■ 常公平 劉捷涌 劉衛(wèi)波 郭輝

高鐵車站設(shè)備運(yùn)維支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

■ 常公平 劉捷涌 劉衛(wèi)波 郭輝

介紹高鐵車站設(shè)備運(yùn)維支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及特點(diǎn)、系統(tǒng)應(yīng)用功能。

高鐵車站設(shè)備；運(yùn)維支撐系統(tǒng)；現(xiàn)代設(shè)備運(yùn)維理論；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著我國(guó)鐵路的快速發(fā)展，高速鐵路、客運(yùn)專線不斷增加。高鐵車站采用了大量的先進(jìn)設(shè)備設(shè)施，在給客運(yùn)服務(wù)效率帶來(lái)提升的同時(shí)，也增加了設(shè)備運(yùn)維管理工作的難度。高鐵車站設(shè)備的高頻率、高強(qiáng)度使用產(chǎn)生了不少設(shè)備故障或故障隱患，對(duì)設(shè)備日常維護(hù)及故障維修處理提出了更高的要求。當(dāng)前，高鐵車站設(shè)備維護(hù)正處于從傳統(tǒng)的人工維護(hù)模式到現(xiàn)代設(shè)備運(yùn)維模式轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。在傳統(tǒng)的人工維護(hù)模式下，故障設(shè)備不能得到及時(shí)、快速地維護(hù)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性檢修維護(hù)，給設(shè)備的正常使用帶來(lái)較大影響，一定程度上限制了設(shè)備使用效益，并影響著車站的客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量。

以廣鐵集團(tuán)為例，管內(nèi)武廣、廣深、廣珠、海南東環(huán)等客運(yùn)專線客流量大、設(shè)備種類多、信息化程度高、運(yùn)維難度大。為保障廣鐵集團(tuán)管內(nèi)高鐵車站的保障設(shè)備的正常、高效運(yùn)行，提高設(shè)備運(yùn)維水平，提高設(shè)備運(yùn)維效益，進(jìn)而更好地為客運(yùn)生產(chǎn)提供有力支撐，需要建設(shè)一個(gè)優(yōu)化的設(shè)備運(yùn)維支撐系統(tǒng)（Operation Support System，OSS）。與傳統(tǒng)的運(yùn)維支撐系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)基于現(xiàn)代設(shè)備運(yùn)維工程理論，提出優(yōu)化的運(yùn)維支撐系統(tǒng)概念。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)不僅要加強(qiáng)運(yùn)維過(guò)程管控、規(guī)范運(yùn)維作業(yè)流程、減輕現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的工作負(fù)擔(dān)和管理人員的工作壓力，更強(qiáng)調(diào)提高設(shè)備運(yùn)維效率，提高設(shè)備應(yīng)用品質(zhì)，真正實(shí)現(xiàn)科學(xué)、優(yōu)化的設(shè)備運(yùn)維。

1 現(xiàn)代設(shè)備運(yùn)維理論

現(xiàn)代設(shè)備運(yùn)維的思想十分豐富，包括計(jì)劃性維修、設(shè)備全生命周期管理、全員生產(chǎn)維護(hù)、以可靠性為中心的維修、狀態(tài)維修、綜合設(shè)備管理、企業(yè)設(shè)備資產(chǎn)管理等一系列管理和工程技術(shù)理論。準(zhǔn)確地說(shuō)，現(xiàn)代設(shè)備維穩(wěn)是以綜合設(shè)備管理業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)劃性維修和狀態(tài)修（預(yù)測(cè)修），實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全生命周期的運(yùn)維管理（見圖1）。

1.1綜合設(shè)備運(yùn)維管理綜合設(shè)備運(yùn)維管理是對(duì)涉及設(shè)備運(yùn)維相關(guān)的人、設(shè)備、配件、流程等因素進(jìn)行有效的管理，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）設(shè)備的資產(chǎn)、狀態(tài)、技術(shù)規(guī)范等屬性的準(zhǔn)確描述和應(yīng)用；（2）運(yùn)維人員、設(shè)備業(yè)主、設(shè)備使用者、設(shè)備制造者、配件供應(yīng)者之間的信息和業(yè)務(wù)的無(wú)縫交互；（3）配件的準(zhǔn)時(shí)制（Just in time）的配送、調(diào)撥、修復(fù)等；（4）流程的科學(xué)設(shè)置、執(zhí)行、反饋、評(píng)估，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和最優(yōu)化。

1.2設(shè)備的全生命周期管理設(shè)備的全生命周期管理從另一個(gè)角度支持著優(yōu)化的設(shè)備運(yùn)維理論。在設(shè)備全生命管理中，需要理清設(shè)備靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，前者是設(shè)備資產(chǎn)、技術(shù)參數(shù)等，后者是設(shè)備的狀態(tài)、維修記錄、使用記錄等。近幾年來(lái)，設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)（Enterprise Asset Management，EAM）與設(shè)備維修系統(tǒng)（Maintenance Repair Overhaul，MRO）有相互交融的趨勢(shì)，兩者的有機(jī)結(jié)合才能形成對(duì)設(shè)備全生命周期管理的有力支撐。

圖1 現(xiàn)代設(shè)備運(yùn)維理論的三元圖

圖2 狀態(tài)修（預(yù)測(cè)修）與其他維修模式的比較

1.3狀態(tài)修

狀態(tài)修是最近10年來(lái)被廣泛關(guān)注的設(shè)備運(yùn)維工程技術(shù)。圖2顯示狀態(tài)修是系統(tǒng)成本最低、設(shè)備可用率最好的運(yùn)維方式。故障修基于實(shí)際發(fā)生的故障進(jìn)行維修，設(shè)備服務(wù)品質(zhì)無(wú)法保證；計(jì)劃修基于設(shè)備制造商建議的修程修制進(jìn)行維修計(jì)劃安排，缺點(diǎn)是容易形成過(guò)量維修；狀態(tài)修（Condition Based Maintenance，CBM）是一種預(yù)測(cè)性維修技術(shù)，基于設(shè)備的歷史維修記錄和目前設(shè)備狀態(tài)、性能，安排合適的保養(yǎng)、維修，以保障設(shè)備的長(zhǎng)期有效性和可用性，實(shí)現(xiàn)設(shè)備總體運(yùn)營(yíng)成本的最小化。

現(xiàn)代設(shè)備越來(lái)越趨于智能化、數(shù)據(jù)化，現(xiàn)代設(shè)備運(yùn)維理論正是適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)備發(fā)展的這個(gè)趨勢(shì)，在傳統(tǒng)的信息集成技術(shù)（人、設(shè)備、配件、計(jì)劃、流程等）的基礎(chǔ)上，加入了以設(shè)備為核心的靜態(tài)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)集成技術(shù)，最終利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，進(jìn)行優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的服務(wù)模式。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖3 OSS系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

OSS包括設(shè)備管理（資產(chǎn)、設(shè)備狀態(tài)）、工單管理（故障管理、巡檢管理、保養(yǎng)管理）、備件管理（備件臺(tái)帳、備件出入庫(kù)、備件采購(gòu)）、知識(shí)庫(kù)管理（文件管理）、系統(tǒng)管理（字典管理、用戶管理、組織架構(gòu)管理、權(quán)限管理）等業(yè)務(wù)模塊（見圖3）。

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)分為硬件/網(wǎng)絡(luò)層、系統(tǒng)支撐層、應(yīng)用技術(shù)層、應(yīng)用層、用戶訪問(wèn)層5個(gè)層面（見圖4）。（1）硬件/網(wǎng)絡(luò)層由計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成，在信息中心部署信息系統(tǒng)及設(shè)備，通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建高鐵車站設(shè)備運(yùn)維業(yè)務(wù)的應(yīng)用；（2）系統(tǒng)支撐層由Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)、J2EE開發(fā)平臺(tái)等組成，在中間件和數(shù)據(jù)庫(kù)層面進(jìn)行支撐；（3）應(yīng)用技術(shù)層是為統(tǒng)一應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)件、核心流程和關(guān)鍵技術(shù)而設(shè)計(jì)的項(xiàng)目管理基礎(chǔ)應(yīng)用平臺(tái)，包含SOA架構(gòu)、消息引擎技術(shù)、業(yè)務(wù)流程管理組件、報(bào)表管理引擎組成；（4）應(yīng)用層由設(shè)備管理、工單管理、備件管理、知識(shí)庫(kù)管理、系統(tǒng)管理等業(yè)務(wù)模塊構(gòu)成；（5）用戶訪問(wèn)層由B/S訪問(wèn)接入、移動(dòng)應(yīng)用訪問(wèn)接入等。

圖4 OSS系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

3 系統(tǒng)應(yīng)用功能

3.1設(shè)備管理

3.1.1設(shè)備臺(tái)賬管理

設(shè)備管理針對(duì)運(yùn)營(yíng)維護(hù)范圍內(nèi)的所有設(shè)備設(shè)施，建立完善的、標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備資產(chǎn)檔案，規(guī)范化、格式化管理設(shè)備資產(chǎn)信息和設(shè)備供應(yīng)商等信息，使設(shè)備資產(chǎn)信息庫(kù)不僅僅是一本設(shè)備臺(tái)賬，而是成為設(shè)備運(yùn)營(yíng)管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和作業(yè)依據(jù)，為設(shè)備的運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作發(fā)揮更大的作用，成為構(gòu)成數(shù)據(jù)處理中心的基石。

3.1.2設(shè)備狀態(tài)維修管理

無(wú)論從國(guó)外還是從國(guó)內(nèi)來(lái)看，高鐵設(shè)備運(yùn)維越來(lái)越傾向于狀態(tài)修。狀態(tài)修的核心是設(shè)備狀態(tài)管理，是整個(gè)設(shè)備管理的基礎(chǔ)和依據(jù)。

狀態(tài)修主要包含3個(gè)內(nèi)容：

（1）傳感器數(shù)據(jù)采集。通過(guò)各種傳感器和儀表采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。

（2）數(shù)據(jù)傳輸接口協(xié)議及應(yīng)用。通過(guò)接口協(xié)議（包含BACnet協(xié)議、ModBus通信協(xié)議、OPC通信協(xié)議、LonWorks 即現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議）及網(wǎng)管平臺(tái)（包含HP OpenView即電子業(yè)務(wù)管理工具程序、IBM Tivoli）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

（3）數(shù)據(jù)分析。通過(guò)開發(fā)R程序，采用統(tǒng)計(jì)分析方法，應(yīng)用回歸分析，如用多變量Logistic回歸分析故障發(fā)生情況、用Bootstrap分析進(jìn)行模型驗(yàn)證。目前分析主要圍繞核心設(shè)備如空調(diào)，包括制冷主機(jī)喘振故障、制冷主機(jī)冷媒?jīng)_注量分析、空調(diào)箱風(fēng)機(jī)故障分析、空調(diào)箱過(guò)濾網(wǎng)臟堵故障分析、空調(diào)箱焓差控制分析。

這些分析的結(jié)果用于生產(chǎn)預(yù)測(cè)修工單，作為計(jì)劃修的支持和補(bǔ)充。目前，全面推行狀態(tài)修還存在一定問(wèn)題。主要數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不健全，需對(duì)在線監(jiān)測(cè)到的信號(hào)做大量加工處理。不過(guò)，狀態(tài)修是設(shè)備檢修的發(fā)展方向，因此，需要根據(jù)不同設(shè)備的重要性，首先在一些人員素質(zhì)高、設(shè)備基礎(chǔ)好、管理先進(jìn)的單位或部門試行，在試行成功的基礎(chǔ)上逐漸加大推廣力度。

3.2工單管理

3.2.1故障管理

故障工單模塊對(duì)設(shè)備故障的報(bào)障、故障確認(rèn)、工單分配、維修執(zhí)行、客服調(diào)查等處理步驟進(jìn)行管理，從故障的發(fā)生到結(jié)束進(jìn)行全過(guò)程追蹤和管控，同時(shí)關(guān)聯(lián)管理維修執(zhí)行過(guò)程所使用的備品備件，并從客戶的滿意度出發(fā)，提高故障的處理效率。

3.2.2巡檢/保養(yǎng)管理

巡檢/保養(yǎng)管理根據(jù)車站設(shè)備設(shè)施的故障發(fā)生頻率或者設(shè)備設(shè)施的使用損耗規(guī)律，針對(duì)不同的設(shè)備設(shè)施安排合理、可靠的計(jì)劃，保障設(shè)備巡檢的周期和全覆蓋，依據(jù)人員的工作強(qiáng)度合理的安排工單。實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的作業(yè)過(guò)程進(jìn)行全面追蹤，為管理人員提供實(shí)時(shí)的過(guò)程管理。

3.3備件管理

針對(duì)車站設(shè)備設(shè)施維修、保養(yǎng)作業(yè)所需的備品備件進(jìn)行全面管理，強(qiáng)化對(duì)設(shè)備維護(hù)過(guò)程的備件使用管理、強(qiáng)化對(duì)備件庫(kù)存變化的管理，使備件的使用做到有據(jù)可查。

3.4知識(shí)庫(kù)管理

對(duì)各種作業(yè)規(guī)范、安全生產(chǎn)管理規(guī)范等規(guī)章制度提供信息化的搜索、編輯功能，利用全文索引、目錄索引、元搜索引擎和垂直搜索引擎等搜索引擎技術(shù)，提高檢索速度和準(zhǔn)確度，并針對(duì)用戶輸入的關(guān)鍵字，提供多樣化的檢索方式，提高檢索效率。系統(tǒng)還提供移動(dòng)終端應(yīng)用，對(duì)用戶的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)提供實(shí)用、有效的支撐。

3.5系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理即用戶管理，包括用戶信息管理、角色權(quán)限管理、用戶業(yè)務(wù)組織架構(gòu)管理、用戶業(yè)務(wù)工作流程管理等。針對(duì)用戶的基本信息、用戶的業(yè)務(wù)組織、用戶的管理組織、用戶的業(yè)務(wù)流程提供全面、周密的管理，強(qiáng)化系統(tǒng)用戶使用的安全約束，提高系統(tǒng)的業(yè)務(wù)操作便捷性。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及特點(diǎn)

4.1綜合設(shè)備運(yùn)維管理方法

綜合設(shè)備運(yùn)維管理采用目標(biāo)管理和80/20原則。

4.1.1目標(biāo)管理

目標(biāo)管理研究如何讓各環(huán)節(jié)的人員能夠積極主動(dòng)地工作起來(lái)，具體的做法如下：

（1）清楚鑒定每個(gè)工作崗位的工作任務(wù)，讓?shí)徫蝗藛T能夠清楚知道當(dāng)前自己還有多少工作需要完成。

（2）給出每個(gè)崗位的KPI（關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)），隨時(shí)反映該崗位的實(shí)際情況以及和目標(biāo)之間的距離，激勵(lì)員工開展自己的工作。

4.1.280/20原則，即帕雷托規(guī)則

要第一時(shí)間解決每一個(gè)企業(yè)設(shè)備管理問(wèn)題，實(shí)踐中是難以實(shí)現(xiàn)的。所以，對(duì)于設(shè)備維修管理工作來(lái)說(shuō)，需要進(jìn)行合理安排維修設(shè)備管理問(wèn)題，80%的問(wèn)題不需要進(jìn)行全面投入，而20%的問(wèn)題是需要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間積累，并投入精力才可以完善實(shí)現(xiàn)。

（1）設(shè)備管理的80/20原則：關(guān)注關(guān)鍵設(shè)備的臺(tái)賬細(xì)節(jié)。

（2）維修管理的80/20原則：以關(guān)鍵設(shè)備為基礎(chǔ)，制定合理的故障維修工作/計(jì)劃維修工作。

（3）備件管理的80/20原則：關(guān)注重點(diǎn)備件與高價(jià)值備件。

（4）采購(gòu)管理的80/20原則：關(guān)注生產(chǎn)第一性采購(gòu)。

4.2移動(dòng)應(yīng)用技術(shù)

設(shè)備運(yùn)維支撐系統(tǒng)提供便捷的移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)客戶端軟件（Equipment Maintenance Mobile，EMM），結(jié)合智能手機(jī)的硬件技術(shù)，提供現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)作業(yè)支撐和移動(dòng)管理支撐。EMM針對(duì)一線作業(yè)人員提供規(guī)范、格式化的作業(yè)流程和作業(yè)操作，針對(duì)一線管理人員提供周密、有效的作業(yè)過(guò)程追蹤和管控、針對(duì)管理層提供豐富、完善的作業(yè)統(tǒng)計(jì)管理和安全生產(chǎn)監(jiān)管、針對(duì)決策者提供便捷、高效的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理和決策輔助（見圖5、圖6）。

4.3設(shè)備狀態(tài)管理和分析技術(shù)

設(shè)備狀態(tài)管理收集并存儲(chǔ)所有車站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，通過(guò)三維站區(qū)電子地圖進(jìn)行形象、直觀的展示。以高鐵車站客服系統(tǒng)為例，主要關(guān)注圍繞車站客運(yùn)生產(chǎn)相關(guān)的設(shè)備，包括旅服平臺(tái)設(shè)備、閘機(jī)、自動(dòng)售票機(jī)、窗口售票機(jī)、LED導(dǎo)向屏、PDP屏、廣播設(shè)備、時(shí)鐘、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等客服信息系統(tǒng)設(shè)備。這些設(shè)備大多為智能設(shè)備，方便通過(guò)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

設(shè)備狀態(tài)管理除了對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，更重要的是進(jìn)行維修分析，對(duì)故障設(shè)備的維修全過(guò)程進(jìn)行跟蹤，直觀、形象地展示出設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和故障設(shè)備維護(hù)狀態(tài)。

維修分析的核心是通過(guò)設(shè)備狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)，建立設(shè)備性能評(píng)估模型和故障預(yù)測(cè)模型，最終為維修優(yōu)化提供輔助決策的手段。

5 結(jié)束語(yǔ)

OSS從2013年1月開始在廣鐵集團(tuán)上線使用，并根據(jù)試用的情況不斷完善功能，以支持廣鐵集團(tuán)的高鐵車站設(shè)備運(yùn)維的需求。

使用效果表明，工單管理首先進(jìn)行了完全的規(guī)范化；系統(tǒng)通過(guò)保養(yǎng)管理、巡檢管理等功能的建立，保障了計(jì)劃修的執(zhí)行比例，故障修的頻率減少了10%；移動(dòng)應(yīng)用的使用實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維工程師的故障報(bào)障實(shí)時(shí)化，相應(yīng)的維修響應(yīng)時(shí)間縮短了20%以上。未來(lái)預(yù)測(cè)修的深入使用可望進(jìn)一步提高維修效率，降低設(shè)備整體運(yùn)營(yíng)成本。

在研發(fā)和使用過(guò)程中，不斷提升傳統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，引入現(xiàn)代設(shè)備運(yùn)維的思路，使設(shè)備運(yùn)維成為一項(xiàng)可以不斷優(yōu)化的工作，使設(shè)備運(yùn)維支撐系統(tǒng)成為一個(gè)可以不斷優(yōu)化的軟件系統(tǒng)。在設(shè)備運(yùn)維支撐系統(tǒng)中，通過(guò)信息化和智能化的有效結(jié)合，提高了設(shè)備的可用率和服務(wù)水平，降低了運(yùn)維成本，在鐵路設(shè)備運(yùn)維這個(gè)傳統(tǒng)的領(lǐng)域發(fā)揮科技創(chuàng)新的力量。

圖5 維修人員可以通過(guò)EMM系統(tǒng)按照設(shè)備類型快速報(bào)障

圖6 維修人員可以通過(guò)EMM系統(tǒng)執(zhí)行保養(yǎng)

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[2] 李葆文． 現(xiàn)代設(shè)備資產(chǎn)管理[M]． 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006．

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常公平：廣鐵集團(tuán)聯(lián)創(chuàng)鐵路發(fā)展中心，高級(jí)工程師，湖南 長(zhǎng)沙，410000

劉捷涌：廣鐵集團(tuán)聯(lián)創(chuàng)鐵路發(fā)展中心，助理工程師，湖南 長(zhǎng)沙，410000

劉衛(wèi)波：廣鐵集團(tuán)聯(lián)創(chuàng)鐵路發(fā)展中心，工程師，湖南 長(zhǎng)沙，410000

郭 輝：廣鐵集團(tuán)聯(lián)創(chuàng)鐵路發(fā)展中心，工程師，湖南 長(zhǎng)沙，410000

攝影王凱立

責(zé)任編輯苑曉蒙

U279.5

A

1672-061X（2014）03-0032-05