地鐵設備智能維修管理研究及展望

鄭大威，馬 琳，燕 飛

地鐵設備智能維修管理研究及展望

鄭大威，馬 琳，燕 飛

（北京交通大學電子信息工程學院，100044 北京）

由于不同城市地鐵建設的時序不同，根據自身的情況選擇合適的設備維修管理模式尤為重要。在維修作業的具體實施過程中，將6S管理理念有效地導入日常檢修管理工作中，不斷促進整個團隊管理水平和檢修生產效率提高。同時學習國內外地鐵設備維修管理的成熟理論和實踐，嘗試建立一套智能信息化系統，從而提升設備維修作業效率。最后以北京地鐵的設備維修管理為例，對其設備維修管理模式及智能信息化系統進行分析，并對未來智能維修的發展進行展望。

地鐵設備；維修管理模式；信息化管理系統；6S管理

目前，我國城市發展速度不斷加快，由城市人口的高度流動性帶來的城市交通量迅速增加，以及交通壓力而引發的各種矛盾逐漸顯現。飛速發展的社會需要穩定、安全和高效的交通工具，大力發展城市軌道交通應是最具可行性的解決方案之一。

任何一條新的地鐵線路建成后，其相應的設備移交給運營單位，對這些設備建立設備臺賬，針對不同的設備制定相應維修策略，并根據維修策略安排相應的維修計劃。

地鐵的高效穩定運營除了需要可靠的設備外，還需與之相匹配的管理機構和高素質的管理人員對軌道交通設備實施科學的維修管理。建設安全高效的地鐵系統，需要從線路基礎及軌道、供電、通信信號、機電設備以及運營維護管理等各方面出發，采取合適完備的管理模式[1]。

此外，地鐵設備大多是機電高度集成化的產品，維修過程中，管理信息化系統發揮著重要的作用，通過計算機技術、現代測試技術以及質量控制技術等，使維修質量及效率得到顯著提升[2]。有別于傳統的維修流程，維修管理信息系統是在對維修作業完成數據采集和分析之后，對正在進行的現場作業遠程指導與監督，后期還可以為保證維修質量提供可靠的依據。

1 地鐵設備維修管理模式綜述

1.1 設備維修相關理論

1.1.1 設備維修的概念

地鐵各種類型的設備在使用過程中，隨著使用會造成部分元器件的磨損、故障乃至失效，從而直接影響設備運行的穩定和效率，所以，有必要對設備進行有效的維修和保養，延長壽命。其內容主要包括：維護保養、檢查和修理3個方面。

1.1.2 設備維修管理理論

設備維修管理主要是研究設備維修管理規律的學科，也叫做維修工程學[3]。它從維修的基礎出發，采用一些工程化的方法，以設備全生命周期為對象，在初步設計階段就著手保障和監督設備的維修性能和后期維保設計；在使用階段，對維修活動加以指導和管控，如圖1所示。

圖1 維修科學理論體系

1.1.3 維修模式

設備的維修模式，就是在合適的時機對合適的設備實施相應維修措施的模式[4]，并在該維修模式的管理下，設計出相應的維修制度與計劃。

1.1.4 維修制度

科學的維修制度有助于合理地安排各項資源，并提前完成相應的準備工作，從而順利完成維修作業，增加設備穩定性和可靠性，減少由于維修而造成停運的時間以及維修支出。從我國各運營性行業所實施的情況來看，具體有：

1）計劃預防維修制。計劃預防維修制是在了解設備老化和故障規律的前提下，綜合考慮各部件的磨損速度和使用壽命，相應地組織維修和維護，防止或減少故障，延長使用期限，提高維修效率，以保證系統的運行有效性和經濟性。

2）以狀態監測為基礎的維修制。基于狀態監測的維修制度是以可靠性理論、狀態監測技術、故障診斷技術為基礎，以設備的實際設備狀態為依據從而安排相應的維修。

3）針對性維修制。針對性的維修制度是以綜合管理原則和可靠性理論為基礎的維修制度，有針對性地采用不同的維修方式，使維修作業具體化，達到設備全生命周期維修成本最低、輸出效益最高的目標。

1.1.5 維修方式

維修方式的選擇體現為對維修時機的把控。較為常見的維修方式主要有以下3種：

1）故障修。設備發生故障之后再處理稱為事后維修。如果實施這種維修方式，在很大程度上可以避免過分維修，節省費用。但因設備突發故障會影響日常的運營，所以僅適用于故障后果不嚴重的設備。

2）計劃修。計劃修是完成事先設計的維修計劃實施維修作業，適用于有固定故障周期的設備。由于提前有一個制訂好的維修計劃，因此，有利于部署維修前的各項準備工作。

3）狀態修。狀態修是在對設備使用過程中的狀態實施監控和分析的前提下，以其運行狀態為依據安排預防性維修。其優勢在于可以提升維修工作的針對性，從而提高維修的效率。

同時針對每一種維修方式可分為一、二、三級維修程度：一級維修，只需修復、更換部分磨損較快和使用期限小于等于修理間隔期的零件，調整設備的局部結構，以保證設備的正常運行；二級維修，對設備進行部分解體、修理或更換部分主要零部件，以保證設備能夠恢復和達到應有的標準和技術要求；三級維修，則是指通過更換、恢復其主要零部件，恢復設備原有精度、性能和生產效率而進行的全面修理。

1.2 地鐵設備維修管理模式選擇

1.2.1 基本原則

1）資源使用集約化、維修組織專業化。由于線路結構復雜、運營里程長、客流量大、設施種類多，所以有必要建立一支專門的隊伍對設備維修進行管理，從而提升企業內部各部門的合作和協調能力。

2）維修模式的多樣化、適宜化。地鐵如今采用維修模式大都比較單一，主要以計劃維修為主，僅針對很少部件采取預知維修。由于計劃維修有過度維修等缺陷，因此，有必要探索適宜的維修方法和策略。

1.2.2 維修組織架構選擇

維修組織，尤其是運營性組織，是隨著團體不斷發展結構調整的產物，是在共同任務下形成的人員有序集合[5]。要使組織中的元素產生“化學反應”，形成“合力效應”，應遵循以下原則：

1）統一領導、分級管理原則。組建合適的設備維修管理組織，應根據如今社會化大生產的需求，既要有利于加強設備維修管理系統的統一領導，又要遵循分級管理以提高管理的執行度。

2）目標協同、精干高效原則。要同時兼顧企業運營的經濟目標與設備維修管理的技術目標，實現維修作業的精干高效。

3）分工協作，權責統一原則。設備維修管理隊伍應從作業的具體流程入手，在組織中劃清各部門職責范圍，加強彼此之間的分工協作，同時注意橫向協調。

4）設備維修綜合管理原則。綜合管理要貫穿整個生命周期，綜合維護與計劃檢修，綜合修理、改造與更新等。

1.2.3 維修管理組織的形式

設備維修管理的組織形式具體可分為集中式、分散式、集中式與分散式相結合以及矩陣式。

1）集中式維修（職能式）。組織內設置有固定的維修隊伍負責企業的維修工作。各部門不設自己的維修隊伍，如圖2所示。

圖2 職能式的設備維修組織架構

2）分散式維修（直線式）。組織內無專門的隊伍負責維修，各部門都有一支自己的維修隊伍，完成本部門的設備維修工作，在必要的情況下聯系其他維修公司輔助完成維修工作，如圖3所示。

圖3 直線式的設備維修組織架構

3）集中分散結合形式。組織內設置固定的維修隊伍和管理團隊，各部門也配置自己的維修力量，負責日常的維修，大型設備的改造以及與外部維修隊伍的合作，由組織的維修管理團隊安排。

4）矩陣式。負責不同領域的維修隊伍通過合約等方式與各部門形成合作，這種形式無需管理團隊，并且維修的人員也不限于組織的內部，如圖4所示。

圖4 矩陣式的設備維修組織架構

1.3 現場維修管理的6S理論概述

6S理論最早是從日本的5S理論擴展而來，是生產運營中非常高效的管理理念。5S管理最開始在著名的豐田汽車公司實施，包括整理（seiri）、整頓（seiton）、清掃（seiso）、清潔（seiketsu）和素養（seituske）[6]。5S由這5個單詞的日語拼音其中的羅馬字母的首位S組成。20世紀80年代中期，我國結合國內維修管理的實際情況加上了第6個S，即安全（safety），這便形成了“6S理論”。

1）整理：整理是將作業現場所需要與不需要的物品予以區分。把不需要的物品搬離作業場所，將所需物資加以分類和標記，只留下需要的物品。

2）整頓：作業場所整理好后，再將保留的物資備件等進行定點、定量標識，并定置擺放。

3）清掃：在完成對工區的整理和整頓之后，就要對工區開始清掃，使作業場所清潔、整齊，使作業人員的工作環境適宜。

4）清潔：所有工區和值班室都設置負責員工，維護負責區域的清潔；同時保養重點設備，使其隨時處于可用狀態。

5）素養：素養即規范員工都加入到整理、整頓、清掃、清潔的環節中來，保證工區的清潔、整齊，并在組織內的員工績效考核中增加6S管理的考核內容，形成長效機制，維持6S工作成果。

6）安全：安全是地鐵的重要目標之一，在新職工入職時就對其開始系統化的安全教育。在各部門都安排安質部的技術人員，各個工班設安全員，并完善作業規范，從而保證維修作業的安全。

2 地鐵設備智能維修管理信息系統

2.1 國內外地鐵設備維修管理信息化現狀

目前，國外以巴黎和東京為代表的地鐵運營公司在設備維修的信息化管理上都有著較為成熟的經驗；而我國地鐵建設開始較晚，維修管理的信息化系統也處在初步研究時期[7]。

如今，地鐵設備維修的信息化管理情況如下：

1）以信息化管理的理念為基礎，從數據采集和分析入手，結合設備維修管理的實際情況，實現初期維修計劃的制訂。

2）依靠一些信息化的感知和傳輸手段以及信息終端，通過有線或者無線網絡，將相互關聯的人員和部門聯系到一起。

3）綜合運營和維修一體化的管理需求，從而達到對各部門全面管控的目標。

4）列車控制和地面信號系統的部分設備具有狀態檢測和故障診斷功能，警告等故障信息就能夠傳輸到管理部門，進而安排維修作業。

5）維修工區與調度中心、設備供應商、備品備件提供商等互通數據。

2.2 地鐵設備維修管理信息系統功能及組成

2.2.1 系統的功能需求

通過對維修計劃的實施，維修過程的管理，和對數據的記錄與統計來實現維修信息管理[8]。地鐵設備維修管理信息系統主要有以下4個功能需求：

1）數據編碼的實現。數據的編碼是為了給地鐵設備維修管理提供基本的數據支持，規范編碼的規則，使各系統之間能進行數據流通、信息共享，同時信息的應用也能順利進行。

2）維修計劃及作業單信息的制訂。制訂包含具體設備和資源信息的維修計劃，將維修計劃和作業單等導入數據庫，形成信息的錄入與存儲。

3）維修計劃的查詢及處理。特定維修人員需對維修作業單進行領單與結單，通過作業單信息查詢及處理功能，讓操作界面更加直觀，使系統更便捷地執行功能。

4）維修輔助信息的導出與存儲。作業時，操作人員通過導出對應設備的作業指導尋求作業指導幫助；作業后，查詢相應的維修工單，作為對維修作業的憑證，也方便管理部門后期的信息追溯與統計。

2.2.2 系統的模塊化設計

結合具體的地鐵設備維修作業流程和維修管理信息系統的功能需求，將其分為若干個模塊，每一個模塊均能完成獨立的功能，模塊劃分如圖5所示。

圖5 系統的功能模塊劃分

3 北京地鐵案例

3.1 北京地鐵設備維修管理模式

北京地鐵有4家運營分公司和4家維修服務商，其承擔設備維修管理的主要責任。北京地鐵的維修服務商依據維修設備種類劃分為線路公司、機電公司、供電公司和通號公司4家公司。4家運營分公司與4家維修服務商通過合約，達成維修業務的合作。4家維修服務商以獨立維修為主，多種維修模式相結合的形式進行設備的維修管理任務[9]。

當前，北京地鐵采用的是直線式的組織結構形式，其維修模式是按照設備專業劃分公司，不同的維修服務商按線網布局設立項目部，項目部下再按照資源配置設置工區。

3.2 智能維修管理信息化系統介紹

以北京地鐵通號公司為例，其采用北京飛鴻云際科技有限公司開發的智能現場作業管理系統，對設備維修進行管理。該系統為現場作業提供信息化手段，通過對現場作業過程的信息采集、展示、追溯，實現對現場作業執行過程的規范性督察；在與維修作業人員進行信息溝通的條件下，完成對現場作業執行過程的實時性指導[10]。

該系統的主要功能如下：

1）為作業的審批和申請提供依據；

2）為作業記錄的展示提供手段；

3）為實時語音視頻通信提供工具；

4）為遠程指導提供手段；

5）為事后查證提供基礎。

該系統的作業單在按照維修計劃生成后便派發到各維修班組執行維修作業，如圖6所示。

3.3 系統應用情況及發展前景

地鐵設備維修管理的信息化系統，要與線路實際設備相匹配，才可以精確實現工單的派發、工單執行過程中中心對現場的監管和指導，工單完成后的報告，形成閉環在中心端進行存儲，以便各相關部門可在其授權權限范圍內查詢工單的任何一個環節執行狀態，從而解決目前工單紙質化，執行過程無記錄、故障追蹤無信息化手段等問題。

圖6 現場作業執行管理過程

現場作業管理系統向智能化、數據化發展還需更多的數據信息的支撐，包括相關信息支持模塊以及設備管理模塊。之后還可實現現場作業管理系統支持與既有信息化系統互連，實時進行信息交互和共享[11]。

4 結語

筆者先介紹設備維修管理相關理論，具體涉及管理模式、維修制度以及維修方式；隨后總結關于維修管理模式選擇的原則與維修管理組織的常見形式。同時針對作業現場的管理，介紹基于6S理論的地鐵設備維修管理方式。然后分析地鐵設備維修的信息化管理現狀，具體介紹信息化管理系統的功能需求以及功能模塊架構。最后以北京地鐵通號公司的設備維修管理為例，分析其設備維修的管理模式及智能化系統的使用情況，并以此為例展望地鐵設備智能維修管理的發展前景。

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（編輯：曹雪明）

Research and Prospects of Intelligent Maintenance Management of Metro Equipment

ZHENG Dawei, MA Lin, YAN Fei

(School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044)

City rail transit in China has entered a rapid, concentrated, and large-scale development phase. Once the construction is completed, the rail transit enterprise will face a significant task of equipment maintenance. Because of the difference between different city rail transit construction patterns, the choice of a suitable maintenance protocol for metro equipment has practical significance. 6S management is effectively applied in daily maintenance to improve the overall level of maintenance management and production efficiency in the management team. Combined with advanced domestic and overseas metro equipment maintenance practices, the establishment of an information management system is proposed, to improve maintenance quality. Finally, taking Beijing as an example, the author analyzes management and information systems employed in metro equipment maintenance. Future development of intelligent maintenance is expected.

metro equipment; maintenance management mode; 6S management; information management system

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.05.021

U231

A

1672-6073(2018)05-0111-06

2017-09-04

2017-10-31

鄭大威，男，碩士研究生，研究方向為地鐵設備智能維修管理，16125133@bjtu.edu.cn

城市軌道交通北京實驗室資助（京教函（2012）380號）