葛黨朝， 張興寶

(西安地鐵運營分公司， 西安 710016)

信息大爆炸的今天，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)悄無聲息的進(jìn)入到了我們生活的每個角落，例如我們在某一平臺查閱了某一方面的信息，然后此平臺會在后續(xù)將類似信息優(yōu)先推薦給我們，甚至我們在某一平臺(如京東)上看了或關(guān)注了某個產(chǎn)品，然后打開其他平臺(如天貓、頭條等)，此平臺也推薦類似產(chǎn)品給我們，最主要的是推薦的這些信息/產(chǎn)品和我們起初要查閱的信息/產(chǎn)品在外人看來互不相關(guān)，但確實這些都是我們自己最近需要的，甚至還有比這更加不可思議的事情。這是怎么做到的呢？這就是“大數(shù)據(jù)”?，F(xiàn)在“大數(shù)據(jù)”是社會上最為熱門的詞匯之一，人人現(xiàn)在都在提大數(shù)據(jù)，近日國家也批復(fù)了13個國家級的大數(shù)據(jù)實驗室(主要圍繞數(shù)據(jù)基礎(chǔ)技術(shù)和數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù))。生活在大數(shù)據(jù)的今天，我們似乎是一個完全的“透明人”，我們每個人在大數(shù)據(jù)面前毫無“隱私”可言。那到底什么是大數(shù)據(jù)？大數(shù)據(jù)都有哪些效能以及大數(shù)據(jù)在城軌行業(yè)設(shè)備管理方面的應(yīng)用情況及前景又如何呢？

1 大數(shù)據(jù)概念及特點

1.1 大數(shù)據(jù)的概念

大數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)相比有很大差別，要準(zhǔn)確把握大數(shù)據(jù)的含義，需要從兩個方面去理解，即第一是“大”，第二是“數(shù)據(jù)”。其中大數(shù)據(jù)中的“大”，主要是數(shù)據(jù)從數(shù)量上體現(xiàn)多(海量數(shù)據(jù))，從維度上體現(xiàn)全(不同角度)，大數(shù)據(jù)中的“數(shù)據(jù)”，不再是傳統(tǒng)字面意思上的“數(shù)字”，而是泛指一切現(xiàn)實中的各種相關(guān)“信息”。這樣，大數(shù)據(jù)就具有如下特點[1]：

(1)數(shù)據(jù)量大(Volume)

(2)維度多(Variety)

(3)時效性強(Velocity)

(4)真?zhèn)喂泊?Veracity)

大數(shù)據(jù)的如上特點，部分書籍簡稱“4V”特點或“大、快、雜、疑”特點。

1.2 傳統(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)在分析問題時理念上的轉(zhuǎn)變

由于大數(shù)據(jù)的如上特點，傳統(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)在分析問題時理念上就得有如下轉(zhuǎn)變：

(1)大數(shù)據(jù)分析問題，所用數(shù)據(jù)不是隨機(jī)樣本，而是全體數(shù)據(jù)。

(2)大數(shù)據(jù)分析問題，數(shù)據(jù)之間不僅有因果關(guān)系，還有相關(guān)關(guān)系。

(3)大數(shù)據(jù)分析問題，得出的結(jié)果不是精確性，而是混雜性。

2 大數(shù)據(jù)在城軌行業(yè)設(shè)備管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

借助設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)來管理設(shè)備的理念由來已久，但由于之前相關(guān)技術(shù)的落后，此理念并未很好的發(fā)揮其效能。隨著科技的進(jìn)步，數(shù)據(jù)的采集手段、數(shù)據(jù)的儲存容量以及數(shù)據(jù)的處理能力等不斷提升，通過數(shù)據(jù)來管理設(shè)備效果越來越明顯，人們開始關(guān)注它，并開始探索使用它。

2.1 利用數(shù)據(jù)管理設(shè)備的歷程

在過去，設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)采集一般都是人肉眼可見的或人工通過相關(guān)測量工具對設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量等得出的(例如電客車各部件的故障數(shù)據(jù)、電客車碳滑板厚度測量得出的數(shù)據(jù)等)，然后這些數(shù)據(jù)通過紙質(zhì)記錄或轉(zhuǎn)換成Excel格式儲存。由于數(shù)據(jù)儲存手段落后，數(shù)據(jù)的量少、數(shù)據(jù)的種類也單一，導(dǎo)致這些數(shù)據(jù)僅適用于日常查閱，不便于數(shù)據(jù)的分析，同時也從數(shù)據(jù)中不能挖掘出有價值的信息。

隨著科技的發(fā)現(xiàn)，設(shè)備自帶數(shù)據(jù)采集功能或通過先進(jìn)的自動數(shù)據(jù)采集工具來實時采集設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)(例如鐵路上推行的5T系統(tǒng)，成都地鐵部分電客車客室車門自帶其各部件狀態(tài)監(jiān)測及記錄功能等)，這樣設(shè)備數(shù)據(jù)較之前呈現(xiàn)出指數(shù)增長。為對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理，通過編程數(shù)據(jù)庫，將日常采集的相關(guān)數(shù)據(jù)人為錄入數(shù)據(jù)庫(例如利用機(jī)械式的輪對測量儀測量的數(shù)據(jù))或自動導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(例如激光式的非接觸式的輪對測量儀測量的數(shù)據(jù))，這樣數(shù)據(jù)的儲存管理得到了提升(通過紙質(zhì)記錄或Excel儲存已無法滿足要求)。同時為從數(shù)據(jù)中挖掘有用信息，人們開始搭建數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)自動通過數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。

目前階段在數(shù)據(jù)的采集、儲存和計算上確實較之前有了很大的進(jìn)步，但由于采集的數(shù)據(jù)的量還不夠大，處理數(shù)據(jù)的能力依舊很低(分析的數(shù)據(jù)結(jié)果是通過數(shù)學(xué)建模提前預(yù)設(shè)好的)，這樣在數(shù)據(jù)分析時，未能充分挖掘出數(shù)據(jù)中的有用信息，通過數(shù)據(jù)科學(xué)管理設(shè)備依舊比較局限，不能實現(xiàn)智能化。

2.2 大數(shù)據(jù)思想管理設(shè)備示例

西安地鐵運營部門在設(shè)備的管理方面一直重視數(shù)據(jù)的積累以及對相關(guān)數(shù)據(jù)中重要信息的挖掘。通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的收集及分析，確實也挖掘了一些有用的信息，例如車輛部門通過分析電客車故障庫內(nèi)相關(guān)信息，橫縱向?qū)Ρ入娍蛙嚬收蠑?shù)，提前發(fā)現(xiàn)部分設(shè)備的不穩(wěn)定性,提前進(jìn)行更換，提高列車的可靠性，也通過數(shù)據(jù)庫中員工發(fā)現(xiàn)故障的數(shù)量，分析出部分員工近期狀態(tài)情況，并安排人員深入班組了解情況，以及每次在修程修制優(yōu)化改革時，也通過修程優(yōu)化前后員工發(fā)現(xiàn)故障數(shù)的多少來間接反映此次修程優(yōu)化是否成功等。下面列舉現(xiàn)場一實例來說明目前大數(shù)據(jù)在設(shè)備日常管理中的應(yīng)用情況：

2017年3月車輛部門和往月一樣在對列車相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，發(fā)現(xiàn)很多相關(guān)數(shù)據(jù)較前個月發(fā)生了明顯的變化(此種情況在之前從未出現(xiàn)過)，具體數(shù)據(jù)變化如圖1～圖2。

(1)電客車耗電量的變化

如圖1(a)圖，電客車3月份牽引耗電量明顯高于2月份(每公里牽引耗電量大概高出1 kW·h)。圖1(b)，3月份電客車再生電量較2月份有所升高，但不明顯。圖1(c)，3月份列車再生率明顯低于2月份。并且上線的39列車此3組數(shù)據(jù)均表現(xiàn)同一個規(guī)律，為何出現(xiàn)此情況？這組數(shù)據(jù)至少體現(xiàn)出列車耗電量增加了。

圖1 列車電量相關(guān)數(shù)據(jù)

圖2 列車輪對/閘瓦相關(guān)數(shù)據(jù)

(2)輪對閘瓦磨耗量及輪對溫度的變化

在進(jìn)行輪對閘瓦磨耗及輪對溫度數(shù)據(jù)對比分析時，數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)出非常規(guī)律的變化，即3月份列車閘瓦磨耗量是2月份的4倍，并且輪對踏面表面溫度3月份明顯高于2月份(平均高出10°左右)，這組數(shù)據(jù)說明空氣制動投入增加了。

根據(jù)圖1、圖2 5組數(shù)據(jù)綜合起來，初步分析出現(xiàn)此現(xiàn)象可能是3月份客流增加了，導(dǎo)致列車需要的牽引動力和制動力均增加，但由于列車再生能力之前已用到了極致，所以最終出現(xiàn)牽引耗電量增加了，再生電量變化不大，空氣制動增加了(總的制動力增加了，但電制動變化不大，所以空氣制動增加了)，閘瓦磨耗也就增加了，輪對溫度也就升高了。貌似此原因(客流量增加)可以解釋如上所有數(shù)據(jù)的變化。為驗證此結(jié)論，隨后調(diào)出2、3月份每日客流情況，具體如下：

從圖3正線每日客流情況看，確實3月份客流較2月份有所上升，但平均日客流提高3萬人次左右(上升了5%)。

圖3 正線客流趨勢

(3)列車舒適度的變化

圖4為技術(shù)人員每月抽查的正線列車運行平穩(wěn)性數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)看出3月份列車橫、縱向加速度均增加了，并且列車綜合舒適度也下降了。后續(xù)繼續(xù)抽查幾列車，均是同樣的情況?？土髟黾邮遣粫?dǎo)致列車橫縱向加速度增加及列車舒適度下降的，至少不會如此明顯(在進(jìn)行首列車調(diào)試時，已在AW0和AW3工況進(jìn)行過此試驗)。前面推斷出現(xiàn)數(shù)據(jù)變化是由于客流變化導(dǎo)致矛盾。

結(jié)合列車耗能情況、輪對/閘瓦變化情況、列車運行平穩(wěn)性情況以及聯(lián)想到3月份信號系統(tǒng)進(jìn)行了升級等，可以初步推斷，出現(xiàn)這些現(xiàn)象極有可能是正線列車的運行控制模型發(fā)生了變化。我們繼續(xù)分析其他數(shù)據(jù)。

圖4 正線列車舒適度相關(guān)數(shù)據(jù)

圖5 正線列車運行數(shù)據(jù)對比

(4)列車運行曲線的變化

通過圖5中的(a)圖，可以看出3月份列車在制動環(huán)節(jié)速度曲線較2月份有明顯變化。對比列車加速度情況，如圖(b)為列車牽引/制動指令曲線(此可代表列車加減速度情況)，發(fā)現(xiàn)列車在正線區(qū)間制動環(huán)節(jié)，高速下(58 km/h左右)有多次的大牽引/大制動過程，此應(yīng)該是3月份耗電量增加(圖1)以及舒適度下降(圖4)的原因。繼續(xù)查看列車在區(qū)間運行時的牽引電機(jī)電流和空氣制動大小情況，如圖(c)所示(由于此車牽引制動的控制是以一動一拖為一個控制單元，故此圖僅選取1車和2車相關(guān)數(shù)據(jù)顯示)，發(fā)現(xiàn)3月份列車在制動階段拖車有明顯空氣制動施加，并且動車空氣制動也有施加的情況(制動時，首先由動車電制動承擔(dān)，電制動不足時由拖車空氣制動承擔(dān)，在不足的部分由動車空氣制動承擔(dān))，此應(yīng)該是3月份閘瓦磨耗快及輪對溫度升高(圖2)的原因。

3月份信號系統(tǒng)升級，信號升級時對列車的控制模型進(jìn)行了優(yōu)化。

問題分析到此，應(yīng)該如上幾組數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系和因果關(guān)系都很清楚了，即3月份信號系統(tǒng)進(jìn)行了升級，即對列車的控制模型進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化最重要的變化是列車在區(qū)間制動環(huán)節(jié)的高速階段有頻繁的大牽引、大制動過程(升級前此階段無牽引過程，制動也是小級位制動)，這樣牽引電量務(wù)必會增加，然后由于存在大制動，這樣電制動不能滿足要求，所以就需要施加空氣制動，這樣閘瓦磨耗加劇和輪對溫度升高是必然的，也正是因為在此階段存在大牽引和大制動，這樣列車的舒適度也相應(yīng)的降低。同時，有人提出，列車在高速下頻繁投入空氣制動，對輪對踏面損傷較大。隨后安排人員對所有列車輪對進(jìn)行系統(tǒng)的普查，發(fā)現(xiàn)部分輪對踏面磨耗確實有異常情況，主要表現(xiàn)為踏面上有異常的溝槽、凸起以及剝離等。

對此，及時組織人員對輪對踏面磨耗嚴(yán)重的進(jìn)行旋修，并和信號廠家討論研究如何優(yōu)化列車控制模型，避免上面現(xiàn)象的出現(xiàn)。

從上面的例子中的數(shù)據(jù)應(yīng)用量上說未達(dá)到大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，從大數(shù)據(jù)的效能上說也未正真體現(xiàn)出大數(shù)據(jù)的效能，但確實是利用了大數(shù)據(jù)的思想發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)場的問題，找到了原因。同時，從這個例子可以看出通過設(shè)備數(shù)據(jù)來分析問題，數(shù)據(jù)的維度越大，分析結(jié)果越接近真實，也體現(xiàn)出數(shù)據(jù)之間不僅有因果關(guān)系，也存在著相關(guān)關(guān)系。

3 城軌行業(yè)設(shè)備維護(hù)管理實現(xiàn)智能化展望

近年來大數(shù)據(jù)在一些行業(yè)確實發(fā)展很快，也起到了明顯的效果，但在城軌行業(yè)，通過如上對其現(xiàn)狀進(jìn)行分析看出，要真正實現(xiàn)用大數(shù)據(jù)的思想來科學(xué)管理設(shè)備，仍舊需要一些時間，有很多基礎(chǔ)工作要做。需要從設(shè)備數(shù)據(jù)的收集手段、數(shù)據(jù)的儲存方式以及數(shù)據(jù)中的信息挖掘(數(shù)據(jù)的計算)等方面提高，最主要的是人們在思想認(rèn)識上要肯定大數(shù)據(jù)在城軌設(shè)備管理中的重要性，要從理念上在以前的各自為政的“信息孤島”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽栽傅男畔⒐蚕?，意識到為別人提供信息也就是給自己提供便捷，最終實現(xiàn)相關(guān)信息“開放為默認(rèn)、不開放為特定”的局面，這樣才能正真的實現(xiàn)通過大數(shù)據(jù)來科學(xué)管理設(shè)備。具體要做好如下工作。

(1)同一單位同一專業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通

同一專業(yè)，相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行共享和關(guān)聯(lián)，這樣可減少重復(fù)勞動以及提高數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。由于同一專業(yè)設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)量不是很大，可以通過編程數(shù)據(jù)庫，然后將日常相關(guān)數(shù)據(jù)錄入或?qū)霐?shù)據(jù)庫，并且相關(guān)數(shù)據(jù)之間形成關(guān)聯(lián)，這樣設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)就實現(xiàn)了共享和關(guān)聯(lián)。例如西安地鐵車輛部門內(nèi)部員工搭建編程的數(shù)據(jù)庫投入現(xiàn)場的有：電客車故障錄入系統(tǒng)、電客車磨耗部件數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)、電客車備件更換管理系統(tǒng)、電客車履歷管理系統(tǒng)、電客車資料管理系統(tǒng)、現(xiàn)場生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及每日一題答題系統(tǒng)等10多項，并且系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，例如電客車故障錄入系統(tǒng)、電客車備件更換系統(tǒng)以及電客車履歷管理系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，這樣，當(dāng)現(xiàn)場更換了列車某一備件，此時只要在任意一個系統(tǒng)中進(jìn)行錄入，則對應(yīng)的其他系統(tǒng)也就自動的進(jìn)行了更新。并且將這些系統(tǒng)入口集成在一個共用平臺顯示來管理，極大的提高了數(shù)據(jù)管理的便捷性。目前上述系統(tǒng)已用在車輛部門下設(shè)的各車間，規(guī)范了部門的管理，實現(xiàn)了部門內(nèi)的資源共享。

(2)同一單位不同專業(yè)之間數(shù)據(jù)的局域網(wǎng)化

對于一些和外部門的其他設(shè)備有接口的設(shè)備，可能各自為政搜集和分析設(shè)備的數(shù)據(jù)就會存在分析結(jié)果的片面性和不真實性，因為這些設(shè)備之間相互影響，所以需要搭建一個共享平臺，將不同專業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)收集在同一平臺內(nèi)，這樣在后面使用這些數(shù)據(jù)來分析設(shè)備狀態(tài)時會更加真實和全面(數(shù)據(jù)的維度增加了)。例如電客車受電弓碳滑板的磨耗和供電專業(yè)負(fù)責(zé)的接觸網(wǎng)的布置以及其磨耗相關(guān)，電客車輪對磨耗情況和工建專業(yè)軌道鋪設(shè)、軌面狀態(tài)以及軌面的輪緣潤滑等因素相關(guān)。

(3)同一行業(yè)不同單位之間數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)化

如上兩個階段，僅僅是我們?nèi)绾螒?yīng)用數(shù)據(jù)，如何管理數(shù)據(jù)以及如何利用搭建的數(shù)據(jù)平臺來管理設(shè)備、協(xié)調(diào)和提高日常工作事務(wù)等，這些對于數(shù)據(jù)的利用來說還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上大數(shù)據(jù)。這些工作是大數(shù)據(jù)理念管理設(shè)備的基礎(chǔ)，是大數(shù)據(jù)雛形、是大數(shù)據(jù)管理設(shè)備的初級階段。隨著更多更先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的現(xiàn)場應(yīng)用以及“互聯(lián)網(wǎng)+”的普及，設(shè)備的數(shù)據(jù)量(數(shù)量和維度)成指數(shù)增長，數(shù)據(jù)的儲存及計算也采用云儲存和云計算等先進(jìn)技術(shù)，這時設(shè)備的數(shù)據(jù)能如實全方位反應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)，設(shè)備的維護(hù)管理實現(xiàn)了真正意義上的大數(shù)據(jù)管理。同時，將“互聯(lián)網(wǎng)+”和“大數(shù)據(jù)”結(jié)合起來，在不久的將來城軌行業(yè)設(shè)備的管理可實現(xiàn)智能化，即所謂的“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)=智能化”。到那時，我想我們可以見到如下場景，即某一地鐵現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)某一車牽引電機(jī)有異響，此時系統(tǒng)會根據(jù)大數(shù)據(jù)找出其他地鐵也發(fā)生過類似情況的實例，輸入牽引電機(jī)品牌及型號，系統(tǒng)可找出其他地鐵用此品牌和型號的牽引電機(jī)的使用情況，對于不同單位同型號產(chǎn)品出現(xiàn)類似情況后，系統(tǒng)會判斷這些故障產(chǎn)品是不是同一批次，是不是同一個裝配師傅作業(yè)的等，如果確認(rèn)問題出在電機(jī)軸承上，則系統(tǒng)繼續(xù)可以判斷這些問題軸承是不是同一個廠家、是不是同一型號、是不是同一批次，甚至判斷是不是同一師傅組裝的等，最后通過這些大數(shù)據(jù)的對比分析，找出問題的根源。

4 結(jié)束語

城市軌道交通行業(yè)專業(yè)集成度高，設(shè)備之間的接口多，關(guān)聯(lián)性強，設(shè)備之間的狀態(tài)變化具有復(fù)雜的耦合性，這些特點都是導(dǎo)致其行業(yè)設(shè)備管理難的原因，但同時這些特點恰恰也是大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。所以隨著“大數(shù)據(jù)”特點的凸顯，其在城軌行業(yè)設(shè)備管理中推廣應(yīng)用將成為必然。誰掌握了這個新的理念，誰就是這個行業(yè)的設(shè)備管理專家，因為通過大數(shù)據(jù)，一是可以提前預(yù)判設(shè)備狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)修，最大化節(jié)省設(shè)備的維護(hù)費用和提高設(shè)備的可靠性，二是可對設(shè)備性能全方位的進(jìn)行對比(可和同一單位不同線路設(shè)備比較，也可和不同單位的設(shè)備進(jìn)行比較)，找出差距/差別，分析原因，提出優(yōu)化改進(jìn)意見，三是可掌握備件/耗材的使用規(guī)律，準(zhǔn)確掌握備件/耗材的全壽命周期以及為備件/耗材的提報提供最科學(xué)的依據(jù)。