軌道交通大型養(yǎng)路機(jī)械日常運(yùn)用數(shù)據(jù)分析模型研究

時(shí)光明，李嘉宇，王洪峻

（北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司線路分公司，北京 100082）

北京地鐵的規(guī)劃始于1953 年，始建于1965 年，最早的線路竣工于1969 年，是中國(guó)首個(gè)開通地鐵的城市。根據(jù)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)披露的數(shù)據(jù)，截止到2022 年初，北京地鐵運(yùn)營(yíng)線路共有27 條，運(yùn)營(yíng)里程783 km。以運(yùn)營(yíng)里程計(jì)算，北京地鐵已是世界上規(guī)模第一大的城市地鐵系統(tǒng)。以客運(yùn)量計(jì)算，北京地鐵亦是世界最繁忙的城市軌道交通系統(tǒng)之一。《北京市“十四五” 時(shí)期交通發(fā)展建設(shè)規(guī)劃》明確提出，“十四五”時(shí)期，北京市將重點(diǎn)加快軌道交通“四網(wǎng)融合”、軌道與公交融合，推進(jìn)交通運(yùn)輸綠色發(fā)展，建設(shè)步行自行車友好城市，鼓勵(lì)綠色低碳出行，力爭(zhēng) “十四五”末中心城區(qū)綠色出行比例達(dá)到76.5%。到2025 年，北京軌道交通運(yùn)營(yíng)里程預(yù)計(jì)達(dá)到1 600 km。隨著軌道交通地鐵線路運(yùn)營(yíng)里程的不斷增長(zhǎng)，客運(yùn)量日益增加，大型養(yǎng)路機(jī)械對(duì)地鐵線路的維護(hù)工作任務(wù)量日益加重。為滿足日益繁重的線路維護(hù)工作，客觀準(zhǔn)確地反映大型養(yǎng)路機(jī)械的日常運(yùn)用情況，分析大型養(yǎng)路機(jī)械設(shè)備兌現(xiàn)率、設(shè)備油耗指數(shù)、設(shè)備作業(yè)量等關(guān)鍵日常運(yùn)用數(shù)據(jù)尤為重要[1]。

1 大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用數(shù)據(jù)種類

1.1 日常運(yùn)用數(shù)據(jù)收集

在大型養(yǎng)路機(jī)械日常運(yùn)用過(guò)程中對(duì)各類大機(jī)的運(yùn)用數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，主要包括搗固車、清篩車、搗穩(wěn)車、打磨車、拋碴車、動(dòng)力穩(wěn)定車、配碴整形車、風(fēng)動(dòng)吹碴車等8 種大型養(yǎng)路機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的收集。

設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)由共性數(shù)據(jù)和個(gè)性數(shù)據(jù)兩部分組成。其中，共性數(shù)據(jù)包括單位名稱、施工日期、次日施工計(jì)劃、次日施工項(xiàng)目、設(shè)備編號(hào)、工程名稱、運(yùn)行區(qū)間（線）、行別、站段、運(yùn)行里程、累計(jì)里程、封鎖時(shí)間、封鎖命令、出車車次、返回車次、作業(yè)里程、作業(yè)車站、當(dāng)日作業(yè)時(shí)長(zhǎng)、作業(yè)人數(shù)、作業(yè)次數(shù)、加油量、作業(yè)后剩余油量、設(shè)備檢修信息、設(shè)備維修信息、設(shè)備臺(tái)賬信息、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（機(jī)油壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)小時(shí)數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、主風(fēng)缸壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、控制壓力、ZF 溫度）等。由于車類型不同，體現(xiàn)作業(yè)量的數(shù)據(jù)也各不相同，由此構(gòu)成了個(gè)性數(shù)據(jù)。各車型個(gè)性數(shù)據(jù)分別如下：①搗固車作業(yè)量數(shù)據(jù)包括正線搗固延長(zhǎng)里程、正線搗固延長(zhǎng)累計(jì)里程、正線搗固復(fù)搗里程、正線搗固復(fù)搗累計(jì)里程等；②清篩車作業(yè)量數(shù)據(jù)包括清篩里程、清篩累計(jì)里程、清篩深度、換道床里程、換道床累計(jì)里程、掛風(fēng)動(dòng)卸碴車數(shù)等；③配碴整形車作業(yè)量數(shù)據(jù)包括作業(yè)里程、作業(yè)累計(jì)里程；④打磨車作業(yè)量數(shù)據(jù)包括正線延長(zhǎng)里程、正線延長(zhǎng)累計(jì)里程、正線遍里程、正線遍累計(jì)里程、道岔組數(shù)、道岔遍組數(shù)等；⑤配碴整形車作業(yè)量數(shù)據(jù)包括作業(yè)里程、作業(yè)累計(jì)里程；⑥拋碴車作業(yè)量數(shù)據(jù)包括拋碴里程、拋碴累計(jì)里程、拋碴深度、換道床里程、換道床累計(jì)里程、掛風(fēng)動(dòng)卸碴車數(shù)等；⑦動(dòng)力穩(wěn)定車作業(yè)數(shù)據(jù)量包括搗固里程數(shù)、穩(wěn)定里程數(shù)、累計(jì)搗固里程數(shù)等。

以上數(shù)據(jù)均為大型養(yǎng)路機(jī)械日常運(yùn)用數(shù)據(jù)，通過(guò)以下2 種途徑進(jìn)行收集：①作業(yè)完成后，由作業(yè)人員進(jìn)行填報(bào)。填報(bào)通常采用移動(dòng)應(yīng)用APP 表單的方式進(jìn)行，其中包含數(shù)據(jù)分析所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如作業(yè)里程、燃油消耗量、作業(yè)次數(shù)、作業(yè)人數(shù)等。②設(shè)備自動(dòng)采集。大型養(yǎng)路機(jī)械設(shè)備在線路維護(hù)作業(yè)過(guò)程中，車載控制系統(tǒng)自動(dòng)記錄作業(yè)數(shù)據(jù)，如作業(yè)里程、作業(yè)小時(shí)數(shù)、作業(yè)次數(shù)等，數(shù)據(jù)可通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)上報(bào)。

1.2 日常運(yùn)用數(shù)據(jù)分類

大型養(yǎng)路機(jī)械日常運(yùn)用涉及的數(shù)據(jù)較多，可分成設(shè)備基礎(chǔ)臺(tái)賬信息類、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)類、設(shè)備檢修數(shù)據(jù)類、作業(yè)計(jì)劃數(shù)據(jù)類、作業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)類及作業(yè)反饋數(shù)據(jù)類等。針對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械的日常運(yùn)用數(shù)據(jù)分析，主要分析設(shè)備兌現(xiàn)率、油耗指數(shù)、作業(yè)量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，其相關(guān)定義如表1 所示。

1.3 日常運(yùn)用數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估

為避免在后期的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用中引入“臟” 數(shù)據(jù)，需在數(shù)據(jù)的收集過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，即建立數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)估體系。數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估體系主要參考如圖1 所示的6 個(gè)指標(biāo)。

圖1 數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)框架

結(jié)合日常運(yùn)用數(shù)據(jù)分析模型研究需要，在收集數(shù)據(jù)時(shí)，主要從規(guī)范性、完整性、準(zhǔn)確性、一致性、時(shí)效性及有效性等方面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估控制。

數(shù)據(jù)規(guī)范性檢測(cè)：用于描述數(shù)據(jù)是否符合數(shù)據(jù)定義規(guī)范，如數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、數(shù)據(jù)編碼規(guī)則等。數(shù)據(jù)規(guī)范性檢測(cè)是完整性、準(zhǔn)確性、一致性檢測(cè)的前置評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)完整性檢測(cè)：用于描述數(shù)據(jù)信息缺失的程度，是數(shù)據(jù)質(zhì)量中最基礎(chǔ)的一項(xiàng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)缺失情況可以分為數(shù)據(jù)信息記錄缺失和字段信息記錄缺失。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性檢測(cè)：用于描述一個(gè)值與它所描述的客觀事物的真實(shí)值之間的接近程度，通俗來(lái)說(shuō)就是指數(shù)據(jù)記錄的信息是否存在異常或錯(cuò)誤。例如作業(yè)人員在填報(bào)作業(yè)量時(shí)，手誤輸錯(cuò)了某一信息，造成了數(shù)據(jù)庫(kù)里存在的信息與客觀事實(shí)不一樣。數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的檢測(cè)較為困難，一般情況下很難解決。

數(shù)據(jù)一致性檢測(cè)：可結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)考慮，把待檢測(cè)的表作為主表，首先用戶確定一致性檢測(cè)的主表字段，然后選擇需要給定檢測(cè)的從表和從表字段，設(shè)置好主表和從表之間的關(guān)聯(lián)項(xiàng)，關(guān)聯(lián)項(xiàng)可以是多個(gè)字段，但是必須是擁有匹配值的相似字段。匹配關(guān)聯(lián)之后檢查主表和從表相同或者類似字段字段值是否一致。

數(shù)據(jù)時(shí)效性檢測(cè)：指信息僅在一定時(shí)間段內(nèi)對(duì)決策具有價(jià)值的屬性。數(shù)據(jù)從生成到錄入數(shù)據(jù)庫(kù)存在一定的時(shí)間間隔，若該間隔較久，就可能導(dǎo)致分析得出的結(jié)論失去了借鑒意義。例如當(dāng)天的作業(yè)數(shù)據(jù)生成后沒(méi)有及時(shí)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)或者源庫(kù)與目的庫(kù)之間同步延遲，則會(huì)導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果和真實(shí)結(jié)果存在一定誤差。

數(shù)據(jù)有效性檢測(cè)：描述數(shù)據(jù)遵循預(yù)定語(yǔ)法規(guī)則的程度，是否符合其定義，比如數(shù)據(jù)的類型、格式、取值范圍等。數(shù)據(jù)有效性檢測(cè)的步驟是用戶選擇需要進(jìn)行有效性檢測(cè)的字段，針對(duì)每個(gè)字段設(shè)定有效性規(guī)則。有效性規(guī)則包括類型有效、格式有效和取值有效等。類型有效檢測(cè)字段數(shù)據(jù)的類型是否符合其定義，例如可以通過(guò)求和判斷是否是數(shù)值型，通過(guò)時(shí)間操作判斷是否是時(shí)間類型。格式有效檢測(cè)可以通過(guò)正則表達(dá)式來(lái)判斷數(shù)據(jù)是否與其定義相符。取值有效檢測(cè)則通過(guò)計(jì)算最大最小值來(lái)判斷數(shù)據(jù)是否在有效的取值范圍內(nèi)。

2 大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用數(shù)據(jù)分析模型

2.1 設(shè)備兌現(xiàn)率分析模型

在地鐵線路日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程中，大型養(yǎng)路機(jī)械在出勤作業(yè)時(shí)會(huì)存在因設(shè)備原因（含設(shè)備故障、設(shè)備停用、設(shè)備定期保養(yǎng)等）導(dǎo)致不能根據(jù)運(yùn)營(yíng)調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行實(shí)際出勤作業(yè)的情況[2]。

根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)種類定義，某臺(tái)設(shè)備兌現(xiàn)率AΔt為該設(shè)備在統(tǒng)計(jì)開始時(shí)間T0和統(tǒng)計(jì)結(jié)束時(shí)間T1的范圍內(nèi)實(shí)際出勤數(shù)Pa與計(jì)劃出勤數(shù)P的百分比。其中，因該設(shè)備原因取消出勤數(shù)為Pf。則針對(duì)單臺(tái)設(shè)備的兌現(xiàn)率量化表達(dá)（即單臺(tái)設(shè)備兌現(xiàn)率計(jì)算模型）為：

式中：Δt=T1－T0，Pa=P－Pf。

根據(jù)單臺(tái)設(shè)備兌現(xiàn)率的量化表達(dá)，假設(shè)設(shè)備樣本總數(shù)為n，i=1 表示第一臺(tái)設(shè)備的兌現(xiàn)率P1，i=2 表示第二臺(tái)設(shè)備的兌現(xiàn)率P2……，依此類推可得到樣本范圍內(nèi)的設(shè)備實(shí)際出勤率表達(dá)為，同理，樣本范圍內(nèi)設(shè)備的計(jì)劃出勤率表達(dá)為，則樣本范圍內(nèi)的設(shè)備兌現(xiàn)率量化表達(dá)（即樣本范圍內(nèi)設(shè)備總兌現(xiàn)率計(jì)算模型）為：

2.2 設(shè)備油耗指數(shù)分析模型

油料費(fèi)用是地鐵線路日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)作業(yè)的主要支出成本之一，對(duì)設(shè)備油耗的監(jiān)測(cè)尤為重要。設(shè)備油耗數(shù)據(jù)可通過(guò)作業(yè)人員人工記錄，也可通過(guò)設(shè)備油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。設(shè)備油耗指數(shù)分析不僅能用來(lái)進(jìn)行作業(yè)成本核算，還可在某種程度上作為衡量設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)之一。

根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)種類定義，某臺(tái)設(shè)備油耗指數(shù)BΔt為該設(shè)備在統(tǒng)計(jì)開始時(shí)間T0與統(tǒng)計(jì)結(jié)束時(shí)間T1的范圍內(nèi)實(shí)際加油量Ma與作業(yè)量Q的百分比。則針對(duì)單臺(tái)設(shè)備的油耗指數(shù)量化表達(dá)（即單臺(tái)設(shè)備油耗計(jì)算模型）為：

根據(jù)單臺(tái)設(shè)備油耗指數(shù)的量化表達(dá)，假設(shè)設(shè)備樣本總數(shù)為n，i=1 表示第一臺(tái)設(shè)備的加油量為M1，i=2表示第二臺(tái)設(shè)備的加油量為M2……，依此類推可得到樣本范圍內(nèi)的設(shè)備實(shí)際加油量表達(dá)為，同理，樣本范圍內(nèi)設(shè)備的作業(yè)量表達(dá)為，則樣本范圍內(nèi)的設(shè)備油耗指數(shù)量化表達(dá)（即樣本范圍內(nèi)設(shè)備總油耗計(jì)算模型）為：

2.3 設(shè)備作業(yè)量分析模型

根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)種類定義，在地鐵線路日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)作業(yè)中，設(shè)備作業(yè)量是指在一定時(shí)間范圍內(nèi)設(shè)備的作業(yè)里程、作業(yè)次數(shù)、作業(yè)人數(shù)的統(tǒng)計(jì)。其中，作業(yè)里程、作業(yè)次數(shù)可通過(guò)車載控制系統(tǒng)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)上報(bào)，作業(yè)人數(shù)可通過(guò)表單記錄填報(bào)。

在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，假設(shè)n為時(shí)間范圍的最后一天，則時(shí)間范圍內(nèi)設(shè)備作業(yè)里程K由單日作業(yè)里程Kd累加而成，即。i=1 表示設(shè)備第一天的作業(yè)里程為Kd1，i=2 表示設(shè)備第二天的作業(yè)里程為Kd2……，依此類推直到時(shí)間范圍的最后一天。同理，時(shí)間范圍內(nèi)設(shè)備作業(yè)次數(shù)為，時(shí)間范圍內(nèi)作業(yè)人數(shù)為。

統(tǒng)計(jì)樣本范圍內(nèi)設(shè)備的作業(yè)量可分別表示為：樣本范圍內(nèi)設(shè)備總作業(yè)里程，其中，m表示第M臺(tái)設(shè)備，i=1 時(shí)，K1表示第一臺(tái)設(shè)備時(shí)間段范圍內(nèi)的作業(yè)里程；樣本范圍內(nèi)設(shè)備總作業(yè)次數(shù)，其中，m表示第M臺(tái)設(shè)備，i=1 時(shí)，T1表示第一臺(tái)設(shè)備時(shí)間段范圍內(nèi)的作業(yè)次數(shù)；樣本范圍內(nèi)設(shè)備總作業(yè)人數(shù)，其中，m表示第M臺(tái)設(shè)備，i=1 時(shí)，P1表示第一臺(tái)設(shè)備時(shí)間段范圍內(nèi)的作業(yè)人數(shù)。

2.4 設(shè)備日常運(yùn)用指標(biāo)考核

設(shè)備在企業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中起著越來(lái)越重要的作用，可基于設(shè)備兌現(xiàn)率分析模型、設(shè)備油耗指數(shù)分析模型、設(shè)備作業(yè)量分析模型分別對(duì)設(shè)備兌現(xiàn)率、設(shè)備油耗指數(shù)、設(shè)備作業(yè)量進(jìn)行分析，深入分析影響設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)綜合績(jī)效的因素，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本至關(guān)重要[3]。然而，建立設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)綜合績(jī)效的評(píng)估指標(biāo)體系，是科學(xué)、全面、客觀評(píng)估設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)綜合績(jī)效的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)設(shè)備日常運(yùn)用的考核指標(biāo)細(xì)則如表2 所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

提出軌道交通大型養(yǎng)路機(jī)械日常運(yùn)用數(shù)據(jù)中的設(shè)備兌現(xiàn)率、設(shè)備油耗指數(shù)及設(shè)備作業(yè)量等分析模型，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以客觀準(zhǔn)確地反映大型養(yǎng)路機(jī)械的日常運(yùn)用情況，為大型養(yǎng)路機(jī)械日常運(yùn)用考核提供量化依據(jù)[4]，為大型養(yǎng)路機(jī)械設(shè)備運(yùn)用的經(jīng)濟(jì)性、健康性評(píng)價(jià)提供參考，還可為管理者科學(xué)合理調(diào)度大型養(yǎng)路機(jī)械、優(yōu)化配置設(shè)備資源提供數(shù)據(jù)支持。

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、4G/5G 技術(shù)的不斷發(fā)展，大型養(yǎng)路機(jī)械設(shè)備信息化、物聯(lián)化及智慧化管理將是大勢(shì)所趨，設(shè)備日常運(yùn)用數(shù)據(jù)分析可作為大型養(yǎng)路機(jī)械設(shè)備管理系統(tǒng)的功能模塊之一，通過(guò)數(shù)據(jù)接口與其他功能進(jìn)行融合使用，可實(shí)現(xiàn)大型養(yǎng)路機(jī)械設(shè)備從生產(chǎn)、運(yùn)用、維修、保養(yǎng)及報(bào)廢等環(huán)節(jié)的全生命周期管理[5]。