軌道交通車輛智能運維系統初步搭建

徐佳寧

(常州工業職業技術學院 江蘇 常州 213164)

目前，城市軌道交通安全、穩定運營已越來越受到各級政府、地鐵公司的關注，成為現代城市管理的首要課題之一，城市軌道交通維保模式也從單線、常規維保到網絡化、智能化維保轉變。如何在保障軌道交通系統安全可靠運營的基礎上最大限度降低維修成本，滿足環境可持續發展戰略要求的同時提升城市軌道交通設備智能化管理水平，越來越成為同行廣泛關注和研究的熱點[1]。

從全球來看，西門子、阿爾斯通、泰雷茲等主要設備(系統)供應商都已開發并應用成熟的大數據分析系統，用于軌道交通專業設備(系統)的數據監測和維護決策支持。從國內來看，在城市軌道交通協會、北上廣深等城市地鐵公司的要求下，各主要設備供應商在本專業領域都已開始單獨或與業主聯合開發軌道交通在線監測子系統。

1 城市軌道交通車輛智能運維系統建設目標

城市軌道交通車輛智能維保與健康管理平臺的建設目標是通過提升車輛的健康管理與數字化精準維修能力，在保障安全運行的基礎上，提高車輛上線率、降低維修成本。具體目標包含：

(1) 建立車輛綜合維保數據平臺，透明化車輛各系統狀態：通過智能化的升級改造，提高車輛各系統狀態的監測水平，全面掌握各系統的運行狀態，建立車輛綜合維保數據平臺，為PHM技術的應用提供必要的數據基礎。

(2) 搭建車輛智能維保與健康管理平臺的基礎上，探索建立評價指標體系：包含安全類指標、服務類指標、效率類指標和效益類四大指標體系[2]。

(3) 運用PHM技術和大數據分析技術，精準定位故障異常：研究故障預測與健康管理技術在軌道交通車輛智能維保中的運用，綜合全面地分析車輛各系統的數據關聯，準確定位故障異常，有效提升故障處理效率。

(4) 優化維護檢修業務，逐步向“狀態修”轉變：通過開發車輛監控、智能維保與全生命周期管理應用，探索車輛檢修業務的修程修制優化，逐步將“計劃修”向“狀態修”轉變。

(5) 基于國際及國內相關標準，構建車輛智能運維架構：結構化、體系化維修大綱、工藝流程和作業指導書，逐步構建一套以構型為中心的軌道交通車輛維修知識體系框架，有助于提供更加高效和靈活的維修計劃排程和生產調度。

2 城市軌道交通車輛智能運維系統建設技術能力要求

城市軌道交通車輛智能運維系統的總體技術要求是通過提升車輛系統的健康管理與數字化精準維修能力，在保障車輛系統設備安全運行的基礎上，提升檢修效率、提高上線率、降低維修成本。具體來說，就是要形成以下技術能力：

(1)利用傳感器實現車輛狀態智能監測，借助各種算法及模型來預測、監控和管理車輛設備狀態。

(2)實現準確的故障診斷：在過濾虛假警報的前提下，利用故障建模和故障檢測，精確定位車輛故障的性質、原因、類型以及發生的部位，針對不同工況下的各種故障采取對應的措施。

(3)提高狀態維修比例：實時掌握車輛設備的工作狀態，實現狀態監控、故障預測、檢測隔離、壽命跟蹤等功能；對于有條件進行性能衰退評估的部件，逐步由事件驅動的事后維修或時間觸發的定期維修轉到基于車輛實際狀態的檢修。

(4)實現精準化維修：通過車輛維修任務精準獲取、維修計劃精細編排、維修排程和資源調度優化與維修履歷精準記錄實現車輛系統設備的精準化維修。

(5)實現均衡化維修：通過合理地計劃和調度人員、工裝、設備等檢修資源，同時充分利用各類檢修時間窗口，提升資源的利用效率，逐步推動維修業務的扁平化管理。

(6)實現可視化維修：支持以維修工單為最小單位，提供多維度、圖形化、交互式的計劃編制、調整，執行過程可視化，提高計劃管理效率；支持“人、機、料、法、環”等維修資源的多維度(如狀態、位置、任務)可視化查詢，為高效的資源調度提供輔助；支持以工單工序為最小單位，實現作業過程的進度管理、質量監控和安全管控。

(7)支撐維修管理創新：支持生成安全卡控工單，實現維修作業和安全卡控工單的聯動互鎖；支持生成質量檢驗工單，實現作業過程與質量盯控的聯動、作業結果自動確認；支持對作業過程進行到工序粒度的精細化作業時間統計，實現作業過程智能監管；自動統計各類KPI指標，并對指標進行多維度統計分析、趨勢分析和關聯分析，并按設定的閾值進行預警和告警。

3 城市軌道交通車輛智能運維系統架構設計

基于以上目標和技術要求，城市軌道交通車輛智能運維系統應包含智能運維中心數據庫、車載監測系統、軌旁檢測系統、工裝設備監測系統，通過以上系統的數據信息交互，實現對車輛健康管理與數字化精準維修，如圖1所示。

圖1 軌道交通車輛運維系統架構

智能運維中心數據庫是數據存儲與管理中心，完成構型化數據管理、基礎技術數據管理、監測檢測數據管理、設備履歷管理、檢修業務數據管理與資源數據管理等，同時支持與維修基地、主機廠以及維保公司系統的對接。對車輛及軌旁設備進行系統、子系統、零部件等不同層級，以及區域、功能、物理等不同分解維度構型的搭建和維護，支持在不同層級和分解維度進行數據關聯，滿足車輛和設備參數、履歷等數據管理的需求，同時滿足車輛和設備故障標準化描述及精準定位、排除故障和維修作業流程標準化、維修資源精細化和標準化的需求，為實現精準維修提供支持。

車載監測系統包含車輛各個子系統在列車上進行設備監測檢測的系統，主要包含車門監測系統、空調監測系統、走行部監測系統、弓網監測系統、輔助監測系統、制動監測系統、牽引監測系統以及車載中央維護系統。實時采集車輛傳感器信息和車輛設備狀態信息，進行數據存儲并對車輛各系統健康狀態作出判斷。軌旁檢測系統能夠對受電弓、車底、車側、輪對、走行部等關鍵零件進行檢測，自動采集列車相關數據信息，并通過專用網絡發送至智能運維中心服務器，結合工裝設備監測系統提供的設備狀態信息，實現車輛信息與維系設備狀態的無縫對接，能夠極大提高檢修效率。

4 結論

城市軌道交通車輛智能運維系統是實現狀態修的重要手段之一，是物聯網、大數據、專家系統等新興技術的綜合場景應用。該系統不僅保證了地鐵運輸安全，還可提高檢修作業質量和檢修效率，并且隨著監測數據的不斷積累，還可大幅降低檢修成本，對實現車輛全壽命周期管理具有重要的現實意義[3]。