城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)探究

【摘要】：隨著我國城市軌道交通客流的迅速發(fā)展，客流連續(xù)增長與車輛供應短缺間的矛盾越發(fā)明顯，車輛的供應水平取決于車輛的運行和維護水平的不斷提高。城市軌道交通車輛狀態(tài)的預防性維護和提高車輛的服務效率提供可靠的技術支持。本文簡要介紹了智能運維系統(tǒng)的發(fā)展，闡述了城市軌道交通車輛維修的現(xiàn)狀和不足，也提出了城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)的結構，同時對該系統(tǒng)的應用前景進行了展望。

【關鍵詞】：城市軌道交通車輛;智能運維系統(tǒng);故障預測與健康管理

1引言

隨著我國城市軌道交通等基礎設施建設投入的增加，各大城市的軌道交通得到了迅速發(fā)展。城市軌道交通客流量也在快速增長。隨著客流需求的增加，在線車輛的數(shù)量需要逐步增加。同時，為了保證城市軌道交通車輛的安全可靠運行，有必要定期對車輛進行大修，這也會導致在維修中的車輛不能正常使用，因此車輛供需關系產生矛盾。因此，城市軌道交通車輛運行與維修行業(yè)需要一個信息平臺來實現(xiàn)城市軌道交通車輛的智能化運行與維護，縮短車輛的維護時間，提高車輛的上線率。

2智能運維簡述

智能運維系統(tǒng)作為提供信息化技術平臺，指采用先進的傳感器技術、大數(shù)據(jù)、人工智能等高級技術手段，實時、模糊邏輯等推理算法獲取被管理系統(tǒng)運行狀態(tài)信息。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)和環(huán)境因素，進行受管理系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和故障預測。根據(jù)維護基地現(xiàn)有的資源，給出相應的維修決策。實現(xiàn)關鍵部件的狀態(tài)維護。

3城市軌道交通車輛維修的現(xiàn)狀和現(xiàn)有問題

城市軌道交通車輛是一個復雜的設備系統(tǒng)，涉及機械、材料等學科。因此，深入分析城市軌道交通車輛維修的現(xiàn)狀和存在的問題，為城市軌道交通車輛智能運行維護系統(tǒng)的設計和技術框架設計提供支持。

3.1現(xiàn)狀

城市軌道交通車輛作為城市軌道交通企業(yè)的重要運行維護對象，是近年來研究的一個熱點。以中國一家地鐵公司為例，大多數(shù)投入運營的車輛都是由中型車輛制造的，所有車輛都配備了傳感器，并在車輛運行時采集了一些關鍵部件的狀態(tài)信息，并在車輛上安裝了EVR系統(tǒng)。當車輛返回倉庫檢查時，工程師可以下載故障數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)。

3.2存在的問題

與電力系統(tǒng)和航空系統(tǒng)的智能運維系統(tǒng)的成熟應用相比，城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)的應用仍存在諸多不足，需要從以下幾個方面進一步提高。

實時監(jiān)控的類型不全面。城市軌道交通車輛上的大部分傳感器安裝在制動系統(tǒng)、門系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等系統(tǒng)中，無法實時監(jiān)測關鍵部件。目前，對車輛安全和乘客舒適性影響最大的走行部，沒有更好的監(jiān)控方法。車輛返回倉庫后，維護人員應記錄，該方法在車輛運行過程中不能實時獲得車軸溫度數(shù)據(jù)，在車軸溫度異常時不能及時找到，存在安全隱患。

過修欠修。目前我國大多數(shù)城市軌道交通企業(yè)通常將車輛維護分為日常維護、周檢、雙周檢、月檢、半年檢、非旋轉維修、檢修等維護系統(tǒng)，極易產生過度檢修的現(xiàn)象，造成成本浪費。由于大多數(shù)城市軌道交通企業(yè)對車輛的所有部件都沒有維護數(shù)據(jù)庫，部分部件可能要維護或更換閾值，但因為有些維護人員未按規(guī)定進行維護可能會導致更大的安全隱患。大部分學術人員認為，基于狀態(tài)的預防性維修是解決過修欠修問題的方法之一。

錯誤警報。在20世紀初，為了解決傳感器安裝空間有限和關鍵零部件技術有限的問題，我國的一些城市軌道交通企業(yè)采用了路旁紅外探測方法來檢測通行車輛的運行參數(shù)，達到預警故障預警的目的。然而，由于城市軌道交通車輛的惡劣運行環(huán)境，軌道振動大，對紅外設備的影響很大，測量設備本身的可靠性低，導致高的誤報警率。近年來，城市軌道交通車輛一直在試圖在某些地區(qū)直接安裝傳感器。然而，由于城市軌道交通車輛運行時間長、啟停頻繁，門傳感器會發(fā)出虛假報警。

建立故障預測模型失敗。目前，故障診斷主要在車輛故障后，調度員將車輛轉移回相應的維修倉庫。有經驗的工程師對系統(tǒng)中的故障數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)自己的經驗判斷故障類型和故障程度，并做出維修決策。這種診斷方法受到個體主觀因素的極大影響。故障預測率為零，因為沒有故障預測模型，不能實現(xiàn)趨勢告警和突發(fā)告警。

我國城市軌道交通車輛的維修信息不足。故障診斷和維護主要依靠經驗豐富的工程師和一線員工。它們處于后維護階段，無法實現(xiàn)故障預測和健康管理。4城市軌道交通車輛智能運行維護系統(tǒng)的體系結構

在充分分析城市軌道交通車輛維修現(xiàn)狀和不足的基礎上，本文研究的城市軌道交通車輛智能運行維護系統(tǒng)至少應包括以下功能：實現(xiàn)在線智能監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸與處理、智能診斷、智能故障診斷、車輛及關鍵部件的剩余壽命預測、維修前備件的準備及維修計劃的修改等。

城市軌道交通車輛的關鍵部件（如溫度傳感器、振動傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器等）可以加入多種微型復合傳感器，在傳感器采集數(shù)據(jù)后獲得實時數(shù)據(jù)并傳送給車輛。車輛數(shù)據(jù)中心采用大數(shù)據(jù)技術和數(shù)據(jù)融合算法對數(shù)據(jù)進行預處理，簡化了后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，并將預處理后的關鍵數(shù)據(jù)通過車載傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)處理中心地面通信系統(tǒng)。地面數(shù)據(jù)處理中心采用數(shù)據(jù)融合算法提取數(shù)據(jù)特征，對特征提取后的數(shù)據(jù)進行進一步分析，實現(xiàn)各關鍵部件的狀態(tài)監(jiān)測，并將這些數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。同時，數(shù)據(jù)用戶通過特征提取判斷是否存在故障，并結合歷史數(shù)據(jù)和產品參數(shù)模型來預測故障的位置和類型。然后，及時修改維修計劃，分配備件及相關人員，為故障車輛的維修提供支持。如果系統(tǒng)控制中心確定沒有故障，系統(tǒng)將進入下一個周期。

由此可見，智能操作維護系統(tǒng)是一個信息高度、學科廣泛的綜合信息平臺。該智能運行維護系統(tǒng)將直接改變現(xiàn)有城市軌道交通運營公司的車輛管理模式，使車輛運營管理更加高效、簡潔，促進一體化，減少各部門的信息接口，促進各部門融合， 減少各部門信息接口， 降低管理成本。這是網(wǎng)絡運營城市軌道交通企業(yè)車輛管理模式的發(fā)展趨勢之一。

5城市軌道交通車輛智能運行維護系統(tǒng)的應用前景

5.1確定要監(jiān)控的關鍵組件。

城市軌道交通車輛智能運行維護系統(tǒng)的實際應用需要解決五個技術問題。城市軌道交通車輛關鍵部件的確定是一個復雜的機電系統(tǒng)，如何確定其關鍵部件是一個亟待解決的問題。城市軌道交通本質上是一種面向社會公共福利的非營利性交通方式，是公共交通的重要組成部分。城市軌道交通運營公司的主要目的是在保證車輛運營安全、運營成本最低的前提下，最大限度地提高交通效率。因此，根據(jù)車輛安全、運行秩序、乘客舒適性和重要性等原則，可以確定監(jiān)測的關鍵部件。

5.2關鍵部件健康管理特征量的確定

根據(jù)歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)和關鍵組件的經驗，確定關鍵組件的健康管理的特征量。一般而言，如果狀態(tài)監(jiān)控量與組件的物理故障機制直接相關，則狀態(tài)監(jiān)控量是關鍵組件的健康管理特征量;如果關鍵組件過于復雜，無法測量或難以測量與組件的故障機制直接相關的物理量，則可以通過合成多個狀態(tài)監(jiān)控量來確定組件的虛擬健康管理特征量。

5.3地面數(shù)據(jù)處理中心的建立

在完成上述步驟的前提下，建議建立一個地面數(shù)據(jù)處理中心。城市軌道交通車輛智能運行與維護系統(tǒng)的核心是城市軌道交通車輛。利用大數(shù)據(jù)對傳輸?shù)街行牡臄?shù)據(jù)進行處理，進行數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)挖掘和深入學習，為實現(xiàn)關鍵部件的健康管理奠定了基礎。

6結語

城市軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)是實現(xiàn)城市軌道交通車輛狀態(tài)預防性維護的重要手段之一。該系統(tǒng)可以顯著降低維護和保證成本，大大提高維護和保證效率，提高設備的可靠性。本智能系統(tǒng)降低了維護支撐成本，減少了對備件、輔助設備、維護人員等支持資源的需求，縮短了設備整個壽命周期的維護時間，通過減少過維護次數(shù)，特別是計劃外維護時間，提高了車輛的在線維護率。通過實時監(jiān)測和故障診斷，降低了車輛的在線速度，保證了運行的安全。

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作者簡介：丁金玲（1978.9-），女，漢族，山東陵縣人，碩士研究生，中級講師，主要從事高校教育工作。