工業互聯網平臺賦能軌道交通行業數字化轉型方法論

信息化與軟件產業研究所

軌道交通行業具有安全性能要求高、集約化管理、供應鏈系統相對獨立、產品種類多、專業化程度高的行業特征，面臨資源調配效率低下、車輛運維困難、客戶需求不斷提高等痛點，亟需加快基于工業互聯網平臺的數字化轉型步伐，提升企業綜合實力。中車四方、中車株機、中車浦鎮等企業正以車輛遠程運維為切入點，加速推動軌道車輛向研發設計數字化、生產制造柔性化、產業鏈管理一體化、車輛運維智能化等方向轉型。基于此，本文深入剖析了軌道交通行業數字化轉型趨勢、平臺應用場景以及業務落地解決方案。

軌道交通行業

數字化轉型趨勢分析

研發設計從實驗驗證向平臺仿真轉變。軌道車輛行業傳統研發設計是基于實地實驗驗證的，每種新的零部件都需要經過大量的實際線路試驗檢測、數據提取、統計分析來確定它的安全性、可靠性，期間耗費大量的人力、物力、財力，且效率較低。基于工業互聯網平臺構建虛擬仿真環境，在賽博空間構建軌道車輛數字孿生體，通過工況設置、參數輸入等進行虛擬仿真，不斷迭代優化，將持續推動產品研發完善，縮短研發周期，降低研發成本。

生產制造從大批量向柔性化轉變。近年來，我國軌道車輛行業正處在快速發展時期，國內的需求量猛增、訂單量巨大，軌道車輛供應商規模持續擴大、供給能力不斷提升。但是，隨著市場趨向飽和，地鐵等多樣性城市軌道交通的興起，軌道車輛的產業需求逐漸升級，倒逼軌道車輛供應商積極尋求轉型，從單純的車輛制造商逐漸轉變為基于車輛制造的服務商，探索車輛制造車間智能化改造，加速向柔性化生產的方式轉變。

業務管理從以人為主向精益化轉變。軌道車輛行業傳統的管理模式以人為主，具有變動性太大、作業管理混亂、管理無法落地且追溯性差等弊端，管理效率較低。基于工業互聯網平臺對業務流程進行實時把控，有利于打通部門之間、人機之間、設備之間的數據壁壘，實現以節拍式拉動、看板式管理、流水化作業和標準化工位等精益化管理模式，推動生產制造透明化、部門合作協同化、資源調配高效化，節約管理成本、提高管理效率。

設備運維從定時維修向按需維修轉變。軌道交通行業的車輛設備安全性能要求高，必須嚴格保障車輛運行過程中的健康水平。傳統的高速鐵路車輛運維建立了一套按照里程數維修的制度，每當車輛運行到標準里程數，必須進行健康水平檢測，大大增加了運維的時間成本、經濟成本。基于工業互聯網平臺在線采集車輛運行實時數據信息，經過算法統計和模型分析，有利于發現車輛運行過程中的健康狀態和存在的問題，安排維修計劃，保障車輛運行效率。

工程機械行業工業互聯網

平臺應用場景及實踐

虛擬仿真。軌道交通行業基于工業互聯網平臺搭建虛擬仿真平臺，構建車輛數字孿生體，在線上虛擬空間中進行工況模擬，可以實現研發設計迭代式優化。一是建立仿真模型。通過賽博空間和物理空間的映射，構建車輛系統虛擬模型，用來展示車輛系統實時狀態。二是進行工況模擬。設立不同的線路，輸入工況參數，進行虛擬空間實驗，確定數字孿生體的車輛性能，為物理實體提供參照。三是進行設計優化。依托虛擬仿真得到的大量數據，經過統計分析，可以促進研發設計環節迭代更新。

例如，中車株洲機車使用ESI集團IC.IDO 3D仿真分析平臺進行實時優化設計，為客戶提供1∶1 3D虛擬樣機審查設計并實時傳達修改，節省了大量的開發時間和成本。中車四方基于工業互聯網平臺協同仿真，提升資源利用率和研發仿真驗證效率。

協同制造。基于工業互聯網全要素、全產業鏈、全價值鏈連接能力，打通人與機器之間、機器與機器之間、產線與產線之間的信息壁壘，實現生產過程最大化的協同平衡。一是人機協同。基于工業互聯網平臺，對機器設備進行遠程監測、指揮、維護，實現人機協同作業。二是設備協同。基于平臺采集生產過程數據信息，通過大數據分析優化，對生產線進行智能化改造，實現生產設備最優布局，讓設備發揮最大效能。三是產線協同。基于平臺數據的計算分析、智能決策，統一調配生產要素，推動跨產線協同制造。

例如，中車株機基于軌道交通行業工業互聯網平臺，建設轉向架智能制造車間，實現人員、AGV設備、物料、產線全部數字化對接，解決了智能制造產線之間的協作問題。11條子生產線可達到最大化的協同平衡，轉向架的構架、車輪和車軸3條生產線之間的相互等待時間基本為零。同時，基于平臺開展柔性化生產，使小批量試制與大批量投產同步進行，推動人員成本減少50%，生產效率提升30.1%。

產業鏈管理。軌道交通作為一個綜合性產業，其產業鏈十分豐富，基于工業互聯網平臺實現產業鏈的有效管理，將促進軌道交通行業資源配置優化、服務能力提升。一是供應鏈管理。建立供應商關系維護、對接、交流平臺，嚴密把控市場動向，確保零部件高效供應，保障生產維修需求。二是制造鏈管理。加強生產制造過程的實時監測、數據采集、智能分析，提高生產車間的洞察力。三是服務鏈管理。建立客戶對接平臺，積極交流，根據客戶不斷升級的需求推出個性化產品，提高企業服務能力，塑造綜合競爭力。

例如，中車信息技術有限公司結合中國中車供應鏈產業升級需求，優化整合中車電商平臺和中車供應鏈采購管理資源，建設“中車購”供應鏈電子商務協同平臺，加強供應鏈管理。截止到2017年7月，平臺交易總規模超過640億元，合格供應商用戶總數超過2萬家。

設備健康管理。基于工業互聯網平臺對軌道車輛設備進行深刻洞察、設備故障精準預測、事故風險有效評估，按需安排維修計劃。一是狀態監測。通過傳感器等感知設備，采集車輛運行過程中的狀態數據，實時進行狀態監測，確保車輛安全運行。二是建模仿真。利用虛擬仿真平臺，進行不同工況的狀態模擬，從而不斷優化車輛性能。三是大數據分析。結合工作日志、歷史故障、運行軌跡、實時位置等海量數據進行挖掘分析，判斷可能出現故障的時間和部位，實現預測性維護。

例如，中車株機使用先進的聯網技術、傳感器技術，搭建數據采集和分析平臺。及時了解機車的健康參數，確保車輛在安全可控的狀態下運行。中車四方和國信會視合作，基于工業互聯網平臺建設了軌道交通裝備智能運維平臺，實現列車狀態數據的實時采集和處理。對列車狀態進行監控和故障快速告警，降低列車運維成本，保障列車的健康安全運行。

推進應用場景落地的著力點

進行生產車間改造，提高生產效率。一是依托工業互聯網平臺，對車間全要素進行連接，實現生產數據可視化、生產過程透明化的制造全過程動態管控。二是基于大數據分析，對生產車間資源進行智能化調配，實現產線協同，提高生產資源利用率。三是基于工業互聯網平臺，結合5G、人工智能、大數據等新一代信息技術，對車間進行智能化改造，提高生產制造數字化水平。

開發智能業務系統，增強管理水平。一是生產安全管理，對生產車間進行實時監測，對歷史數據進行統計分析，對應參照，排查安全隱患，提供安全報警服務。二是質量管理，利用傳感器、攝像頭等設備，對各工序進行質量數據采集，進行數據分析，完善不合格品處理、質量分析、售后質量信息處置等工作，三是業務管理，開發基于平臺的一體化管理系統，打通供應商、服務商、經銷商等合作伙伴間的信息壁壘，提高管理效率，降低管理成本。

提供車輛遠程運維，確保運行安全。一是建立實時狀態感知系統，利用各種傳感器探測、采集車輛運行過程中的參數信息，將收集的數據進行有效轉換和傳輸。二是建立車輛實時監控系統，結合數字孿生技術，直接展示線上所有運行列車的速度、狀態、運營等參數，有效提升車輛的統籌、調度、管理效率。三是建立故障預警系統，依據歷史數據建立各參數變化與故障損傷的概率模型，結合當前車輛運行參數，進行健康狀態判斷、趨勢分析與異常情況自動報警，降低運維成本。