高鐵車站設備運維支撐系統的設計與實現

■ 常公平 劉捷涌 劉衛波 郭輝

高鐵車站設備運維支撐系統的設計與實現

■ 常公平 劉捷涌 劉衛波 郭輝

介紹高鐵車站設備運維支撐系統的設計與實現，包括系統總體結構、系統關鍵技術及特點、系統應用功能。

高鐵車站設備；運維支撐系統；現代設備運維理論；系統設計

近年來，隨著我國鐵路的快速發展，高速鐵路、客運專線不斷增加。高鐵車站采用了大量的先進設備設施，在給客運服務效率帶來提升的同時，也增加了設備運維管理工作的難度。高鐵車站設備的高頻率、高強度使用產生了不少設備故障或故障隱患，對設備日常維護及故障維修處理提出了更高的要求。當前，高鐵車站設備維護正處于從傳統的人工維護模式到現代設備運維模式轉換的關鍵節點。在傳統的人工維護模式下，故障設備不能得到及時、快速地維護，更無法實現預測性檢修維護，給設備的正常使用帶來較大影響，一定程度上限制了設備使用效益，并影響著車站的客運服務質量。

以廣鐵集團為例，管內武廣、廣深、廣珠、海南東環等客運專線客流量大、設備種類多、信息化程度高、運維難度大。為保障廣鐵集團管內高鐵車站的保障設備的正常、高效運行，提高設備運維水平，提高設備運維效益，進而更好地為客運生產提供有力支撐，需要建設一個優化的設備運維支撐系統（Operation Support System，OSS）。與傳統的運維支撐系統不同，該系統基于現代設備運維工程理論，提出優化的運維支撐系統概念。系統的設計目標不僅要加強運維過程管控、規范運維作業流程、減輕現場作業人員的工作負擔和管理人員的工作壓力，更強調提高設備運維效率，提高設備應用品質，真正實現科學、優化的設備運維。

1 現代設備運維理論

現代設備運維的思想十分豐富，包括計劃性維修、設備全生命周期管理、全員生產維護、以可靠性為中心的維修、狀態維修、綜合設備管理、企業設備資產管理等一系列管理和工程技術理論。準確地說，現代設備維穩是以綜合設備管理業務為基礎，結合計劃性維修和狀態修（預測修），實現設備的全生命周期的運維管理（見圖1）。

1.1綜合設備運維管理綜合設備運維管理是對涉及設備運維相關的人、設備、配件、流程等因素進行有效的管理，主要體現在以下幾個方面。（1）設備的資產、狀態、技術規范等屬性的準確描述和應用；（2）運維人員、設備業主、設備使用者、設備制造者、配件供應者之間的信息和業務的無縫交互；（3）配件的準時制（Just in time）的配送、調撥、修復等；（4）流程的科學設置、執行、反饋、評估，實現標準化和最優化。

1.2設備的全生命周期管理設備的全生命周期管理從另一個角度支持著優化的設備運維理論。在設備全生命管理中，需要理清設備靜態數據和動態數據，前者是設備資產、技術參數等，后者是設備的狀態、維修記錄、使用記錄等。近幾年來，設備資產管理系統（Enterprise Asset Management，EAM）與設備維修系統（Maintenance Repair Overhaul，MRO）有相互交融的趨勢，兩者的有機結合才能形成對設備全生命周期管理的有力支撐。

圖1 現代設備運維理論的三元圖

圖2 狀態修（預測修）與其他維修模式的比較

1.3狀態修

狀態修是最近10年來被廣泛關注的設備運維工程技術。圖2顯示狀態修是系統成本最低、設備可用率最好的運維方式。故障修基于實際發生的故障進行維修，設備服務品質無法保證；計劃修基于設備制造商建議的修程修制進行維修計劃安排，缺點是容易形成過量維修；狀態修（Condition Based Maintenance，CBM）是一種預測性維修技術，基于設備的歷史維修記錄和目前設備狀態、性能，安排合適的保養、維修，以保障設備的長期有效性和可用性，實現設備總體運營成本的最小化。

現代設備越來越趨于智能化、數據化，現代設備運維理論正是適應現代設備發展的這個趨勢，在傳統的信息集成技術（人、設備、配件、計劃、流程等）的基礎上，加入了以設備為核心的靜態動態數據集成技術，最終利用數據分析技術，進行優化的系統設計，實現優化的服務模式。

2 系統總體結構

圖3 OSS系統功能結構

OSS包括設備管理（資產、設備狀態）、工單管理（故障管理、巡檢管理、保養管理）、備件管理（備件臺帳、備件出入庫、備件采購）、知識庫管理（文件管理）、系統管理（字典管理、用戶管理、組織架構管理、權限管理）等業務模塊（見圖3）。

系統技術架構分為硬件/網絡層、系統支撐層、應用技術層、應用層、用戶訪問層5個層面（見圖4）。（1）硬件/網絡層由計算機硬件平臺、操作系統、計算機網絡組成，在信息中心部署信息系統及設備，通過信息網絡，構建高鐵車站設備運維業務的應用；（2）系統支撐層由Oracle數據庫、J2EE開發平臺等組成，在中間件和數據庫層面進行支撐；（3）應用技術層是為統一應用系統的基礎構件、核心流程和關鍵技術而設計的項目管理基礎應用平臺，包含SOA架構、消息引擎技術、業務流程管理組件、報表管理引擎組成；（4）應用層由設備管理、工單管理、備件管理、知識庫管理、系統管理等業務模塊構成；（5）用戶訪問層由B/S訪問接入、移動應用訪問接入等。

圖4 OSS系統技術架構

3 系統應用功能

3.1設備管理

3.1.1設備臺賬管理

設備管理針對運營維護范圍內的所有設備設施，建立完善的、標準的設備資產檔案，規范化、格式化管理設備資產信息和設備供應商等信息，使設備資產信息庫不僅僅是一本設備臺賬，而是成為設備運營管理的數據基礎和作業依據，為設備的運營維護工作發揮更大的作用，成為構成數據處理中心的基石。

3.1.2設備狀態維修管理

無論從國外還是從國內來看，高鐵設備運維越來越傾向于狀態修。狀態修的核心是設備狀態管理，是整個設備管理的基礎和依據。

狀態修主要包含3個內容：

（1）傳感器數據采集。通過各種傳感器和儀表采集現場設備實時數據，實現在線監測。

（2）數據傳輸接口協議及應用。通過接口協議（包含BACnet協議、ModBus通信協議、OPC通信協議、LonWorks 即現場總線協議）及網管平臺（包含HP OpenView即電子業務管理工具程序、IBM Tivoli）實現現場設備實時數據的實時傳輸。

（3）數據分析。通過開發R程序，采用統計分析方法，應用回歸分析，如用多變量Logistic回歸分析故障發生情況、用Bootstrap分析進行模型驗證。目前分析主要圍繞核心設備如空調，包括制冷主機喘振故障、制冷主機冷媒沖注量分析、空調箱風機故障分析、空調箱過濾網臟堵故障分析、空調箱焓差控制分析。

這些分析的結果用于生產預測修工單，作為計劃修的支持和補充。目前，全面推行狀態修還存在一定問題。主要數據標準不健全，需對在線監測到的信號做大量加工處理。不過，狀態修是設備檢修的發展方向，因此，需要根據不同設備的重要性，首先在一些人員素質高、設備基礎好、管理先進的單位或部門試行，在試行成功的基礎上逐漸加大推廣力度。

3.2工單管理

3.2.1故障管理

故障工單模塊對設備故障的報障、故障確認、工單分配、維修執行、客服調查等處理步驟進行管理，從故障的發生到結束進行全過程追蹤和管控，同時關聯管理維修執行過程所使用的備品備件，并從客戶的滿意度出發，提高故障的處理效率。

3.2.2巡檢/保養管理

巡檢/保養管理根據車站設備設施的故障發生頻率或者設備設施的使用損耗規律，針對不同的設備設施安排合理、可靠的計劃，保障設備巡檢的周期和全覆蓋，依據人員的工作強度合理的安排工單。實現對人員的作業過程進行全面追蹤，為管理人員提供實時的過程管理。

3.3備件管理

針對車站設備設施維修、保養作業所需的備品備件進行全面管理，強化對設備維護過程的備件使用管理、強化對備件庫存變化的管理，使備件的使用做到有據可查。

3.4知識庫管理

對各種作業規范、安全生產管理規范等規章制度提供信息化的搜索、編輯功能，利用全文索引、目錄索引、元搜索引擎和垂直搜索引擎等搜索引擎技術，提高檢索速度和準確度，并針對用戶輸入的關鍵字，提供多樣化的檢索方式，提高檢索效率。系統還提供移動終端應用，對用戶的現場作業提供實用、有效的支撐。

3.5系統管理

系統管理即用戶管理，包括用戶信息管理、角色權限管理、用戶業務組織架構管理、用戶業務工作流程管理等。針對用戶的基本信息、用戶的業務組織、用戶的管理組織、用戶的業務流程提供全面、周密的管理，強化系統用戶使用的安全約束，提高系統的業務操作便捷性。

4 系統關鍵技術及特點

4.1綜合設備運維管理方法

綜合設備運維管理采用目標管理和80/20原則。

4.1.1目標管理

目標管理研究如何讓各環節的人員能夠積極主動地工作起來，具體的做法如下：

（1）清楚鑒定每個工作崗位的工作任務，讓崗位人員能夠清楚知道當前自己還有多少工作需要完成。

（2）給出每個崗位的KPI（關鍵績效指標），隨時反映該崗位的實際情況以及和目標之間的距離，激勵員工開展自己的工作。

4.1.280/20原則，即帕雷托規則

要第一時間解決每一個企業設備管理問題，實踐中是難以實現的。所以，對于設備維修管理工作來說，需要進行合理安排維修設備管理問題，80%的問題不需要進行全面投入，而20%的問題是需要經過相當長的時間積累，并投入精力才可以完善實現。

（1）設備管理的80/20原則：關注關鍵設備的臺賬細節。

（2）維修管理的80/20原則：以關鍵設備為基礎，制定合理的故障維修工作/計劃維修工作。

（3）備件管理的80/20原則：關注重點備件與高價值備件。

（4）采購管理的80/20原則：關注生產第一性采購。

4.2移動應用技術

設備運維支撐系統提供便捷的移動作業平臺客戶端軟件（Equipment Maintenance Mobile，EMM），結合智能手機的硬件技術，提供現場移動作業支撐和移動管理支撐。EMM針對一線作業人員提供規范、格式化的作業流程和作業操作，針對一線管理人員提供周密、有效的作業過程追蹤和管控、針對管理層提供豐富、完善的作業統計管理和安全生產監管、針對決策者提供便捷、高效的生產運營管理和決策輔助（見圖5、圖6）。

4.3設備狀態管理和分析技術

設備狀態管理收集并存儲所有車站設備的運行狀態信息，通過三維站區電子地圖進行形象、直觀的展示。以高鐵車站客服系統為例，主要關注圍繞車站客運生產相關的設備，包括旅服平臺設備、閘機、自動售票機、窗口售票機、LED導向屏、PDP屏、廣播設備、時鐘、網絡設備等客服信息系統設備。這些設備大多為智能設備，方便通過傳感器進行數據采集。

設備狀態管理除了對設備進行實時運行狀態監測，更重要的是進行維修分析，對故障設備的維修全過程進行跟蹤，直觀、形象地展示出設備實時運行狀態和故障設備維護狀態。

維修分析的核心是通過設備狀態的歷史數據，建立設備性能評估模型和故障預測模型，最終為維修優化提供輔助決策的手段。

5 結束語

OSS從2013年1月開始在廣鐵集團上線使用，并根據試用的情況不斷完善功能，以支持廣鐵集團的高鐵車站設備運維的需求。

使用效果表明，工單管理首先進行了完全的規范化；系統通過保養管理、巡檢管理等功能的建立，保障了計劃修的執行比例，故障修的頻率減少了10%；移動應用的使用實現了運維工程師的故障報障實時化，相應的維修響應時間縮短了20%以上。未來預測修的深入使用可望進一步提高維修效率，降低設備整體運營成本。

在研發和使用過程中，不斷提升傳統設備運維系統的設計理念，引入現代設備運維的思路，使設備運維成為一項可以不斷優化的工作，使設備運維支撐系統成為一個可以不斷優化的軟件系統。在設備運維支撐系統中，通過信息化和智能化的有效結合，提高了設備的可用率和服務水平，降低了運維成本，在鐵路設備運維這個傳統的領域發揮科技創新的力量。

圖5 維修人員可以通過EMM系統按照設備類型快速報障

圖6 維修人員可以通過EMM系統執行保養

[1] 姜金三． 現代設備管理[M]． 北京：北京大學出版社， 2012．

[2] 李葆文． 現代設備資產管理[M]． 北京：機械工業出版社，2006．

[3] 汪昌任． SAP EAM設備維護系統應用及案例[M]．北京：清華大學出版社，2005．

[4] CAMPBELL J D，MCGLYNN J，JARDINE A KS． Asset Management Excellence：Optimizing Equipment Life-Cycle Decisions[M]． CRC Press，2010．

[5] LEBOLD M S，REICHARD K M，FERULLO D，et al． Open System Architecture for Condition Based Maintenance[D]． Technical Memorandum，Penn State University，2003．

常公平：廣鐵集團聯創鐵路發展中心，高級工程師，湖南 長沙，410000

劉捷涌：廣鐵集團聯創鐵路發展中心，助理工程師，湖南 長沙，410000

劉衛波：廣鐵集團聯創鐵路發展中心，工程師，湖南 長沙，410000

郭 輝：廣鐵集團聯創鐵路發展中心，工程師，湖南 長沙，410000

攝影王凱立

責任編輯苑曉蒙

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1672-061X（2014）03-0032-05