城市軌道交通智能運(yùn)維技術(shù)及智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方法

呂林潞

重慶機(jī)電控股集團(tuán)機(jī)電工程技術(shù)有限公司，重慶 401123

1 城軌智能運(yùn)維技術(shù)

1.1 CBM技術(shù)

狀態(tài)維護(hù)（Condition Based Maintenance,CBM）服務(wù)對(duì)象較為特殊，在大型復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，通過(guò)在系統(tǒng)底層搭載靈巧傳感器進(jìn)行測(cè)點(diǎn)選擇以及分布優(yōu)化。CBM技術(shù)可以高效率地完成狀態(tài)檢修任務(wù)，同時(shí)輔助技術(shù)檢修人員提高城軌智能運(yùn)維的事后檢修和預(yù)防性計(jì)劃?rùn)z修效率。隨著檢修體制的演變，并結(jié)合不同行業(yè)特征以及設(shè)備管理的現(xiàn)實(shí)需求，形成了不同種類(lèi)的檢修方式。常見(jiàn)的檢修類(lèi)型有事后維修、針對(duì)性強(qiáng)的狀態(tài)檢修及預(yù)防性計(jì)劃?rùn)z修等。其中，事后維修特指故障發(fā)生后所采取的非計(jì)劃性維修。在目前設(shè)備管理的要求下，事后檢修的應(yīng)用范圍有限，僅限于非重點(diǎn)設(shè)備，只有在其他檢修方式成本較高的前提下，才會(huì)采用這種事后檢修方式。通常事后檢修也被稱(chēng)為故障維修。與之相對(duì)的是預(yù)防性計(jì)劃?rùn)z修，這是一種超前的檢修理念，也稱(chēng)定期檢修。定期檢修或者計(jì)劃?rùn)z修主要是依據(jù)設(shè)備磨損程度以及統(tǒng)計(jì)規(guī)律等，事先確定檢修類(lèi)別，確定檢修周期和檢修范圍，這種檢修方式可以提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)用價(jià)值較高。實(shí)踐證明，該方法比較適合已經(jīng)掌握磨損規(guī)律的設(shè)備檢修，可以降低設(shè)備維護(hù)成本。除上述兩種方法外，還有狀態(tài)檢修，該檢修手段是從預(yù)防性檢修衍生而來(lái)的，是更高層次的檢修，是將狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)作為技術(shù)支撐并在此基礎(chǔ)上形成的檢修方式[1]。通過(guò)巡檢、例行試驗(yàn)等途徑提供可靠信息，對(duì)信息進(jìn)行分析處理后，可以對(duì)設(shè)備健康狀況進(jìn)行精準(zhǔn)、科學(xué)的預(yù)判，并掌握其性能劣化發(fā)展趨勢(shì)，從而提出針對(duì)性的檢修策略，在故障發(fā)生前進(jìn)行計(jì)劃性檢修。

1.2 SHM技術(shù)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（Structural Health Monitoring,SHM）技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以對(duì)城軌智能運(yùn)維情況進(jìn)行綜合健康監(jiān)測(cè)，主要原理是利用智能傳感器進(jìn)行精細(xì)化管理，監(jiān)控結(jié)構(gòu)的健康狀況，在此基礎(chǔ)上精心設(shè)計(jì)用戶(hù)界面，幫助維護(hù)人員第一時(shí)間獲取結(jié)構(gòu)的老化情況與真實(shí)的損傷信息。現(xiàn)實(shí)使用中，SHM技術(shù)需要依靠傳感監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用，在環(huán)境激勵(lì)下發(fā)出結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并且要想保證設(shè)備性能預(yù)測(cè)精準(zhǔn)，還要搭配使用信息處理技術(shù)，完成對(duì)結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和結(jié)構(gòu)性能的綜合性評(píng)估，以此科學(xué)預(yù)判設(shè)備服役周期，從而保障結(jié)構(gòu)安全，最終實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)預(yù)防性管養(yǎng)。通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，SHM與CBM原理上相對(duì)接近，但是差異性也比較顯著。SHM從某種角度來(lái)看屬于無(wú)損檢測(cè)方法的范疇，在設(shè)備結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方面效果十分突出。但是該技術(shù)也存在不足，傳統(tǒng)模式下的SHM技術(shù)比較側(cè)重健康評(píng)估的具體內(nèi)容，反而忽視了維護(hù)維修內(nèi)容。

1.3 PHM技術(shù)

PHM技術(shù)和以上兩種技術(shù)相比，應(yīng)用范圍更廣，是一種故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)，即故障預(yù)測(cè)（Prognostics）+健康預(yù)測(cè)（Health Prediction）+維護(hù)（Maintenance）。其檢測(cè)的內(nèi)容更加全面，是由外部測(cè)試、狀態(tài)監(jiān)測(cè)原有技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，通過(guò)信息采集，實(shí)現(xiàn)低虛警率的故障預(yù)判與隔離，最終實(shí)現(xiàn)智能維護(hù)，極大地提升了檢修效率。故障預(yù)測(cè)是一種非常先進(jìn)的理念，需要依靠監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，完成診斷和預(yù)測(cè)，能夠?qū)Ξ?dāng)前運(yùn)行情況和未來(lái)健康狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，對(duì)性能衰退程度給出客觀評(píng)價(jià)，是一種預(yù)防故障發(fā)生的合理、有效方法。實(shí)踐證明，健康管理之所以能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，很大程度上取決于診斷、預(yù)測(cè)的結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有可用資源以及設(shè)備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等，對(duì)維修與保障等活動(dòng)開(kāi)展較為全面的策劃，確保維修與保障的實(shí)效性。PHM技術(shù)一經(jīng)提出，便得到了大范圍的推廣，意味著傳統(tǒng)檢修理念的轉(zhuǎn)變可以給設(shè)備提供更加全面的保障，是裝備管理層層遞進(jìn)的結(jié)果，應(yīng)用價(jià)值較高。該技術(shù)的應(yīng)用旨在實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)變，從被動(dòng)保護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)保障[2]。PHM技術(shù)的出現(xiàn)與推廣給智慧城軌建設(shè)指明了方向，是一種積極有效的轉(zhuǎn)換技術(shù)。針對(duì)設(shè)施健康狀態(tài)開(kāi)展多角度的維護(hù)管理，可以大幅度提高指導(dǎo)的整體性與針對(duì)性，完成高水平的設(shè)備損傷預(yù)測(cè)，以此延長(zhǎng)設(shè)備服役時(shí)間，提高智慧城軌建設(shè)質(zhì)量。從功能范疇的角度進(jìn)行分析，PHM技術(shù)囊括了多項(xiàng)內(nèi)容，是CBM與SHM技術(shù)的結(jié)合體，性能相對(duì)穩(wěn)定，功能更加完善，其核心內(nèi)容如圖1所示。

圖1 PHM技術(shù)核心內(nèi)容

從圖1中可以看出，PHM技術(shù)覆蓋了CBM與SHM技術(shù)的多項(xiàng)功能，應(yīng)用范圍十分廣泛，通過(guò)該技術(shù)可以獲得較為精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為智慧城軌建設(shè)提供依據(jù)。實(shí)踐證明，智能運(yùn)維之所以能夠發(fā)揮作用，在很大程度上取決于PHM技術(shù)的應(yīng)用。換言之，PHM技術(shù)是智能運(yùn)維發(fā)揮作用的前提和基礎(chǔ)保障，智能運(yùn)維是一種以PHM技術(shù)為前提的維護(hù)方式。隨著智慧城軌理念的提出，城軌項(xiàng)目建設(shè)要求不斷提高，基于這樣的背景，智慧運(yùn)維的高效、合理運(yùn)用可以為城軌建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 智能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展路徑

與建設(shè)服務(wù)相比，運(yùn)營(yíng)維保服務(wù)具有較長(zhǎng)的生命周期，并且可持續(xù)性和穩(wěn)定性更加鮮明，上升空間巨大，應(yīng)用價(jià)值較高。同時(shí)，隨著政府關(guān)注度的提高，近幾年許多積極政策被提出，對(duì)城軌交通行業(yè)的發(fā)展十分有利。目前在政策和經(jīng)濟(jì)的雙重扶持下，城軌項(xiàng)目正在向著高質(zhì)量的方向健康發(fā)展。軌道交通的核心構(gòu)件已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，以此為前提，城軌的智能化升級(jí)勢(shì)在必行。因此，城軌裝備智能升級(jí)已經(jīng)初具條件，智能運(yùn)維得到了政策、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的支撐，具有良好的發(fā)展環(huán)境，城軌項(xiàng)目智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)維技術(shù)的高水平發(fā)展具有重大現(xiàn)實(shí)意義，可以為城市經(jīng)濟(jì)激活提供保障。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，智能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展大體上可以分為五步，具體如下。

2.1 平臺(tái)搭建

要想發(fā)揮出智能管理平臺(tái)的作用，首先應(yīng)該保證平臺(tái)搭建質(zhì)量。智能運(yùn)維是一種先進(jìn)理念，主要是以數(shù)據(jù)信息驅(qū)動(dòng)為主，屬于業(yè)務(wù)綜合應(yīng)用的有效手段。平臺(tái)的搭建，需要有云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)的支撐，在這些平臺(tái)基礎(chǔ)上完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、精準(zhǔn)分析及高效率傳輸?shù)裙ぷ鳎瑢?shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的共享及應(yīng)用，為智慧平臺(tái)運(yùn)行提供良好環(huán)境。

2.2 技術(shù)嵌入

在平臺(tái)搭建完成后，接下來(lái)的工作是技術(shù)嵌入。為了保障智慧平臺(tái)的合理性與科學(xué)性，提升智慧基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定性與安全性，相關(guān)人員需要開(kāi)展經(jīng)濟(jì)性、針對(duì)性強(qiáng)的視情維修，提供多方面的技術(shù)補(bǔ)充，如狀態(tài)監(jiān)測(cè)、分析診斷等，完成分層次、分階段的高質(zhì)量開(kāi)發(fā)，開(kāi)展相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)化，逐步完善核心體系，并將關(guān)鍵技術(shù)嵌入平臺(tái)，逐漸完善平臺(tái)的功能性，將智慧管理平臺(tái)的真實(shí)作用發(fā)揮出來(lái)。

2.3 生產(chǎn)應(yīng)用

利用已搭建平臺(tái)和相關(guān)嵌入技術(shù)，可以完成后續(xù)的設(shè)施狀態(tài)感知和設(shè)備健康度評(píng)價(jià)等一系列工作。實(shí)踐證明，智慧平臺(tái)在問(wèn)題故障診斷方面的優(yōu)勢(shì)十分突出，可以對(duì)多要素進(jìn)行精準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)分析，并且參與巡檢維修全過(guò)程，提高管理的精細(xì)化程度，保證管理質(zhì)量，做到多角度的資產(chǎn)維護(hù)與管理[3]。相關(guān)人員在滿足生產(chǎn)需要的同時(shí)，可以完善數(shù)據(jù)信息，并加快信息數(shù)據(jù)的積累，充分挖掘運(yùn)維業(yè)務(wù)的內(nèi)在潛能，確保運(yùn)維的實(shí)際成果。

2.4 數(shù)據(jù)積累

在業(yè)務(wù)開(kāi)展階段，可以積累大量數(shù)據(jù)，以此擴(kuò)充數(shù)據(jù)類(lèi)型，并在此基礎(chǔ)上關(guān)聯(lián)信息源，完成分析預(yù)測(cè)模型的科學(xué)構(gòu)建并加以訓(xùn)練，通過(guò)訓(xùn)練形成應(yīng)用能力較強(qiáng)的算法庫(kù)。同時(shí)，要借助大數(shù)據(jù)分析核心技術(shù)，挖掘應(yīng)用點(diǎn)，確保智慧平臺(tái)的高效應(yīng)用，達(dá)到理想利用狀態(tài)。

2.5 智能應(yīng)用決策

將PHM技術(shù)、先進(jìn)的信息技術(shù)及管理技術(shù)等全面、深度融合，發(fā)揮技術(shù)融合的優(yōu)勢(shì)，形成基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)、感知、診斷系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警預(yù)警等功能，以制定維修智能決策，提高應(yīng)急處理能力與資產(chǎn)管控能力。智能基礎(chǔ)設(shè)施的完善可以減少人工任務(wù)量，降低作業(yè)強(qiáng)度，減小故障等級(jí)，提高生產(chǎn)效率，達(dá)到合理控制運(yùn)維成本的目的，提高運(yùn)維資金利用率。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，作為智慧城軌體系的核心，智能運(yùn)維技術(shù)的合理、充分運(yùn)用具有積極意義，可以將城軌建設(shè)項(xiàng)目推向全新的高度，并提高智能化管控、調(diào)節(jié)能力，為城軌建設(shè)體系的穩(wěn)定性提供保障。智能運(yùn)維技術(shù)體系屬于系統(tǒng)且全面的工程，涉及眾多內(nèi)容，其建設(shè)要堅(jiān)持智能化的發(fā)展方向，實(shí)施自主化發(fā)展策略，全面秉持統(tǒng)籌規(guī)劃，逐步完善頂層設(shè)計(jì)，追求自主創(chuàng)新，為早日實(shí)現(xiàn)智慧城軌提供技術(shù)支持，積極推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。