文/上海地鐵

國家發(fā)展改革委2018年發(fā)布《增強制造業(yè)核心競爭力三年行動計劃（2018-2020年）》，上海申通地鐵集團積極響應，申報的“上海軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)”于2018年5月獲批中國城市軌道交通協(xié)會示范工程，2019年1月被國家發(fā)展改革委批復為增強制造業(yè)核心競爭力關鍵技術產業(yè)化項目，成為軌道交通行業(yè)又一個國家示范工程。

目前，上海軌道交通運營總里程已增至705公里，日客流量超過1200萬人次，占公共交通出行量的60%，運營網絡規(guī)模領跑全球，上海地鐵車輛保有量也在不斷擴大?；赝?0年前，上海地鐵的列車僅有45列，270輛；2018年，列車達到856列，5116輛，增加了接近20倍。未來，上海地鐵列車總量仍將快速增長，到2021年底，上海地鐵列車數(shù)達到近1200列，7400輛，穩(wěn)居全球前列。

圍繞上海地鐵“國內領先，國際一流”戰(zhàn)略目標，在車輛數(shù)躍升的同時，對列車運維保障工作也提出了新的要求。當前，車輛運維保障工作除了需要滿足“安全性、可用性、可靠性”等要求外，還需兼顧經濟性和支持性指標，對運維的效率、質量和技術提出了更高要求。然而擺在面前的瓶頸顯而易見：一是設備壓力大，長期的高負荷運行，對車輛運維造成極大風險挑戰(zhàn)；二是力量攤薄，隨著線路的不斷延伸，包括管理、技術、技能等在內的骨干力量逐漸攤?。蝗菣z修效率低，由于體量增加、夜間作業(yè)時間縮短等情況，要求檢修作業(yè)確保質量，提高效率；四是資源占用多，僅是列車檢修基地占地就有5788922.3平方米，在寸土寸金的城市地域，價值可觀。

圖1 車輛智能運維平臺

在此背景下，“上海軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)”應運而生。上海地鐵根據(jù)列車運營和檢修需求，聯(lián)合國內專業(yè)院所、高校和生產廠，采用物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，開發(fā)了車輛智能運維系統(tǒng)。對于城市軌道交通來說，該系統(tǒng)的主要目的在于減少運營故障、縮小運營影響、降低故障等級，確保運營安全；同時應對超大體量的軌道交通網絡減少人工作業(yè)、降低勞動強度、減少人為影響、提升智能化程度。

一、系統(tǒng)組成

“上海軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)”包括車聯(lián)網系統(tǒng)、軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)、車輛維護軌跡系統(tǒng)三大組塊。

1、車聯(lián)網系統(tǒng)通過在列車上安裝無線傳輸設備，對列車運行的狀態(tài)數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)進行實時采集、傳輸，利用Netty、Kafka、Spark Streaming等大數(shù)據(jù)技術實現(xiàn)列車狀態(tài)實時監(jiān)控及超大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。車聯(lián)網系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)是車輛智能運維系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)基礎。新模式下，其取代了列車故障只能依靠入庫后手動下載、離線分析數(shù)據(jù)、判斷列車故障狀態(tài)的傳統(tǒng)模式。新模式涵蓋列車速度、線網電壓、車門開關狀態(tài)、電機轉速、輪軌振動狀態(tài)等4000余項核心信號、信息，實現(xiàn)了列車95%的子系統(tǒng)遠程故障監(jiān)控。

圖2 車聯(lián)網系統(tǒng)

2、軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)主要包括輪對尺寸檢測模塊、車下設備溫度檢測模塊、受流器/受電弓檢測模塊、360°車輛外觀檢測模塊、踏面缺陷動態(tài)圖像監(jiān)測模塊、車輪失圓檢測模塊、車輪深層次探傷模塊、軌邊聲學診斷系統(tǒng)模塊等。軌旁車輛檢測系統(tǒng)利用機器視覺、先進傳感、人工智能等技術實現(xiàn)了列車不停車自動檢測，覆蓋了不低于60%的人工目視檢查作業(yè)和100%輪對尺寸測量作業(yè)，提高了受電弓、車輪等關鍵部件的檢測頻率，延長了受電弓、車門、牽引裝置、軸箱、電機、齒輪箱、制動單元、構架等關鍵部件的人工檢查周期。3、車輛維護軌跡系統(tǒng)主要包括移動點巡檢、鷹眼系統(tǒng)、工具管理系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)、以及基于物聯(lián)網的工藝設備管理系統(tǒng)。將原來人工作業(yè)產生的各類數(shù)據(jù)電子化，同時補充了工具使用信息、物料流轉信息、員工維修行為等數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)在新模式下完成生產過程、物料移動、工具流轉、生產質量等業(yè)務的過程數(shù)字化，通過網絡加工生成新的信息資源，提供給各層次的人們洞悉、觀察生產活動中的全部信息，以作出有利于生產要素組合優(yōu)化的決策，使企業(yè)資源合理配置，求得最大的經濟效益。

圖3 軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)

圖4 車輛維護軌跡系統(tǒng)

二、應用情況

目前車聯(lián)網已覆蓋上海地鐵多個車型，總計超過240余列列車已納入車聯(lián)網。

軌旁車輛檢測系統(tǒng)已在17號線朱家角基地、9號線金橋基地投入使用，5號線、7號線、12號線也將在近期建成投用。

維護軌跡系統(tǒng)中的移動點巡檢已在超過7條線路使用，工具管理系統(tǒng)已在17號線投用，物料管理系統(tǒng)在籌備中。

2017年底17號線開線伊始，“上海軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)”同步上線。在該系統(tǒng)的支持下，車輛檢修由日檢演變?yōu)?日檢，檢修內容和頻次增加，而人員卻大大減少，人車比由0.6減為0.33，為歷史最低。同時17號線的運營質量處于較高水平，2018年17號線列車無運營故障間隔里程超過10萬公里，相比過去新線開通首年的運營水平提升63.7%。在延長檢修間隔的基礎上，列車不回庫檢修也成為可能，土地作為不可再生資源，檢修基地可緩建或占地面積減少。

三、產業(yè)推廣

2021年底，智能運維系統(tǒng)覆蓋上海全路網18條線路1000余列車和全部27個檢修基地。圍繞軌道交通裝備產業(yè)化戰(zhàn)略實施，上海地鐵將順應我國制造業(yè)智能化、綠色化、服務化、國際化發(fā)展趨勢，借助大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和云計算，促進軌道交通車輛檢修向數(shù)字化和智能化發(fā)展。以核心裝備、系統(tǒng)軟件、機器視覺等關鍵領域為重點，突破和掌握一批關鍵核心技術。上海地鐵支持智能關鍵技術裝備和核心支撐軟件在軌道交通領域的推廣應用，不斷提高軌道交通檢修的智能化水平。利用上海的地域優(yōu)勢，加強與科研單位進行產、學、研、用合作，以自主創(chuàng)新產業(yè)技術突破，促進行業(yè)整體發(fā)展，帶動大數(shù)據(jù)、機器視覺等相關產業(yè)的發(fā)展。

上海地鐵車輛智能運維系統(tǒng)的建成，將加速城市軌道交通智能運維系統(tǒng)的標準化及模塊化，有助于建立全行業(yè)城市軌道交通各類運維數(shù)據(jù)采集、傳輸和應用體系規(guī)范，提高系統(tǒng)推廣的可行性，并最終實現(xiàn)產業(yè)化的目的。

四、結束語

上海城市軌道交通的高速發(fā)展，改變了人們的城市出行和生活方式，極大助力了上海經濟社會的發(fā)展。我們相信，“上海軌道交通車輛智能運維系統(tǒng)”將牢牢把握上海地鐵“數(shù)字化、信息化、智能化”的后發(fā)優(yōu)勢，探索和引領城市軌道交通的技術發(fā)展方向，滿足新時代人們美好生活需求，努力把地鐵打造成為上海這座國際化大都市的新名片。