智能運維技術(shù)在城軌車輛管理中的運用

趙鐸

摘要：進入21世紀以來，我國城軌車輛的運用頻率越來越高，但受基礎(chǔ)作業(yè)設(shè)備、人員技能水平等因素的影響，城軌車輛管理較為落后，存在著管理模式不統(tǒng)一、維護手段單一、智能化不足等問題。本文針對城軌車輛管理中存在的問題，對智能運維技術(shù)在城軌車輛管理中的運用進行了研究，希望能夠?qū)崿F(xiàn)列車全壽命周期管理，確保城軌車輛的正常運行。

關(guān)鍵詞：智能運維技術(shù);城軌車輛管理;智能化

中圖分類號：TP311 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）35-0129-02

自20世紀90年代以來，我國城軌交通行業(yè)的發(fā)展逐步加速。截至目前，城軌交通從一條線路延伸到了片區(qū)運營、網(wǎng)運營，已經(jīng)成為我國各個城市最主要的軌道交通出行方式。隨著城市軌道交通需求的不斷增加，城軌車輛管理也越來越重要。當前，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等智能化技術(shù)日趨成熟，為了更好地滿足城軌交通運營線網(wǎng)的需求，城軌交通開始向智能化運維技術(shù)發(fā)展。智能化運維技術(shù)的應用不但可以提升設(shè)備運維管理水平、還能推動城軌產(chǎn)業(yè)健康高質(zhì)量發(fā)展，能夠滿足現(xiàn)代社會發(fā)展的需求。

1 城軌車輛管理現(xiàn)狀

城市軌道交通是現(xiàn)代城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是大中城市公共交通的主動脈。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2020年，我國城市軌道交通運營里程達到了6905 km，已有42個城市開通了軌道交通并投入運營。其中地鐵運營里程占比達到了82.1%，共5668.3 km，城市軌道交通逐步呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化、多元化和集約化的發(fā)展態(tài)勢。如：2020年，成都地鐵開通運營里程達到了514 km，預計2022年，地鐵運營里程將達到600 km。并且隨著國內(nèi)外城市軌道車輛行業(yè)快速發(fā)展，列車運營效率日益提升，軌道車輛管理維護工作將大幅增加。尤其是隨著全球化不斷地深入發(fā)展，我國軌道交通運行環(huán)境越來越復雜，相關(guān)領(lǐng)域和專業(yè)的融合將進一步增強，再加上海外地鐵項目紛紛涌入，軌道交通裝備面臨的挑戰(zhàn)越來越大，亟須建立廣域、遠程、高頻次和大范圍中國運維管理服務(wù)新模式，才能滿足車輛運行的“安全、高效、低成本”的需求，如：車輛、信號、運營、檢修等。同時，在此情況下，用戶對產(chǎn)品各個方面提出了更高的需求，軌道交通行業(yè)的經(jīng)營管理模式已經(jīng)由原先的賣產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)橘u服務(wù)，如：產(chǎn)品全壽命的使用成本、檢修決策等。

目前，雖然工業(yè)4.0、“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息時代的技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)很久，但在城軌車輛管理中，智能化運維技術(shù)并沒有得到大面積的應用。如：故障處理的參與人員的精準判斷程度決定了整個故障處理的快慢，當正線車輛出現(xiàn)問題時，司機首先會使用無線電臺呼叫行車調(diào)度員，才能由調(diào)度地鐵專業(yè)工程師指導處理、維修運營故障，極容易出現(xiàn)短板效應;在日常檢修維護方面，運營管理還亟須提升空間，才能降低成本，提升效率;而在故障檢修方面，計劃性自動化程度不高、關(guān)聯(lián)性不強，容易出現(xiàn)過修或者欠修的問題，效率低下;故障修需要人與人之間的信息傳遞，效率低，容易導致技術(shù)短板問題。近些年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能感知、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及人工智能的影響越來越大，人們的生活和產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式得到了很大的轉(zhuǎn)變。在此情況下，智能化列車的發(fā)展與實現(xiàn)迎來了很大的機遇，利用智能技術(shù)，可以不斷提升城軌車輛管理水平，極大地推動了城軌車輛管理健康高質(zhì)量發(fā)展。

2 智能運維技術(shù)在城軌車輛管理中的運用

2.1 智能運維總體方案設(shè)計

在整個城軌產(chǎn)業(yè)鏈中，智能運維技術(shù)涉及所有相關(guān)單位的信息化，如：設(shè)計制造、后期運維等。采用智能運維技術(shù)，通過對整個系統(tǒng)全壽命周期管理，不但可以降低整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本，還能提升生產(chǎn)和運維效率。在地鐵公司的管理中，智能運維技術(shù)的運用涉及車輛中心、乘務(wù)部、部件供應商、運行控制中心（OCC）、維修和檢修車間、車輛設(shè)計制造廠商、車輛段調(diào)度指揮中心（DCC）等（圖1）。

該智能運維方案的設(shè)計與實現(xiàn)能夠全面提高車輛的設(shè)計、制造、維護及檢修質(zhì)量，是借助新興技術(shù)與軌道交通的深度融合，來構(gòu)建下一代軌道交通服務(wù)模式和技術(shù)體系的主要途徑，如：物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等，能夠?qū)崿F(xiàn)城軌列車智能運維全壽命周期管理，促使列車維護逐步從定期修走向預見修。

2.2 功能設(shè)計

為了降低智能運營監(jiān)測技術(shù)運用、維護和檢修成本，智能運維總體設(shè)計方案在現(xiàn)有車輛平臺和技術(shù)的基礎(chǔ)上，圍繞著城軌車輛管理行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢、用戶運維需求等，結(jié)合地面的一體化信息平臺和技術(shù)服務(wù)一體化平臺，運用自感知、自診斷、自決策、自學習等技術(shù)手段，融合智能感知、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，極大地提升了運營效率和運維保障能力，增強了列車運行的安全性和可靠性，提升了旅客服務(wù)品質(zhì)。

首先，狀態(tài)感知是為了獲取車輛各系統(tǒng)和部件的狀態(tài)信息，通過各種方式，實時監(jiān)控約2700余項點，設(shè)置涵蓋所有關(guān)鍵系統(tǒng)各類傳感器和狀態(tài)反饋器件，并在數(shù)據(jù)傳輸方面，采用了MVB、以太網(wǎng)進行監(jiān)視。其次，數(shù)據(jù)傳輸能夠為數(shù)據(jù)分析挖掘提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，是為了實現(xiàn)海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集、傳輸，通過建立車-地、地-地、網(wǎng)絡(luò)等一體化數(shù)據(jù)傳輸平臺。其中地-地傳輸是通過地面網(wǎng)絡(luò)，將BMS、MRO、ERP等企業(yè)信息系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)計、制造、檢修等數(shù)據(jù)發(fā)送到地面大數(shù)據(jù)中心;車-地傳輸是通過4G/5G或Wi-Fi或LTE，將采集來的各種狀態(tài)感知數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娲髷?shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)采集工作由車載徹底無線裝置完成的;網(wǎng)絡(luò)傳輸是將用戶反饋的內(nèi)容互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等，通過地面網(wǎng)絡(luò)傳送到地面大數(shù)據(jù)中心。

其次，數(shù)據(jù)處理及應用：為了治理、融合數(shù)據(jù)，通過建立智能運維大數(shù)據(jù)平臺，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集，并且為了方便數(shù)據(jù)分析挖掘，從不同維度上分層存儲數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)平臺具有監(jiān)測狀態(tài)、分析數(shù)據(jù)以及故障管理等功能，在數(shù)據(jù)產(chǎn)生、聚焦、分析等階段中，大數(shù)據(jù)平臺技術(shù)貫穿其中，其架構(gòu)主要由IaaS層、Paas層、SaaS層組成。并且其還能夠?qū)?shù)據(jù)處理流程進行規(guī)范，包括安全與運維體系，可以提供安全可靠的訪問機制，架構(gòu)各層之間能夠相互協(xié)作、資源管理、維護和后臺管理等。如：狀態(tài)監(jiān)測實時監(jiān)測諸如牽引、制動等各子系統(tǒng)的狀態(tài)、參數(shù)以及車輛位置狀態(tài)等;數(shù)據(jù)分析是用戶根據(jù)繪制的曲線，通過選擇實時或歷史的數(shù)據(jù)量，來分析各狀態(tài)變量的變化趨勢，即速度、網(wǎng)壓、網(wǎng)流等，可以判斷出數(shù)據(jù)變化。如：司機動作可以通過統(tǒng)計列車能耗的方式進行評判并記錄下判斷結(jié)果;故障管理是指為了以后故障統(tǒng)計、分析提供數(shù)據(jù)支撐，經(jīng)過審核后，將故障情況上傳到服務(wù)器，通過實現(xiàn)現(xiàn)存及歷史故障查詢、故障診斷、故障統(tǒng)計等，作為故障履歷進行存儲。如：為了記錄故障與事件記錄的自動關(guān)聯(lián)，通過建立診斷樹，采用逆向定位+正向推理的方式，可以針對受電弓保護、主斷路器保護、運行事件等，構(gòu)建基于TCMS控制策略、模糊推理與專家經(jīng)驗的故障診斷機制，詳細梳理每一種故障;故障預警分為閾值類預警、接觸器類閉合、斷開故障類預警。其中斷開故障類包括擴展供電接觸器、主斷路器等，溫度、電壓、電流等方面，主要集中在閾值類預警;設(shè)計壽命統(tǒng)計分析與預測是根據(jù)列車設(shè)備的壽命參數(shù)，評估設(shè)備的剩余壽命、運行數(shù)據(jù)，如：接觸器、冷卻風機、受電弓滑板等。

另外，維護管理：為了方便以后的維修，經(jīng)過審核后，將維修過程中的記錄上傳到服務(wù)器，并填入專家系統(tǒng)，建立維修模板，經(jīng)過各子系統(tǒng)分包商、地鐵公司共同挖掘，基于專家經(jīng)驗規(guī)則的診斷及數(shù)據(jù)挖掘的診斷下制定維修策略;為了提高維修效率、縮短處理時間，通過列車故障信息的采集和反饋功能，建立故障代碼體系和故障知識庫，可以快速響應車輛運用故障。最后在基于信息化、網(wǎng)絡(luò)下，完成預防維修、故障處理工單智能化管理，從而達到改善維修工作流程的目的。

3 城軌車輛管理中智能運維技術(shù)發(fā)展趨勢

目前，隨著我國城軌交通建設(shè)的快速發(fā)展，發(fā)展智能運維技術(shù)已經(jīng)成為各大地鐵公司的主要選擇，并且國內(nèi)一些一、二線城市已經(jīng)形成網(wǎng)絡(luò)運營。由此，為了更好地適應城軌交通線網(wǎng)運營的需要，就要不斷推動創(chuàng)新技術(shù)向?qū)嵱没b備轉(zhuǎn)化，提升設(shè)備設(shè)施運維管理水平。運維服務(wù)具有確定性和可持續(xù)性等特點，與設(shè)計、施工等服務(wù)相比，其生命周期長，能夠更好地緩解地鐵公司面臨建設(shè)和運維的雙重壓力，具有更大的發(fā)展前景和市場。近年來，各級政府部門出臺了多項政策意見，不斷地推動著城軌交通產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展，引導城軌交通產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量健康發(fā)展。另外，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等智能技術(shù)的發(fā)展，也為智能運維技術(shù)的應用奠定了基礎(chǔ)。由此可見，在現(xiàn)階段中，智能運維技術(shù)在城軌車輛管理中的運用得到了政策、經(jīng)濟、社會和技術(shù)等各方面的全力支持。但為了向更高的智能化階段發(fā)展，還需要行業(yè)和社會各界共同努力，進一步完善預警評價模型，挖掘大數(shù)據(jù)的潛在價值，才能推動運輸行業(yè)信息化高質(zhì)量健康發(fā)展，維護城軌安全、高效、穩(wěn)定，實現(xiàn)對列車智能運維的健康科學評價。

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