吳 敏

(上海地鐵維護(hù)保障有限公司通號(hào)分公司， 200235， 上?！胃呒壒こ處?

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

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

1 數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)的目標(biāo)及需求

城市軌道交通運(yùn)維的質(zhì)量和效率直接影響到運(yùn)營安全和運(yùn)輸效能。在設(shè)備故障期間，應(yīng)急指揮及搶修的效率決定了調(diào)度調(diào)整方案及對運(yùn)營的影響；在維護(hù)檢修期間，檢修作業(yè)的質(zhì)量決定了設(shè)備運(yùn)行的可靠度，盡可能避免運(yùn)營過程中的風(fēng)險(xiǎn)和隱患；在生產(chǎn)過程中，運(yùn)維人員的經(jīng)驗(yàn)和技能決定了生產(chǎn)的質(zhì)量和效能，但由于工作人員的經(jīng)驗(yàn)和技能存在差異、應(yīng)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(yīng)急處置的結(jié)果差異較大。因此，如何通過數(shù)字化系統(tǒng)代替人工進(jìn)行故障診斷分析及智能決策，并與運(yùn)維人員之間充分的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，是城市軌道交通運(yùn)維生產(chǎn)增質(zhì)提效的關(guān)鍵。

基于上述的現(xiàn)狀分析，有必要通過構(gòu)建數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的故障應(yīng)急協(xié)同系統(tǒng)，提升城市軌道交通系統(tǒng)的應(yīng)急影響評估及應(yīng)急決策能力、故障診斷分析及維護(hù)指導(dǎo)能力、資源信息化協(xié)同及信息協(xié)作交互能力，以實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)推導(dǎo)的更高效的故障應(yīng)急響應(yīng)體系，減少對城市軌道交通正常運(yùn)營的影響。此外，通過建立以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)督和人工狀態(tài)確認(rèn)雙重保障機(jī)制的系統(tǒng)閉環(huán)體系，對設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)視和生產(chǎn)作業(yè)過程進(jìn)行智能化協(xié)同防護(hù)，以提升檢修作業(yè)的質(zhì)量，避免設(shè)備運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)及影響。

2 數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)業(yè)務(wù)場景設(shè)計(jì)

2.1 故障應(yīng)急協(xié)同聯(lián)動(dòng)

故障應(yīng)急協(xié)同聯(lián)動(dòng)場景主要為運(yùn)營故障發(fā)生時(shí)的高效指揮及處置，面向?qū)ο鬄閼?yīng)急指揮人員、應(yīng)急處置人員及其余相關(guān)人員。按應(yīng)急處置的標(biāo)準(zhǔn)和流程，故障應(yīng)急處置可分為故障診斷、應(yīng)急工單下發(fā)、應(yīng)急指揮和故障修復(fù)4個(gè)階段，如圖1所示。其中，在故障診斷階段，通過數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)自動(dòng)推導(dǎo)得到可能的故障原因及定位，盡快自動(dòng)形成應(yīng)急工單并下發(fā)。此外，數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)一步評估當(dāng)前故障的影響范圍、預(yù)計(jì)故障延時(shí)等關(guān)鍵信息。應(yīng)急處置人員接到應(yīng)急工單后，根據(jù)數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)提供的人員、應(yīng)急物資、設(shè)備狀態(tài)及最優(yōu)應(yīng)急路徑等信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮全過程的高效管控。待故障修復(fù)后，數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)生成故障專報(bào)，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(yīng)急協(xié)同聯(lián)動(dòng)的流程設(shè)計(jì)

2.2 設(shè)備檢修監(jiān)督卡控

設(shè)備檢修監(jiān)督卡控旨在輔助生產(chǎn)作業(yè)人員高質(zhì)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(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)備檢修監(jiān)督卡控主要包括設(shè)備檢修監(jiān)督和設(shè)備檢修卡控兩大功能。數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行全覆蓋監(jiān)測，在此基礎(chǔ)上將檢修過程中的標(biāo)準(zhǔn)工序及檢修結(jié)束后的預(yù)期狀態(tài)作為監(jiān)督和卡控的要素，以達(dá)到系統(tǒng)與運(yùn)維人員實(shí)時(shí)協(xié)同的目的。

如圖2所示，設(shè)備檢修監(jiān)督卡控的流程為：①當(dāng)生產(chǎn)計(jì)劃工單下達(dá)后，檢修作業(yè)人員使用數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)的移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)信息化的前序交底，其工作內(nèi)容主要包括交底事項(xiàng)、工器具核點(diǎn)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(xiàng)檢修作業(yè)，通過數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)建立電子化檢修標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范庫，實(shí)現(xiàn)檢修過程的實(shí)時(shí)監(jiān)督；③當(dāng)檢修工序存在缺項(xiàng)/漏項(xiàng)、單項(xiàng)工序輸出狀態(tài)不達(dá)標(biāo)或檢修的執(zhí)行次數(shù)不達(dá)標(biāo)時(shí)，數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)預(yù)警，通知生產(chǎn)盯控人員及檢修作業(yè)人員予以確認(rèn)，確保檢修過程高質(zhì)量完成；④檢修作業(yè)完成后進(jìn)行閉環(huán)管理，數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)自動(dòng)對被檢設(shè)備的結(jié)果狀態(tài)進(jìn)行分析和檢查，以避免因檢修疏漏造成的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 設(shè)備檢修監(jiān)督卡控的流程設(shè)計(jì)

3 數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于上文的業(yè)務(wù)場景設(shè)計(jì)，數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)從系統(tǒng)網(wǎng)域設(shè)計(jì)和系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)兩方面提出該系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

3.1 系統(tǒng)網(wǎng)域設(shè)計(jì)

如圖3所示，數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)基于分層跨網(wǎng)域設(shè)計(jì)原則，從層級上分為線路接入層和運(yùn)維中心層。線路接入層用以實(shí)現(xiàn)各城市軌道交通線路設(shè)備側(cè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化采集和傳輸；運(yùn)維中心層通過3個(gè)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(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的上層應(yīng)用功能。其中：生產(chǎn)核心網(wǎng)域用于承載各條線路設(shè)備數(shù)據(jù)的集中匯聚、存儲(chǔ)及邏輯計(jì)算，屬于高防護(hù)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(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)與運(yùn)維人員的雙向信息聯(lián)動(dòng)，屬于中等防護(hù)等級的安全網(wǎng)域；互聯(lián)網(wǎng)域用于承載數(shù)字化運(yùn)維生產(chǎn)協(xié)同信息的移動(dòng)端應(yīng)用，屬于外部網(wǎng)域。

圖3 數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

3.2 系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)是面向跨線路、多專業(yè)的集成化業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，首先應(yīng)從該系統(tǒng)的統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)性出發(fā)，建立該系統(tǒng)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范。數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)遵循平臺(tái)化分層架構(gòu)、模塊化復(fù)用設(shè)計(jì)的原則，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)自下而上的功能模塊設(shè)計(jì)。其總體架構(gòu)如圖4所示,分為基礎(chǔ)平臺(tái)層和應(yīng)用平臺(tái)層兩部分。

1) 數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)的硬件平臺(tái)：基于云平臺(tái)構(gòu)建，具有資源橫向擴(kuò)展能力的基礎(chǔ)平臺(tái)底座，可滿足上層應(yīng)用模塊對于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用要求。

2) 數(shù)字化運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)的軟件平臺(tái)：分為基礎(chǔ)中臺(tái)、數(shù)據(jù)中臺(tái)、技術(shù)中臺(tái)和業(yè)務(wù)應(yīng)用4層架構(gòu)。其中：①基礎(chǔ)中臺(tái)基于通用的技術(shù)框架和組件，該系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)主要包括實(shí)現(xiàn)虛擬化資源管理的云管平臺(tái)和容器化平臺(tái)，提供應(yīng)用服務(wù)解耦能力的微服務(wù)平臺(tái)，滿足系統(tǒng)維護(hù)需求的基礎(chǔ)運(yùn)維平臺(tái)、自動(dòng)部署平臺(tái)和測試集成平臺(tái)；②數(shù)據(jù)中臺(tái)是數(shù)字化運(yùn)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(yùn)維數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)高冗余的持久化存儲(chǔ)，其外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)均采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議/規(guī)范；③技術(shù)中臺(tái)為業(yè)務(wù)需求場景提供專項(xiàng)技術(shù)工具及引擎支撐，通過數(shù)據(jù)分析建模工具及引擎實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷、設(shè)備發(fā)展趨勢評估計(jì)算等邏輯分析類功能，通過流程分析工具及引擎實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)應(yīng)急流程及檢維修工序等流程類業(yè)務(wù)，通過地理信息引擎實(shí)現(xiàn)故障應(yīng)急場景下的人員、物資定位及可視化，通過工作流引擎實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的信息化閉環(huán)。

注：中臺(tái)指一種靈活、可重用的系統(tǒng)架構(gòu)，支持快速應(yīng)對業(yè)務(wù)需求變化，避免重復(fù)建設(shè)，達(dá)到提高工作效率的目的；微服務(wù)指一種開發(fā)軟件的架構(gòu)和組織方法，要求軟件由通過明確定義的接口進(jìn)行通信的小型獨(dú)立服務(wù)。

4 結(jié)語

本文通過建立上海城市軌道交通數(shù)字化生產(chǎn)運(yùn)維協(xié)同系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)與運(yùn)維人員間建立了緊密的協(xié)同聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急故障搶修和設(shè)備日常檢修過程的提質(zhì)增效，并以此驅(qū)動(dòng)運(yùn)維生產(chǎn)模式從計(jì)劃修向狀態(tài)修的轉(zhuǎn)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(yùn)維中心投入使用，并建立與之相匹配的運(yùn)維管理修程/修制。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用該系統(tǒng)后，通過故障應(yīng)急協(xié)同聯(lián)動(dòng)機(jī)制，運(yùn)維響應(yīng)及故障處置時(shí)間較應(yīng)用前壓縮了約30%。通過設(shè)備狀態(tài)監(jiān)督卡控機(jī)制，設(shè)備運(yùn)維成本較未采用該系統(tǒng)時(shí)降低了約35%。該系統(tǒng)作為城市軌道交通運(yùn)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(yùn)維領(lǐng)域中具有一定的示范作用。