張黎璋

(東莞市軌道交通有限公司，523378，東莞//高級工程師)

近年來，隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，對設(shè)備設(shè)施的維護與全壽命周期管理提出了更高的要求?；谛畔⒒侄巍⒋髷?shù)據(jù)分析平臺、智能終端、在途監(jiān)測設(shè)備的智能運維系統(tǒng)得到了快速的應(yīng)用和發(fā)展。與傳統(tǒng)運維模式相比，智能運維系統(tǒng)在保障城市軌道交通安全可靠運營的基礎(chǔ)上能夠最大限度地降低運維成本，符合環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求[1]。本文介紹了東莞地鐵的智能設(shè)備運維系統(tǒng)及其應(yīng)用情況。

1 城市軌道交通傳統(tǒng)設(shè)備運維模式分析

傳統(tǒng)的城市軌道交通設(shè)備運維模式采用的是設(shè)備定期檢修加故障維修的方法，是根據(jù)設(shè)備檢修規(guī)程周期性地開展設(shè)備檢修工作，并利用綜合監(jiān)控等系統(tǒng)進行設(shè)備故障監(jiān)測。傳統(tǒng)的城市軌道交通設(shè)備運維模式缺少設(shè)備的全生命周期跟蹤及實時狀態(tài)預(yù)警等功能，因此運營設(shè)備易出現(xiàn)過修、欠修等狀況。同時，由于設(shè)備檢修主要是由作業(yè)人員按照檢修規(guī)程進行主動檢測，受作業(yè)人員身體和精神狀態(tài)的影響，也易發(fā)生漏檢、錯檢等情況[2]。

2 東莞地鐵設(shè)備智能運維系統(tǒng)

東莞地鐵設(shè)備智能運維系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 東莞地鐵設(shè)備智能運維系統(tǒng)組成框圖

東莞地鐵目前處于單線運營狀態(tài)。東莞地鐵2號線于2016年5月27日開通，總長37.788 km，最高設(shè)計速度為120 km/h，是一條連接?xùn)|莞火車站和虎門火車站的市域快速干線。在線路設(shè)計階段就規(guī)劃了設(shè)備智能運維體系，并在后續(xù)建設(shè)和運營過程中分階段實施。其中，設(shè)備信息化管理平臺是在線路試運營初期實施的，弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)、輪對檢測系統(tǒng)等在途監(jiān)測系統(tǒng)是在正式運營后逐步投入使用的。

根據(jù)城市軌道交通設(shè)備智能運維特點，東莞地鐵設(shè)備智能運維工作分為設(shè)備監(jiān)測感知、數(shù)據(jù)傳輸存儲、數(shù)據(jù)分析處理、運維業(yè)務(wù)處理及運維執(zhí)行處置5個階段，如圖2所示。

圖2 東莞地鐵設(shè)備智能運維各階段工作內(nèi)容

3 東莞地鐵設(shè)備信息化管理平臺

設(shè)備信息化管理平臺是東莞地鐵設(shè)備智能運維系統(tǒng)的基礎(chǔ)，依托設(shè)備信息化管理平臺實現(xiàn)設(shè)備維修管理、數(shù)據(jù)保存分析、故障預(yù)測與趨勢判斷、施工管理、物料出入庫、采購、報廢等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能管理和自動流轉(zhuǎn)，消除了運維管理信息孤島與碎片化[3]。東莞地鐵設(shè)備信息化管理平臺包括資產(chǎn)一體化(含資產(chǎn)管理模塊、設(shè)備維護維修模塊、物資管理模塊)、施工調(diào)度、車務(wù)管理(含票務(wù)管理模塊、車務(wù)管理模塊、站區(qū)管理模塊、服務(wù)熱線模塊)、財務(wù)管理和運營統(tǒng)計分析等子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)是基于運營管理業(yè)務(wù)需求整體開發(fā)的，子系統(tǒng)間相互聯(lián)系、數(shù)據(jù)共享。設(shè)備信息化管理平臺也為后續(xù)相關(guān)的信息化系統(tǒng)建設(shè)預(yù)留了接口。

3.1 資產(chǎn)一體化管理系統(tǒng)

資產(chǎn)一體化管理系統(tǒng)組成框圖如圖3所示。運營分公司利用該平臺可實現(xiàn)設(shè)備的動態(tài)管理，建立以設(shè)備為中心、預(yù)防性維護為主導(dǎo)、工單為主線的管理方式。

1) 資產(chǎn)管理模塊。資產(chǎn)是城市軌道交通運營和發(fā)展的基礎(chǔ)，其數(shù)量、質(zhì)量、技術(shù)結(jié)構(gòu)、管理水平、信息化管理程度等標(biāo)志著城市軌道交通運營生產(chǎn)能力和管理發(fā)展水平。資產(chǎn)管理模塊圍繞資產(chǎn)實物和價值2條管理主線，與財務(wù)管理系統(tǒng)、維修維護管理模塊和物資管理模塊無縫集成、協(xié)同運作，實現(xiàn)對資產(chǎn)的規(guī)劃、建設(shè)(購置)、驗收、交付(登記)、使用、維護、更新改造、報廢等過程的全生命周期管理。

圖3 資產(chǎn)一體化管理系統(tǒng)組成框圖

2) 維護維修模塊。具備設(shè)備維修工單管理、設(shè)備履歷管理、維修數(shù)據(jù)統(tǒng)計、設(shè)備狀態(tài)判斷預(yù)警、委外修管理等功能，能夠根據(jù)各設(shè)備的檢修周期自動派生計劃修工單，根據(jù)設(shè)備故障報修記錄生成故障維修工單，如圖4所示。需要申報施工計劃的維修工單，維修工單信息通過接口至傳輸施工管理系統(tǒng)，施工管理系統(tǒng)自動生成并提報施工計劃。工單消耗物料信息和備件數(shù)據(jù)傳輸至物資管理模塊后，即可自動辦理物料、備件的出庫和領(lǐng)用。輸入設(shè)備故障情況、維保記錄等基礎(chǔ)信息后，維護維修模塊可自動生成設(shè)備履歷信息。設(shè)備上都貼有二維碼標(biāo)簽，并導(dǎo)入了設(shè)備操作手冊、維修規(guī)程等基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，為設(shè)備維保及故障處理等信息獲取提供了便捷的查詢渠道。

圖4 設(shè)備維護維修全過程管理流程

3) 物資管理模塊。設(shè)備維保工作離不開高效的物資保障系統(tǒng)，物資管理模塊實現(xiàn)了從預(yù)算、采購、入庫、倉儲、出庫和報廢的全流程管理。當(dāng)維修作業(yè)需要使用備件時，設(shè)備維護維修管理模塊生成維修工單并聯(lián)動物資管理模塊進行物料申請；物資管理人員同意物料申請后，物資管理模塊自動發(fā)送數(shù)據(jù)到立體倉庫系統(tǒng)，完成自動出料。同時，物資管理模塊自動調(diào)整相應(yīng)備件的庫存數(shù)量，當(dāng)備件的物資庫存低于安全庫存時，物資管理模塊會自動發(fā)起采購申請。

4) RAMS(可靠性、可用性、可維修性、安全性)指標(biāo)管理。東莞地鐵通過資產(chǎn)一體化管理系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)了設(shè)備的RAMS指標(biāo)管理。通過設(shè)備維護維修管理模塊中形成的各類維保數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，能夠全面了解設(shè)備的RAMS水平，識別設(shè)備維保中存在的薄弱環(huán)節(jié)，評估設(shè)備系統(tǒng)的性能變化趨勢，并能夠有針對性地提前修訂維修規(guī)程、物料配置標(biāo)準(zhǔn)和備件安全庫存等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]，以達到持續(xù)優(yōu)化的效果。

3.2 施工管理系統(tǒng)

施工管理系統(tǒng)實現(xiàn)了施工作業(yè)組織實時計劃審批、過程中的請銷點審批、停送電審批、掛拆地線審批的管理，并能夠自動進行沖突檢測。由設(shè)備維修工單發(fā)起的施工作業(yè)，在作業(yè)完成后銷點數(shù)據(jù)將自動傳回設(shè)備維護維修模塊。由于打通了施工管理系統(tǒng)與設(shè)備維護維修模塊的上下游關(guān)系，因此確保了從工單生成到施工計劃提報再到作業(yè)時的請銷點等施工作業(yè)的順利開展，同時也減輕了相關(guān)管理人員的工作量。

3.3 運營統(tǒng)計分析系統(tǒng)

運營統(tǒng)計分析系統(tǒng)統(tǒng)計的指標(biāo)范圍主要包括運行類、客流類、能耗類、服務(wù)類、車輛類、安全類、物資類、財務(wù)類、固定資產(chǎn)設(shè)備類、資源經(jīng)營類報表指標(biāo)，實現(xiàn)了統(tǒng)計指標(biāo)管理、數(shù)據(jù)填報匯總、數(shù)據(jù)趨勢分析預(yù)警和數(shù)據(jù)查詢等功能，可為運營生產(chǎn)經(jīng)營指標(biāo)的分析和設(shè)定、生產(chǎn)運輸計劃的編制、設(shè)備設(shè)施狀態(tài)的判斷提供數(shù)據(jù)支持。

3.4 地鐵控制保護區(qū)巡查系統(tǒng)

地鐵控制保護區(qū)巡查系統(tǒng)用于跟進及記錄地鐵控制保護區(qū)的事件，滿足地鐵控制保護區(qū)管理人員的綜合信息管理、項目管理、巡線管理、三維地質(zhì)管理等需求，如圖5所示。該系統(tǒng)配置了巡查手持終端及移動客戶端，支持精準(zhǔn)實時定位、線路地圖及信息展示、巡查信息上報、監(jiān)測報警等功能。利用信息化手段提高了地鐵控制保護區(qū)巡查效率，能夠有效預(yù)防控制地鐵控制保護區(qū)內(nèi)外單位施工對地鐵運營造成的影響。

圖5 地鐵控制保護區(qū)巡查系統(tǒng)功能框圖

3.5 地鐵移動APP

為滿足員工移動辦公需要，東莞地鐵建立了地鐵移動APP，并與資產(chǎn)一體化管理系統(tǒng)建立工作待辦推送接口功能，平臺上的待辦任務(wù)可推送至地鐵移動APP，實現(xiàn)了快速申請審批、查詢物資、報故障、查詢設(shè)備履歷等功能。

4 東莞地鐵設(shè)備智能監(jiān)測及管理系統(tǒng)

在使用設(shè)備信息化管理平臺開展設(shè)備智能運維的同時，東莞地鐵針對2號線線路和設(shè)備特點，還引入了弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)、列車輪對監(jiān)測系統(tǒng)、供電安全系統(tǒng)等設(shè)備智能監(jiān)測及管理系統(tǒng)，通過這些系統(tǒng)的使用達到故障提前告警和提升作業(yè)安全管控水平的目的。

4.1 弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)

東莞地鐵2號線最高運行速度達到120 km/h，在列車運行過程中弓網(wǎng)出現(xiàn)異常情況的可能性高于一般地鐵線路。為及時發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)的異常情況，東莞地鐵引入弓網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用非接觸動態(tài)檢測技術(shù)，利用圖像測量法與激光測量法兩種檢測方法，獲取列車運行時弓網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)(包括受電弓輪廓、中心線偏移、多向傾斜、羊角變形等受電弓參數(shù))，實時監(jiān)測燃弧、電流、動態(tài)拉出值、接觸線磨耗、硬點、接觸力及懸掛等數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)直接標(biāo)注在圖片上，并進行自動分析，實現(xiàn)了對受電弓結(jié)構(gòu)、弓網(wǎng)關(guān)系趨勢的實時分析及告警。同時，所檢測到的弓網(wǎng)參數(shù)可導(dǎo)入運營信息化管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為設(shè)備維保提供參考和依據(jù)。

4.2 列車輪對檢測系統(tǒng)

列車輪對動態(tài)檢測系統(tǒng)安裝于2號線正線軌行區(qū)。該系統(tǒng)采用非接觸式圖像測量技術(shù)和高精度位移測量技術(shù)，能準(zhǔn)確檢測車輪各部位的尺寸和踏面缺陷(包括踏面磨耗、輪緣厚度、輪緣高度、輪緣綜合值(QR值)、車輪直徑、輪對內(nèi)側(cè)距等)，可圖像化顯示檢測值；利用3D圖像軟件對輪對的數(shù)據(jù)進行分析計算，直觀顯示測量結(jié)果并對異常情況進行報警；將輪對數(shù)據(jù)的分析及報警結(jié)果傳輸至運營信息化平臺，可為后續(xù)輪對鏇修提供數(shù)據(jù)參考。

4.3 供電運行安全管理系統(tǒng)

東莞地鐵2號線由2座110 kV主變電所供電，全線設(shè)置13座牽引降壓混合變電所、6座獨立降壓變電所、7座跟隨式降壓變電所。為了確保供電設(shè)備檢修安全，提高工作效率，2號線采用了供電運行安全管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含可視化防誤、地線管理、操作票管理、工作票管理、巡檢設(shè)施管理5個子系統(tǒng)，如圖6所示。系統(tǒng)設(shè)備分布在2號線所轄范圍內(nèi)的OCC(運營控制中心)、DCC(車輛段控制中心)、變電所、接觸網(wǎng)值班室及正線各個車站，為供電系統(tǒng)檢修建立了一個程序化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化的安全保障體系。

圖6 供電運行安全管理系統(tǒng)組成框圖

4.4 電客車智能運維系統(tǒng)

針對電客車維修設(shè)備種類多、維修深度大的特點，東莞地鐵建設(shè)了電客車智能運維系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)檢修數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析管理功能，包括維修件的狀態(tài)參數(shù)、故障點提取、檢修設(shè)備信息、檢修操作人員信息、檢修過程信息、檢修完成狀態(tài)參數(shù)信息等。該系統(tǒng)能對設(shè)備檢修人員、車輛段內(nèi)電客車及工程車進行定位，完成檢修作業(yè)任務(wù)上報及派工。采用電子化過程記錄代替?zhèn)鹘y(tǒng)紙質(zhì)作業(yè)記錄，便于數(shù)據(jù)的管理與跟蹤。設(shè)備檢修數(shù)據(jù)通過無線局域網(wǎng)上傳到控制室服務(wù)器，控制室服務(wù)器將數(shù)據(jù)匯總后分類存儲，實現(xiàn)了檢修數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、便捷存儲查詢及分析。

5 東莞地鐵設(shè)備智能運維系統(tǒng)應(yīng)用總結(jié)及展望

1) 全面推廣重點設(shè)備的在線監(jiān)測和分析。通過引入設(shè)備監(jiān)測分析系統(tǒng)，對道岔、車門、屏蔽門等各類影響行車的關(guān)鍵設(shè)備進行全生命周期管理，提升運營設(shè)備維修可靠性。

2) 普及運維移動手持終端的使用。目前，東莞地鐵部分運營設(shè)備維保工作已使用了移動手持終端。手持終端的使用能夠有效提高工作效率，減輕一線維保人員的工作量。將移動手持終端應(yīng)用到更多的設(shè)備維保工作中，并將移動手持終端與信息化管理平臺連接，可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享、狀態(tài)分析、維保決策，能夠進一步提升設(shè)備智能維保深度。

3) 依托設(shè)備智能運維系統(tǒng)進行設(shè)備狀態(tài)修的探索。隨著設(shè)備智能運維技術(shù)的發(fā)展，在大數(shù)據(jù)中心的支持下，可對設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控、故障預(yù)測與設(shè)備劣化趨勢判斷，進而實現(xiàn)設(shè)備在線實時故障診斷、運用狀態(tài)全面分析、劣化設(shè)備提前預(yù)警[4]，以使設(shè)備處于可靠受控狀態(tài)。

4) 全自動運行模式下設(shè)備智能運維的探索。全自動運行技術(shù)與設(shè)備智能運維技術(shù)具有相同的技術(shù)特點，即均體現(xiàn)技術(shù)的智能化、自動化、信息化。探討全自動運行模式下的智能運維具有重要意義。

5) 數(shù)據(jù)云平臺的應(yīng)用。城市軌道交通云平臺建設(shè)正從管理領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域滲透，以實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)、內(nèi)部辦公系統(tǒng)與外部服務(wù)系統(tǒng)的有機統(tǒng)一。通過搭建統(tǒng)一的生產(chǎn)云平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享、降低能源消耗和高效利用空間資源的目的。

6 結(jié)語

東莞地鐵在設(shè)備智能運維方面進行了積極探索，通過設(shè)備智能運維系統(tǒng)的建設(shè)實現(xiàn)了設(shè)備全生命周期的管理，提高了設(shè)備的整體運維水平，預(yù)防和減少了設(shè)備故障的發(fā)生，降低了維護成本，為地鐵運營安全、運輸效率、服務(wù)質(zhì)量提供了保障。未來將在設(shè)備智能運維應(yīng)用的廣度和深度上下功夫，進一步提升設(shè)備智能運維水平。