城軌列車智能運(yùn)維技術(shù)體系框架研究

為明確城市軌道交通列車智能運(yùn)維的工作開展內(nèi)容與方式，在介紹城軌智能運(yùn)維背景基礎(chǔ)上，提出城軌列車智能運(yùn)維系統(tǒng)定義和技術(shù)體系框架，闡述該框架的技術(shù)特征?；诖?，介紹廣佛城軌列車智能運(yùn)維建設(shè)規(guī)劃和建設(shè)內(nèi)容，分析建設(shè)后的預(yù)期價(jià)值，以期為城軌列車智能運(yùn)維管理提供借鑒。城軌列車智能運(yùn)維背景（1）為保障列車的可靠性，確保運(yùn)營(yíng)安全，傳統(tǒng)的方式是絕對(duì)保障，造成維護(hù)開支巨大。傳統(tǒng)方式還可能存在過度修、修不足、高冗余等不足，導(dǎo)致維修人員和資源配置冗余，備用設(shè)備資源閑置，致使成本居高不下。城軌設(shè)備對(duì)安全性要求高，設(shè)備成本、相應(yīng)的設(shè)備備品備件成本也較高；運(yùn)營(yíng)公司既要借助委外維護(hù)完成現(xiàn)階段的維護(hù)任務(wù)，乂要培訓(xùn)儲(chǔ)備維護(hù)人員，導(dǎo)致人力成本居高不下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各地城軌維保費(fèi)用平均占到日常運(yùn)營(yíng)總成本的20%,人力成本占到日常運(yùn)營(yíng)總成本的50%o（2）在自主創(chuàng)新基礎(chǔ)上，圍繞數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，大力應(yīng)用新技術(shù)革命成果，并與城軌交通深度融合。一手抓智能化，強(qiáng)力推進(jìn)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、衛(wèi)星通信、區(qū)塊鏈等新興信息技術(shù)和城軌交通業(yè)務(wù)深度融合，推動(dòng)城軌交通數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，推進(jìn)城軌信息化，發(fā)展智能系統(tǒng)，建設(shè)智慧城軌；一手抓自主化，創(chuàng)新創(chuàng)優(yōu)，增強(qiáng)自主技術(shù)創(chuàng)新能力，持續(xù)不斷研發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品，并增強(qiáng)自主品牌創(chuàng)優(yōu)能力，不斷研發(fā)新產(chǎn)品、新品牌。通過持續(xù)不斷的智能化和自主化建設(shè)，完成城軌交通由高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變，強(qiáng)力助推交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)。（3）檢測(cè)、感知、虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）、信號(hào)分析、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、圖像處理、無(wú)線通信、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，為全面覆蓋機(jī)械、電氣系統(tǒng)，開展列車部件狀態(tài)感知、故障預(yù)警報(bào)警、狀態(tài)評(píng)估及預(yù)測(cè)、維保決策及維修支撐等工作提供了有效手段，為城軌列車智能運(yùn)維系統(tǒng)的研發(fā)創(chuàng)造了技術(shù)實(shí)現(xiàn)條件。城軌列車智能運(yùn)維技術(shù)體系面向城軌列車運(yùn)行的復(fù)雜環(huán)境，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字李生、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)列車及設(shè)備的互聯(lián)互通，并將基于場(chǎng)景的車載數(shù)據(jù)、軌旁檢測(cè)數(shù)據(jù)、檢修業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)有效耦合，對(duì)城軌列車狀態(tài)特征和運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行深度挖掘，形成一套具有列車狀態(tài)感知與跟蹤、故障診斷預(yù)警、剩余壽命預(yù)測(cè)、運(yùn)維智能決策、作業(yè)自動(dòng)化等能力的智慧系統(tǒng)，保障列車安全可靠、提效節(jié)能，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)維精準(zhǔn)管理。列車智能運(yùn)維技術(shù)體系釆用3-5-3體系框架，具體為：3個(gè)業(yè)務(wù)范圍，5項(xiàng)業(yè)務(wù)作業(yè)管理，3類業(yè)務(wù)技術(shù)支撐，如圖所示。圖1城軌列車智能運(yùn)維技術(shù)體系框架業(yè)務(wù)范圍（1）列車在途運(yùn)行。滿足安全、舒適、便捷客運(yùn)服務(wù)要求的列車組織管理，包括列車調(diào)度、運(yùn)行控制、故障處理、應(yīng)急智慧等業(yè)務(wù)活動(dòng)。（2）列車場(chǎng)段維護(hù)。保持列車服役能力的日常維護(hù)管理，包括列車日常檢測(cè)、故障維修、普查整治、列車技改等業(yè)務(wù)活動(dòng)。（3）列車基地檢修?；謴?fù)列車服役能力的維修維護(hù)管理，包括列車檢測(cè)、列車分解、列車維修、列車調(diào)試、列車移交等業(yè)務(wù)活動(dòng)。作業(yè)管理（1）計(jì)劃。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)外部環(huán)境與內(nèi)部條件的分析，編制在未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)要達(dá)到的業(yè)務(wù)目標(biāo)以及方案途徑。（2）調(diào)配。根據(jù)業(yè)務(wù)方案，組織所需的人、機(jī)、料、法等資源。（3）進(jìn)度。對(duì)業(yè)務(wù)活動(dòng)的進(jìn)展情況進(jìn)行把控。（4）質(zhì)量。對(duì)業(yè)務(wù)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)過程的標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)活動(dòng)目標(biāo)的達(dá)成度進(jìn)行管控。（5）安全。在列車運(yùn)維過程中，減少對(duì)人、物所造成的威脅或損失。技術(shù)支撐（1）信息化。通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理，完成業(yè)務(wù)各環(huán)節(jié)的無(wú)紙化橫向貫通。

（2）自動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)鏈與底層設(shè)備的互聯(lián)互通，及作業(yè)過程的自動(dòng)化執(zhí)行與管控。（3）智能化。智能化技術(shù)的融入，實(shí)現(xiàn)安全的自動(dòng)導(dǎo)向和基于效益驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)自適應(yīng)調(diào)整和執(zhí)行。技術(shù)特征（1）系統(tǒng)性業(yè)務(wù)覆蓋。對(duì)列車運(yùn)維業(yè)務(wù)進(jìn)行全面系統(tǒng)性覆蓋，該框架滿足列車部件最小可維護(hù)單元的全服役周期的狀態(tài)跟蹤與管理；滿足列車在途運(yùn)行、場(chǎng)段調(diào)度檢修、大架修業(yè)務(wù)的全覆蓋。（2）模塊化配置。該框架為三維立體結(jié)構(gòu)，具備模塊化配置的特點(diǎn)，從業(yè)務(wù)維度滿足列車在途、場(chǎng)段、架修基地的運(yùn)用場(chǎng)景，從作業(yè)管理維度滿足計(jì)劃、資源調(diào)配、進(jìn)度、質(zhì)量、安全的流程貫通，從技術(shù)支撐維度滿足信息化、自動(dòng)化、智能化的不斷提升。（3）階段部署與持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)。隨著數(shù)據(jù)的積累，滿足智能化水平的不斷提升；隨著新技術(shù)的使用，滿足模塊化部署與能力提升；隨著服務(wù)線路范圍的擴(kuò)大，滿足框架和基礎(chǔ)模塊的直接遷移應(yīng)用。（4）綜合判斷與評(píng)估。從安全、成本、效率綜合評(píng)估每一個(gè)業(yè)務(wù)單元。廣佛城軌列車智能運(yùn)維實(shí)踐，廣佛城軌列車智能運(yùn)維發(fā)展規(guī)劃分為5個(gè)階段完成，第1階段主要完成狀態(tài)感知和運(yùn)維數(shù)據(jù)化，全面系統(tǒng)地獲得列車運(yùn)維狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括列車基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)用數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)等；第2階段主要完成平臺(tái)化建設(shè)，建立接口平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、數(shù)據(jù)平臺(tái)和業(yè)務(wù)運(yùn)用平臺(tái)；第3階段主要實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)維監(jiān)控、故障診斷分析；第4階段主要通過數(shù)據(jù)的積累和機(jī)理的分析，實(shí)現(xiàn)列車健康評(píng)估、壽命預(yù)測(cè)、故障預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；第5階段主要完成列車運(yùn)維的決策和資源的優(yōu)化利用，如圖所示?！鼍S護(hù)決策、卩臺(tái)化.15息化r■逗■況蟲f最麗卩臺(tái)化.15息化■樓口平臺(tái).網(wǎng)培平臺(tái).敎18平臺(tái)■業(yè)務(wù)平臺(tái)■列車控制管理景走行弓網(wǎng)、車門.resi■牟體外0!?花對(duì)尺寸.藝電弓、軸溫建設(shè)內(nèi)容：廣佛城軌列車智能運(yùn)維系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括3個(gè)層次：1個(gè)列車智能運(yùn)維系統(tǒng)解決方案，5個(gè)核心子系統(tǒng)，N個(gè)關(guān)鍵子設(shè)備，如圖所示。列車智能運(yùn)維系統(tǒng)解決方案列車在途狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)列車在途狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備相互獨(dú)立、車地傳輸困難、數(shù)據(jù)管理不規(guī)范、輔助故障應(yīng)急處理效率低、狀態(tài)跟蹤與隱患挖掘效率低下等問題，建立列車在途狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車載數(shù)據(jù)釆集融合、預(yù)處理、數(shù)據(jù)解析、集中記錄、車地傳輸、地面管理等功能，如圖所示，具體功能如下。（1）列午運(yùn)行狀態(tài)跟蹤展示。車載智能監(jiān)測(cè)綜合管理系統(tǒng)通過大屏展示被監(jiān)測(cè)列車車號(hào)、列車位置、運(yùn)行方向、運(yùn)行速度、里程數(shù)、耗能情況、升降弓、開關(guān)門、牽引/制動(dòng)等。（2）列車乘客運(yùn)載服務(wù)狀態(tài)跟蹤展示。年載智能檢測(cè)綜合管理系統(tǒng)通過大屏展示被監(jiān)測(cè)列車客室溫度、擁擠程度、乘客分布、C02濃度、平穩(wěn)性、手機(jī)信號(hào)強(qiáng)度、乘客異常等。（3）列車運(yùn)行環(huán)境狀態(tài)跟蹤展示。車載智能檢測(cè)綜合管理系統(tǒng)通過大屏展示被監(jiān)測(cè)線路軌道質(zhì)量、接觸網(wǎng)質(zhì)量、彎道、坡度、車載、道岔群、網(wǎng)群等。（4）列車部件健康狀態(tài)跟蹤。車載智能檢測(cè)綜合管理系統(tǒng)通過大屏展示被監(jiān)測(cè)列車部件健康狀態(tài)、部件是否故障預(yù)警報(bào)警、當(dāng)前列車故障是否排查等。列車軌旁智能檢測(cè)系統(tǒng)針對(duì)軌旁多系統(tǒng)獨(dú)立部署所導(dǎo)致的模塊重復(fù)、多系統(tǒng)操作、數(shù)據(jù)管理不統(tǒng)一、部署維護(hù)不協(xié)同、無(wú)法直接應(yīng)用于檢修業(yè)務(wù)等問題，采用軌旁設(shè)備統(tǒng)一設(shè)計(jì)安裝、設(shè)備互聯(lián)互通、統(tǒng)一操控等方式，對(duì)部件狀態(tài)進(jìn)行采集、傳輸、處理，如圖所示，具體功能如下。44|檢側(cè)狀態(tài)費(fèi)示茨一平白冷作?丸或蛙魁恰層巧k務(wù)糸躺“拔°3|狀衣匕按孚緒°2|舉亦仔輸■f的方氏挎徽歎停?亍0毎"用卻敗厳中心■II狀左教搖冷集■車號(hào).劉車連廢?車忘及兩?外4.受電弓.U甘尺寸八龍面療惴、■復(fù)検老f（1）及時(shí)掌握列車經(jīng)過軌旁的過車情況、檢測(cè)內(nèi)容項(xiàng)、檢測(cè)故障項(xiàng)等信息。（2）及時(shí)提示相關(guān)人員對(duì)預(yù)警報(bào)警內(nèi)容進(jìn)行查看，并通過調(diào)用子系統(tǒng)分析頁(yè)面，了解故障詳情。（3）收集所有的在線故障問題，與檢修業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，推送至檢修關(guān)聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)查。（4）對(duì)軌旁檢測(cè)設(shè)備及子模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括釆集設(shè)備本身、軌旁服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)數(shù)據(jù)。（5）提供統(tǒng)計(jì)分析功能，對(duì)軌旁檢測(cè)的故障按不同維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)檢測(cè)準(zhǔn)確率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。列車健康管理分析系統(tǒng)針對(duì)列車故障分析手段單一且效率低、故障定位困難、部件利用率低、檢修人員投入巨大、工作環(huán)境惡劣、技改支撐不足的問題，研發(fā)了一套城軌列車健康管理專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了列車全壽命周期履歷管理、故障專項(xiàng)分析、故障耦合分析、狀態(tài)預(yù)測(cè)、RAMS（可靠性、可用性、可維修性、安全性）分析、耗能分析與節(jié)能優(yōu)化等功能。其功能*1*1如下。（1）支持故障快速、準(zhǔn)確診斷。為各子系統(tǒng)提供多維度信息，有利于故障干擾的排查；提供專業(yè)化的分析工具，快速識(shí)別引發(fā)故障現(xiàn)象的原因，如圖所示。O9UM?「I<utwnmi?「■?■O9UM?「I<utwnmi?「■?■**g￡WWMmwMMMWBMMtV>ramr<Mtrt持?r?eM4mvurt??91inMvgM4m?P<>4?1?—筋M4mu9?l??VOMW捋o創(chuàng)M4msiytawtii?MtttwiYwW?ei”■!MA.Mlf/H—?■-MM.?「（2）支持普查整治優(yōu)化。根據(jù)數(shù)據(jù)的耦合分析，確定部件狀態(tài)以及影響部件狀態(tài)的原因，繪制狀態(tài)變化譜圖，優(yōu)化學(xué)控普查整治的時(shí)間。（3）支持日常檢測(cè)優(yōu)化。從自動(dòng)化設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，與日常檢測(cè)修程修制進(jìn)行映射，確定設(shè)備代替人工的可行性，從RAMS角度分析評(píng)估部件故障的失效概率、影響程度和劣化趨勢(shì)，調(diào)整檢測(cè)方式和人工檢測(cè)時(shí)間間隔，如圖所示。（4）支持技改。統(tǒng)計(jì)故障發(fā)生的概率和失效形式，優(yōu)化改進(jìn)短板項(xiàng)點(diǎn)；從可維護(hù)性角度出發(fā)，增加輔助標(biāo)識(shí)或強(qiáng)化非自動(dòng)檢測(cè)項(xiàng)，提升部件可靠性和可維護(hù)性；從軌道、隧道、接觸網(wǎng)、供電等方向，實(shí)現(xiàn)協(xié)同整改。列車運(yùn)維業(yè)務(wù)系統(tǒng)針對(duì)車場(chǎng)運(yùn)作信息孤立、場(chǎng)段運(yùn)作管理自動(dòng)化率低、沖突檢測(cè)手段原始等核心問題，實(shí)現(xiàn)車場(chǎng)調(diào)度和檢修計(jì)劃自動(dòng)編制，收發(fā)車、調(diào)車、遠(yuǎn)程請(qǐng)銷點(diǎn)、底層設(shè)備信息自動(dòng)接入，信息自動(dòng)更新，沖突檢測(cè)預(yù)警報(bào)警等功能。其功能如下。（1）實(shí)現(xiàn)車場(chǎng)信息綜合展示，輔助調(diào)度、檢修決策；顯示列車位置、狀態(tài)、檢修進(jìn)度、質(zhì)量及計(jì)劃變更等內(nèi)容。（2）實(shí)現(xiàn)車場(chǎng)運(yùn)作的有序和智能。自動(dòng)編排檢修計(jì)劃、資源配置計(jì)劃，持續(xù)跟蹤車場(chǎng)調(diào)度檢修進(jìn)度和質(zhì)量，出現(xiàn)異?；蜃兏鼤r(shí)，自適應(yīng)調(diào)整計(jì)劃，并進(jìn)行計(jì)劃執(zhí)行的演練。（3）實(shí)現(xiàn)管理信息與生產(chǎn)信息無(wú)縫對(duì)接。對(duì)生產(chǎn)信息精細(xì)化、精準(zhǔn)采集與管理，將生產(chǎn)信息自動(dòng)收集整理后支撐管理決策。列車運(yùn)維智能監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)列車服役周期關(guān)鍵狀態(tài)信息無(wú)法及時(shí)掌握，影響乘客運(yùn)載服務(wù)、行車安全、作業(yè)安全、車場(chǎng)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整等問題，列車運(yùn)維智能監(jiān)控系統(tǒng)釆用基于場(chǎng)景的列車運(yùn)維全生命周期軌跡跟蹤、風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別與管控技術(shù)，完成列車運(yùn)維過程和關(guān)鍵指標(biāo)的智能監(jiān)控。預(yù)期價(jià)值體現(xiàn)列車智能運(yùn)維建設(shè)需要投入大量的精力和資源，廣佛城軌從系統(tǒng)性、長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃的角度出發(fā)，建設(shè)列車智能運(yùn)維系統(tǒng)，預(yù)期從安全、經(jīng)濟(jì)、協(xié)同的角度產(chǎn)生價(jià)值，如表所示。條統(tǒng)價(jià)值取業(yè)務(wù)在適運(yùn)行8停卒演客廉少中心OCC址殘兀霸推隹故；t幔溜欽■知識(shí)庫(kù).宴時(shí)侑號(hào)姦馥?自動(dòng)分桁統(tǒng)障匣因開復(fù)遙枝腹精準(zhǔn)排除方法人工?黴枯線杭展示行車白編榕由査?跨專業(yè)協(xié)同演絳運(yùn)維怔業(yè)：場(chǎng)m故作業(yè)人工確認(rèn).