基于一體化管理的動(dòng)車組運(yùn)用檢修作業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)研究

鄭 敏 ，于東洋，寧松成，吳詩(shī)春

(1 南昌鐵路局 福州動(dòng)車段，福建福州350018;2 北京京天威科技發(fā)展有限公司，北京100085)

近年來(lái)，鐵路旅客運(yùn)輸中動(dòng)車組的應(yīng)用可謂異軍突起，規(guī)模不斷擴(kuò)大，車型逐漸增多，這對(duì)于動(dòng)車組運(yùn)用檢修的生產(chǎn)組織、現(xiàn)場(chǎng)管理、質(zhì)量控制等工作提出了更高的要求，為切實(shí)提高維修保養(yǎng)質(zhì)量保障動(dòng)車組安全運(yùn)行，需進(jìn)一步深化檢修現(xiàn)場(chǎng)信息化管理程度。因此，有必要利用先進(jìn)的信息采集技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢修過(guò)程的質(zhì)量進(jìn)行有效管理，進(jìn)行采集、整合、分析、監(jiān)控動(dòng)車組一、二級(jí)修任務(wù)執(zhí)行及運(yùn)用故障處理等過(guò)程的關(guān)鍵信息，達(dá)到促進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)的規(guī)范化、科學(xué)化、制度化目標(biāo)，努力實(shí)現(xiàn)“數(shù)字鐵路”安全管理目標(biāo)，保障安全質(zhì)量、提高管理效率。

1 檢修現(xiàn)場(chǎng)管理的現(xiàn)狀

運(yùn)用所檢修現(xiàn)場(chǎng)主要業(yè)務(wù)包括定檢作業(yè)(一、二級(jí)修)和運(yùn)用故障兩大部分，定檢作業(yè)主要是進(jìn)行固定項(xiàng)目的檢修，作業(yè)線路相對(duì)固定;而運(yùn)用故障的發(fā)生具有隨機(jī)性，修復(fù)狀況需要?jiǎng)討B(tài)跟蹤。目前，動(dòng)車系統(tǒng)現(xiàn)已全面推廣使用的動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)，較為完整的實(shí)現(xiàn)了動(dòng)車組配屬、履歷、計(jì)劃、故障等5大業(yè)務(wù)模塊功能，不過(guò)在運(yùn)用檢修過(guò)程管理方面，尚未貼近現(xiàn)場(chǎng)管理需要。檢修過(guò)程數(shù)據(jù)的獲取與采集，主要依靠檢修庫(kù)端頭等固定地點(diǎn)的觸摸一體機(jī)，工作者在每個(gè)工作節(jié)點(diǎn)到工位機(jī)處打卡確認(rèn)任務(wù)，用以記錄作業(yè)完成情況。而動(dòng)車檢修場(chǎng)地較大，動(dòng)車檢車線長(zhǎng)通常超過(guò)500 m，工作者來(lái)回奔波于固定處所的工位機(jī)打卡操作，占用了大量工作時(shí)間，具體問(wèn)題如下:

目前，動(dòng)車組運(yùn)用檢修現(xiàn)場(chǎng)管理主要存在以下問(wèn)題:

(1)作業(yè)過(guò)程監(jiān)控手段有待提升?，F(xiàn)場(chǎng)管理主要依賴人控，管理者無(wú)法對(duì)工作者檢修作業(yè)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監(jiān)控，無(wú)法進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)度安排，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化管理。

(2)作業(yè)秩序、作業(yè)質(zhì)量控制難。動(dòng)車組僅一級(jí)修的檢修任務(wù)就多達(dá)百項(xiàng)，作業(yè)者在檢修過(guò)程中容易發(fā)生檢修項(xiàng)目漏檢、漏修或重復(fù)作業(yè)的問(wèn)題。此外，對(duì)于三電、保潔等外單位人員作業(yè)過(guò)程與動(dòng)車組檢修銜接松散，作業(yè)情況不能有效掌控，“一體化”作業(yè)管理難以落實(shí)。

(3)流程卡控缺乏保障。遺留故障不能自動(dòng)跟蹤提醒，故障處理過(guò)程未做到流程化卡控處理，故障信息都是事后登記甚至信息虛報(bào)，對(duì)故障的閉環(huán)管理無(wú)法落到實(shí)處。

(4)工序銜接過(guò)程有待優(yōu)化。故障和物料無(wú)法掛鉤，無(wú)法做到快速反饋更換配件信息至材料庫(kù)并實(shí)現(xiàn)到料提醒，材料室與工作者間信息交流的脫節(jié)，使得材料室無(wú)法及時(shí)了解配件更換的需求情況，無(wú)法做到提前預(yù)備、及時(shí)發(fā)送。

2 過(guò)程控制設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)特點(diǎn)，動(dòng)車運(yùn)用所檢修現(xiàn)場(chǎng)管理的關(guān)鍵是動(dòng)車組檢查、維修過(guò)程控制，其主要內(nèi)容就是一、二級(jí)修標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程及關(guān)鍵任務(wù)的卡控，目的是輔助工作者檢修作業(yè)，避免漏檢漏修、簡(jiǎn)化作業(yè)，加強(qiáng)故障物料掛鉤，提高故障處理效率，確保檢修質(zhì)量，促使運(yùn)用檢修作業(yè)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化、高效化。例如生產(chǎn)日計(jì)劃編制下達(dá)后，班組作業(yè)者可遠(yuǎn)程及時(shí)獲取相關(guān)任務(wù);檢修過(guò)程中，系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)者的車組、號(hào)位信息，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前位置(部位)作業(yè)項(xiàng)目和故障任務(wù)的自動(dòng)提醒，并便于作業(yè)者及時(shí)確認(rèn)任務(wù)完成情況;同時(shí)，工長(zhǎng)與作業(yè)者可便捷獲取已派活的故障信息，在現(xiàn)場(chǎng)完成故障登記、故障處理回填、故障復(fù)查、提報(bào)物料申請(qǐng)并查看物料庫(kù)存信息。

對(duì)此，如何實(shí)時(shí)確定工作者位置，將檢修任務(wù)(故障)與工作者及所在位置動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，是影響本系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。由于檢修范圍涵蓋動(dòng)車頂部、車廂內(nèi)部、車廂兩側(cè)以及車底，檢修位置(部位)較廣，檢修項(xiàng)目較多，這就需要精確定位工作者處所，以獲取準(zhǔn)確而適量的任務(wù)信息。在定位技術(shù)中，應(yīng)用普遍的A－GPS定位、Wifi基站定位、Zigbee定位等方式，既有的終端產(chǎn)品都無(wú)法滿足復(fù)雜站場(chǎng)高精度定位的應(yīng)用要求。

于是，在對(duì)幾種中短距射頻識(shí)別定位技術(shù)反復(fù)測(cè)試后，綜合考慮終端設(shè)備成本、體積以及適用性等因素，最終選擇超高頻射頻標(biāo)簽技術(shù)(UHF－RFID)來(lái)實(shí)現(xiàn)位置識(shí)別。設(shè)計(jì)方案是在車體各部位安裝超高頻電子標(biāo)簽，使用集成了RFID識(shí)別模塊的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集終端(手持機(jī))讀取標(biāo)簽信號(hào)，以定位工作者當(dāng)前位置，從而獲取相應(yīng)的檢修任務(wù)和故障信息。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

檢修現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量卡控系統(tǒng)從工位級(jí)應(yīng)用出發(fā)，共享動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)的車組基本履歷信息，是一套相對(duì)獨(dú)立的智能化管理系統(tǒng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

從圖1可以看出，系統(tǒng)集成包括后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)中心、監(jiān)控分析中心及前端數(shù)據(jù)采集終端3大部分:

(1)數(shù)據(jù)采集終端

數(shù)據(jù)采集終端為智能操作系統(tǒng)手持機(jī)，集成了傳感定位、數(shù)據(jù)通信、圖像語(yǔ)音等模塊，其傳感識(shí)別的有效距離為1～160 cm，以斜挎或手持方式攜帶。手持機(jī)應(yīng)用對(duì)象主要為工作者、工班長(zhǎng)、質(zhì)檢員，一方面通過(guò)射頻識(shí)別模塊捕獲存儲(chǔ)了車組車號(hào)部位數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽信息，以對(duì)作業(yè)者前進(jìn)方向和位置進(jìn)行確定，另一方面通過(guò)無(wú)線通信模塊與數(shù)據(jù)服務(wù)中心進(jìn)行信息同步，采集任務(wù)文本及圖像信息。為簡(jiǎn)化用戶操作維護(hù)操作，數(shù)據(jù)采集終端實(shí)現(xiàn)了智能的自動(dòng)掃描標(biāo)簽、自動(dòng)同步數(shù)據(jù)、自動(dòng)下載升級(jí)與自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)鐘。

(2)數(shù)據(jù)服務(wù)中心

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器群(包括本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、動(dòng)車組信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、材料管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù))數(shù)據(jù)與應(yīng)用服務(wù)器群(包括Web應(yīng)用、Web service終端數(shù)傳應(yīng)用、Web service外部接口應(yīng)用)組成了系統(tǒng)完整的數(shù)據(jù)服務(wù)中心，可以部署在動(dòng)車段、動(dòng)車所兩級(jí)。其中，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)Web service外部接口應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，而數(shù)據(jù)采集終端訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)則依賴Web service終端數(shù)傳應(yīng)用?？紤]到站場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，移動(dòng)終端位于車底地溝的部分位置可能失去網(wǎng)絡(luò)連接，系統(tǒng)設(shè)計(jì)既滿足實(shí)時(shí)在線同步操作，也滿足脫機(jī)離線本地操作，在網(wǎng)絡(luò)可用時(shí)再自動(dòng)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器同步數(shù)據(jù)。

(3)監(jiān)控分析中心

監(jiān)控分析中心分為動(dòng)車段與動(dòng)車所兩級(jí)，通常部署在調(diào)度值班室，實(shí)現(xiàn)庫(kù)位動(dòng)態(tài)、檢修動(dòng)態(tài)、人員動(dòng)態(tài)及車組故障等信息的圖形化展示和歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析功能。

2.3 系統(tǒng)主要功能(見(jiàn)圖2)

圖2 系統(tǒng)主要功能模塊

本系統(tǒng)接入的外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要有車組基本信息及任務(wù)故障信息、材料庫(kù)存信息等，其功能模塊主要由標(biāo)簽管理、任務(wù)管理、故障管理、作業(yè)動(dòng)態(tài)管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理5部分組成。

(1)標(biāo)簽管理

電子標(biāo)簽注冊(cè)初始化，車組已注冊(cè)標(biāo)簽信息查詢等。

(2)任務(wù)管理

工作者到達(dá)檢修處所時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)提醒顯示檢修任務(wù)，以便作業(yè)者現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)銷號(hào)?？筛鶕?jù)需要進(jìn)行前后標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)卡控設(shè)置，保障執(zhí)行任務(wù)按標(biāo)準(zhǔn)流程開(kāi)展。

(3)故障管理

作業(yè)者在檢修作業(yè)過(guò)程中，系統(tǒng)自動(dòng)判斷作業(yè)者所在區(qū)域是否存在遺留故障，對(duì)于待料故障自動(dòng)提醒到料情況，作業(yè)者還可通過(guò)手持機(jī)登記故障信息、回填處理結(jié)果、確認(rèn)故障修復(fù)情況。如果檢修過(guò)程中需要換料，可將配件信息通過(guò)手持機(jī)進(jìn)行領(lǐng)料申請(qǐng)，系統(tǒng)自動(dòng)返回材料的庫(kù)存信息。

(4)檢修動(dòng)態(tài)監(jiān)控

庫(kù)內(nèi)檢修實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，顯示車次出入庫(kù)動(dòng)態(tài)、檢修作業(yè)號(hào)位人員所在位置、號(hào)位任務(wù)完成進(jìn)度、一體化檢修維護(hù)作業(yè)動(dòng)態(tài)以及遺留故障處理信息。

(5)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)

作業(yè)指導(dǎo)書(shū)信息維護(hù)、作業(yè)項(xiàng)目維護(hù)、作業(yè)項(xiàng)目位置關(guān)系維護(hù)，及用戶權(quán)限設(shè)置、用戶角色設(shè)置以及模塊權(quán)限設(shè)置等。

3 系統(tǒng)實(shí)施與應(yīng)用

3.1 號(hào)位模型

在實(shí)際應(yīng)用中，號(hào)位模型的設(shè)計(jì)，即如何對(duì)各號(hào)位作業(yè)任務(wù)按區(qū)域劃分并選擇合適位置安裝電子標(biāo)簽，是影響系統(tǒng)能否適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的關(guān)鍵。如果區(qū)域分得過(guò)大，每個(gè)標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的任務(wù)項(xiàng)就會(huì)很多，不方便在手持機(jī)上查看操作，區(qū)段任務(wù)提示的價(jià)值就無(wú)從體現(xiàn);相反，如果區(qū)域分得過(guò)細(xì)，標(biāo)簽漏讀可能性會(huì)增加，同時(shí)系統(tǒng)維護(hù)成本會(huì)大大增加。對(duì)于CRH1A型動(dòng)車組一級(jí)修作業(yè)區(qū)域劃分，4個(gè)號(hào)位設(shè)置8枚起止標(biāo)簽、61枚定位標(biāo)簽，每枚標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的區(qū)域任務(wù)相對(duì)均衡，都在數(shù)十項(xiàng)左右。根據(jù)作業(yè)者行進(jìn)方向的不同，號(hào)位模型中任務(wù)與標(biāo)簽對(duì)應(yīng)關(guān)系存在兩種情況，系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)模型方法，手持機(jī)讀取定位標(biāo)簽后能自動(dòng)匹配顯示前方區(qū)域的任務(wù)(見(jiàn)圖3)。

圖3 車體標(biāo)簽安裝示例

3.2 輔助作業(yè)模式

系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，檢修作業(yè)者一次檢修作業(yè)過(guò)程可簡(jiǎn)述為動(dòng)車組入庫(kù)后，作業(yè)者按照作業(yè)任務(wù)計(jì)劃，攜帶手持機(jī)到達(dá)指定作業(yè)線路開(kāi)始作業(yè);作業(yè)者在檢查過(guò)程中，手持機(jī)自動(dòng)識(shí)別定位標(biāo)簽，系統(tǒng)自動(dòng)提示區(qū)域內(nèi)作業(yè)項(xiàng)目與故障信息，作業(yè)者及時(shí)確認(rèn)已完成檢修項(xiàng)目，查看故障信息，并回填故障處理結(jié)果;在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)故障，現(xiàn)場(chǎng)錄入故障信息，在發(fā)現(xiàn)需要換料維修時(shí)提交換料申請(qǐng)，現(xiàn)場(chǎng)查詢材料庫(kù)存信息;監(jiān)控終端實(shí)時(shí)顯示庫(kù)內(nèi)作業(yè)動(dòng)態(tài)及遺留故障處理情況。此外，對(duì)于二級(jí)修(專項(xiàng)修)以按項(xiàng)目卡控作業(yè)開(kāi)工、完工的方式進(jìn)行確認(rèn)，并根據(jù)項(xiàng)目包含的檢修項(xiàng)點(diǎn)及狀況進(jìn)行記錄，并將內(nèi)外保潔、三電、加裝改造等外單位作業(yè)情況納入到系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤管理，真正實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組檢修“一體化”過(guò)程控制。檢修過(guò)程流程圖如圖4所示:

在南昌鐵路局科委的支持下，本系統(tǒng)在福州動(dòng)車段進(jìn)行了試點(diǎn)，輔助作業(yè)過(guò)程控制模式得以成功應(yīng)用。通過(guò)流程化、一體化作業(yè)卡控，任務(wù)項(xiàng)自動(dòng)提醒，有效避免了檢修項(xiàng)目的遺漏和重復(fù)作業(yè)情況;通過(guò)對(duì)故障閉環(huán)跟蹤處理，保障了待料故障的到料及時(shí)提醒與待跟蹤故障的動(dòng)態(tài)跟蹤提醒，確保第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)與修復(fù)遺留問(wèn)題，同時(shí)，將故障處理與復(fù)查過(guò)程牢牢綁定到現(xiàn)場(chǎng)故障部位操作，有效促進(jìn)了動(dòng)車組檢修質(zhì)量的提高。

圖4 檢修作業(yè)過(guò)程應(yīng)用流程

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究的動(dòng)車組運(yùn)用檢修作業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)，通過(guò)在動(dòng)車組車體關(guān)鍵部位安裝非接觸式電子標(biāo)簽，采用手持終端無(wú)線感應(yīng)技術(shù)，作業(yè)者接近標(biāo)簽時(shí)自動(dòng)獲知相應(yīng)區(qū)域內(nèi)作業(yè)任務(wù)并執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了檢修作業(yè)過(guò)程的“一體化”管理，確保作業(yè)流程規(guī)范、進(jìn)度可視、質(zhì)量可控;同時(shí)，可現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)提報(bào)物料更換申領(lǐng)單，獲知當(dāng)前可用庫(kù)存或計(jì)劃到料日期，通過(guò)信息整合有效提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效率。系統(tǒng)自2012年8月在福州南動(dòng)車所試用以來(lái)，各項(xiàng)功能穩(wěn)定可靠，使用操作簡(jiǎn)便，符合現(xiàn)場(chǎng)工作實(shí)際需要，已經(jīng)成為動(dòng)車所管理與作業(yè)的重要幫手，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路動(dòng)車組運(yùn)用維修規(guī)程(暫行)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2007.