎng)、車門、空調(diào)、乘客信息、網(wǎng)絡、蓄電池等）的狀態(tài)進行實時故障診斷，提供給用戶進行報警提示，針對不同的故障內(nèi)容，提供恰當?shù)墓收咸幚泶胧┙o用戶，由協(xié)助檢修人員查找并快速解決故障。

（5）故障預警。

地面運維平臺可以提供故障預警自定義功能，使用戶可以在定義故障的基礎上靈活豐富自身的狀態(tài)預警庫。根據(jù)專家的檢修經(jīng)驗、各線路的實際運行情況與運行條件，添加特定的預警判斷條件，為列車數(shù)據(jù)的深入挖掘與大數(shù)據(jù)分析提供方向。系統(tǒng)可以實現(xiàn)包括閾值預警、突變預警、趨勢預警和模型預警等功能。

（6）故障預測。

平臺可以根據(jù)部件退化過程中的征兆信息（結(jié)構(gòu)特性、功能參數(shù)、環(huán)境條件及歷史運行情況），在判斷當前故障嚴重程度的基礎上預測故障的演化趨勢或估計剩余壽命、實現(xiàn)關鍵部件性能預測，為運維決策提供數(shù)據(jù)輸入。

（7）健康評估。

平臺能夠?qū)Τ鞘熊壍儡囕v系統(tǒng)、子系統(tǒng)、關鍵部件進行健康評估，實現(xiàn)系統(tǒng)、子系統(tǒng)、關鍵部件健康評估排名顯示、健康評估趨勢和評估結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖形化顯示等功能。

（8）運維決策支持。

運維決策支持平臺的知識庫模塊支持按照部位、類別、故障等不同類型層次化維護故障代碼體系，自動根據(jù)故障類別推薦相關原因代碼與處理意見。通過長期的數(shù)據(jù)積累，地面智能運維平臺可以較為準確地判斷車輛或子系統(tǒng)的健康狀態(tài)，將車輛健康狀態(tài)與修程修規(guī)進行關聯(lián)性匹配，使車輛檢修管理信息系統(tǒng)能夠依據(jù)車輛的實際健康情況智能地管理車輛修程修規(guī)，在適當?shù)臅r候?qū)τ脩籼岢鲕囕v的維修建議。

5 結(jié)語

目前，國內(nèi)各大城市新建的地鐵線路已經(jīng)部分或全部采納智能運維系統(tǒng)。采用智能運維系統(tǒng)可以實現(xiàn)提高車輛檢修效率，減少人力支出，降低運營維護成本，為實現(xiàn)車輛檢修逐步由計劃修過渡到狀態(tài)修提供條件。