羅遠(yuǎn)

（長沙市軌道交通集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410000）

城市軌道交通具有安全可靠、高效節(jié)能的特點(diǎn)，對(duì)緩解城市交通壓力的效果是有目共睹的。隨著國內(nèi)城市建設(shè)的飛速發(fā)展，人口流動(dòng)速度成為決定城市發(fā)展的關(guān)鍵因素，地鐵發(fā)展速度迎來新的爆發(fā)期，同時(shí)對(duì)地鐵運(yùn)行的安全性、高效性、低成本、網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度的要求也是水漲船高。地鐵運(yùn)行車輛是運(yùn)載乘客的直接載體，是安全運(yùn)輸、舒適乘坐的最直接呈現(xiàn)載體，其運(yùn)行成本與維修成本是運(yùn)營單位管理水平與運(yùn)維水平的直接體現(xiàn)。在保障地鐵系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上，科學(xué)、智能的提升管理與運(yùn)維水平，降低運(yùn)行與維修成本已然成為軌道交通行業(yè)廣泛關(guān)注與重點(diǎn)研究的熱點(diǎn)問題。

近年來，車輛制造水平顯著提高，車輛狀態(tài)修模式管理體系較為完善，伴隨人工智能、大數(shù)據(jù)、設(shè)備檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，以智能化、數(shù)字化為特征的車輛智能化維修管理體系正被不斷推廣應(yīng)用。智能化維修管理體系依托大數(shù)據(jù)技術(shù)支持，結(jié)合車輛運(yùn)行設(shè)備歷史數(shù)據(jù)與運(yùn)行參數(shù)，采用人工智能算法，對(duì)車輛狀態(tài)與設(shè)備故障進(jìn)行分析與診斷，預(yù)測(cè)設(shè)備壽命，并以此指導(dǎo)現(xiàn)場維修作業(yè)。智能化維修管理體系的成功應(yīng)用需要以車輛故障的分析與研究為基礎(chǔ)，特別是關(guān)鍵運(yùn)行設(shè)備，因此，本文首先對(duì)車輛故障管理的分析與關(guān)鍵難點(diǎn)進(jìn)行研究，并以此為基礎(chǔ)對(duì)車輛智能維修管理體系進(jìn)行合理優(yōu)化，使之能夠在更多實(shí)際場景進(jìn)行應(yīng)用，改善維修管理水平，提升維修質(zhì)量與效率。

1 地鐵車輛故障管理現(xiàn)狀

地鐵車輛故障管理重點(diǎn)依靠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與診斷分析系統(tǒng)，通過對(duì)車輛現(xiàn)場中的質(zhì)量檢驗(yàn)、運(yùn)行操作、故障與缺陷檢測(cè)記錄，完成車輛運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)收集，依托新型傳感技術(shù)、智能儀表技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、高端芯片激技術(shù)以及控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地鐵車輛在線監(jiān)測(cè)、診斷等功能，能夠?yàn)橛脩籼峁┫到y(tǒng)故障預(yù)測(cè)與車輛運(yùn)行狀態(tài)分析數(shù)據(jù)，為智能檢修提供重要參考。地鐵車輛故障管理歸屬于運(yùn)維單位中心領(lǐng)導(dǎo)決策層面，目前國內(nèi)地鐵公司與運(yùn)維單位多采用狀態(tài)檢修，在平衡保障車輛運(yùn)行狀態(tài)與車輛過剩維修時(shí)均面臨較大困難。

1.1 車輛關(guān)鍵部件故障調(diào)試數(shù)據(jù)不完整

我國地鐵規(guī)模發(fā)展與車輛技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出不平衡，地鐵車輛為滿足飛速發(fā)展的地鐵運(yùn)行規(guī)模，造成車輛種類繁多，車輛信息化建設(shè)不足現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，很多運(yùn)行車輛的前期可靠性報(bào)告不足，診斷與維修資料缺失或者停留在紙質(zhì)材料中；車輛維修人員水平較為單一，故障處理過程中難以將參數(shù)信息進(jìn)行較為完整的保存，且維修水平參差不齊，數(shù)據(jù)可靠性較低，因此地鐵車輛故障管理前期數(shù)據(jù)不足，后期需要通過大量的時(shí)間與維修經(jīng)驗(yàn)的積累。

1.2 車輛對(duì)關(guān)鍵部件預(yù)測(cè)精度要求與預(yù)警技術(shù)存在矛盾

車輛運(yùn)行狀態(tài)主要取決于關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)，為了迎合新時(shí)代地鐵發(fā)展，對(duì)車輛關(guān)鍵部件的預(yù)測(cè)精度越來越高，要求越來越細(xì)，需要對(duì)車輛關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)通過多渠道進(jìn)行采集，并對(duì)預(yù)警閥值做出科學(xué)劃分與準(zhǔn)確定位，并能夠?qū)Τ鲱A(yù)警閥值的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與有效分析；然而傳統(tǒng)的維修管理與技術(shù)尚未達(dá)到要求，傳統(tǒng)維修管理對(duì)預(yù)警閥值的設(shè)定與劃分無明確的界定，需對(duì)現(xiàn)有維修管理方式進(jìn)行科學(xué)升級(jí)。

1.3 車輛故障管理一體化程度要求高

車輛故障管理系統(tǒng)的運(yùn)行過程涉及到故障采集、編碼、記錄、傳遞，故障信息流轉(zhuǎn)需要統(tǒng)一、規(guī)范的流程，維修效果需要對(duì)維修計(jì)劃、成本、備件成本以及管理制度進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，維修現(xiàn)場需要對(duì)故障進(jìn)行再次檢測(cè)、維修效果評(píng)測(cè)等一系列流程均需統(tǒng)一、規(guī)范的流程，對(duì)車輛故障管理一體化要求程度較為嚴(yán)苛。

1.4 車輛故障管理分析過程復(fù)雜、信息化要求程度高

車輛故障管理分析對(duì)車輛關(guān)鍵部件以及典型故障完成模型建立，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，計(jì)算出特定部件特定故障的評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)，引入現(xiàn)場維修流程與管理策略，確定價(jià)值系數(shù)，最終得出維修指導(dǎo)建議，并對(duì)系統(tǒng)維修效果進(jìn)行后續(xù)記錄，進(jìn)行自身參數(shù)修定；分析維修過程中涉及的每個(gè)部件的參數(shù)均需要數(shù)字信息支持，然而車輛系統(tǒng)復(fù)雜、原始信息雜亂無章、資料格式不統(tǒng)一等現(xiàn)象突出，對(duì)效率提升、成本較低的信息化需求高，建設(shè)過程較為困難。

2 車輛智能化維修管理體系建設(shè)

2.1 車輛智能化維修管理體系功能需求

針對(duì)傳統(tǒng)檢修模式模塊化、智能化程度不高，因此在車輛智能化維修管理體系建設(shè)時(shí)，需要對(duì)體系功能進(jìn)行需求分析，主要應(yīng)包括以下功能.

（1）車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示功能，主要對(duì)線路編號(hào)、車輛編號(hào)、運(yùn)行線路長度、換乘站點(diǎn)信息、車輛行駛里程、車輛預(yù)約檢修時(shí)間等信息進(jìn)行顯示。

（2）車輛檢修計(jì)劃擬定功能，基于車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)備檢測(cè)參數(shù)、人工檢測(cè)參數(shù)等車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，擬定該車輛針對(duì)特定部件的、科學(xué)的檢修計(jì)劃。

（3）車輛檢修調(diào)度指令擬定功能，基于車輛檢修計(jì)劃，在完成對(duì)檢修基地冗余能力采集的基礎(chǔ)上，在車輛調(diào)度中心通過對(duì)車輛上線、備用車輛等信息分析，擬定車輛檢修調(diào)度指令。

（4）車輛檢修工單派發(fā)功能，在擬定的車輛調(diào)度指令基礎(chǔ)上，利用檢修工單調(diào)度管理模塊合理安排檢修工作，排定檢修工位、檢修線路等，另對(duì)檢修工單進(jìn)行下發(fā)。

（5）車輛數(shù)據(jù)查詢功能，建立車輛信息數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)車輛歷史故障信息、檢修計(jì)劃、運(yùn)行狀態(tài)、檢修調(diào)度計(jì)劃等的一鍵式、分組查詢。

2.2 車輛智能化維修管理體系構(gòu)成

車輛智能化維修管理體系基于智能化、模塊話設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建主要有以下體系組成：

（1）智能化檢修管理體系。該體系以檢修現(xiàn)場工作以及車輛參數(shù)為依據(jù)，統(tǒng)籌車輛維修計(jì)劃、調(diào)度計(jì)劃、維修質(zhì)量以及部門合作等方面，以信息化技術(shù)為基礎(chǔ)覆蓋車輛維修以及部門合作，同時(shí)能夠?yàn)楝F(xiàn)場工作人員提供便于數(shù)據(jù)查詢的終端，便于車輛信息及時(shí)查詢與更新。

（2）智能設(shè)備管理體系。該體系主要針對(duì)車輛以及車輛關(guān)鍵部件的故障信息收集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、在線分析等方面，對(duì)車輛以及車輛關(guān)鍵部件收集的運(yùn)行參數(shù)銅鼓在線分析，以體系中預(yù)警閥值為基準(zhǔn)，能夠給出車輛以及車輛關(guān)鍵部件的狀態(tài)，提醒檢修人員及時(shí)對(duì)車輛以及車輛關(guān)鍵部件進(jìn)行針對(duì)性維護(hù)，消除安全隱患。

（3）檢修安全管理體系。該體系對(duì)檢修現(xiàn)場安全把控，借助檢修現(xiàn)場安全管控制度與設(shè)備對(duì)檢修過程中檢修人員人身安全進(jìn)行有效保護(hù)，例如隔離開關(guān)、遠(yuǎn)程接地、門禁連鎖等設(shè)備以及圖像智能告警等手段，保證檢修各階段標(biāo)準(zhǔn)化、可視化以及智能化，確認(rèn)人員安全。

3 基于多元數(shù)據(jù)的智能檢修管理體系

3.1 多源指標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系

地鐵車輛運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的首要環(huán)節(jié)為評(píng)估指標(biāo)的選取，這是運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的基礎(chǔ)，評(píng)估指標(biāo)的全面、合理、客觀對(duì)評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性、可信度至關(guān)重要，本文構(gòu)建了圖1所示的地鐵車輛綜合狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系。

圖1 地鐵車輛綜合狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系

如圖1所示，該指標(biāo)體系分為設(shè)備性能因素、環(huán)境影響因素、運(yùn)維管理因素、人員素質(zhì)因素等四大類，在各類指標(biāo)值中拓展二級(jí)影響因素，二級(jí)影響因素具體到設(shè)備結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件、管理細(xì)則、人員技能等實(shí)際狀況，能夠全面包括設(shè)備狀態(tài)，同時(shí)考慮檢修維護(hù)等后期可變因素，保證評(píng)估結(jié)果的可信度與準(zhǔn)確性。

3.2 多維度指標(biāo)評(píng)估集

在建立地鐵車輛綜合狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系之后，需要建立地鐵車輛多維度指標(biāo)評(píng)估集，并對(duì)其評(píng)估結(jié)果做出相應(yīng)解釋，本文結(jié)合地鐵車輛的實(shí)際運(yùn)行情況。將地鐵車輛綜合狀態(tài)劃分為如表1的7個(gè)等級(jí)。

表1 地鐵車輛綜合狀態(tài)評(píng)估等級(jí)表

對(duì)地鐵車輛系統(tǒng)綜合狀態(tài)進(jìn)行1-7維度劃分，可以為運(yùn)維檢修人員提供直接的參考依據(jù)，便于以此為基礎(chǔ)合理安排檢修計(jì)劃，保障地鐵安全運(yùn)行的同時(shí)節(jié)省人力與運(yùn)維成本。

3.3 融合多源信息的地鐵車輛運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估

（1）隸屬度函數(shù)的確定。隸屬度函數(shù)中參數(shù)的確立為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，通常以專家經(jīng)驗(yàn)為主，而隸屬度則代表地鐵車輛中隱含狀態(tài)與各評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)系，即歸屬于某評(píng)價(jià)等級(jí)的可能性，隸屬度函數(shù)的輸出形式為集合，本文給出4個(gè)評(píng)估等級(jí)的隸屬度函數(shù)。

式中：fj(x)表示不同評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)的隸屬度；x1 ,x2,x3,x4為各隸屬度分界值，表示地鐵車輛不同運(yùn)行狀態(tài)下的所對(duì)應(yīng)的隸屬度在其范圍內(nèi)，本參考文獻(xiàn)，設(shè)定本文中x1 ,x2,x3,x4分別為 10，40，70，90。

（2）確定運(yùn)行狀態(tài)分值。通過LSTM的深度數(shù)據(jù)挖掘，為得到更加精確的狀態(tài)評(píng)估結(jié)果，采用百分制加權(quán) 方法對(duì)地鐵車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行打分，得到狀態(tài)等級(jí)對(duì)應(yīng)的評(píng)分值，如表2所示。

表2 狀態(tài)等級(jí)對(duì)應(yīng)的評(píng)分值

基于多元數(shù)據(jù)的智能檢修系統(tǒng)具備規(guī)范化記錄、規(guī)范化統(tǒng)計(jì)、智能化分析、信息管理、過程管控、防錯(cuò)管理與控制，能自動(dòng)生成檢修結(jié)果，以供用戶調(diào)閱，能智能識(shí)別部件的“過修”和“欠修”狀態(tài)，定期據(jù)提出更科學(xué)的修程調(diào)整建議，實(shí)現(xiàn)部件維修周期的科學(xué)化；能科學(xué)地延長部分部件的修程，避免欠修和過修；能有效提高檢修效率和效益。

4 結(jié)語

地鐵車輛智能化檢修水平提升是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，建設(shè)智能化維修管理體系難點(diǎn)多，需要對(duì)地鐵車輛故障管理進(jìn)行改善，科學(xué)設(shè)計(jì)地鐵車輛智能化檢修體系，同時(shí)融合多源信息的地鐵車輛運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估，建立基于多源信息地鐵車輛智能化檢修體系，只有不斷完善智能化檢修體系，才能有效地減少維修人工，節(jié)約列車的檢修資源，提升檢修效率和水平。