段亞美
(上海地鐵維護(hù)保障有限公司通號(hào)分公司,200235,上?!喂こ處?
根據(jù)規(guī)劃,2030年上海的城市軌道交通線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)總長(zhǎng)度將超過(guò)1 000 km,工作日均客流將超過(guò)1 000萬(wàn)人次/d。上海城市軌道交通日趨網(wǎng)絡(luò)化、密集化和復(fù)雜化,對(duì)線網(wǎng)的“大腦”——信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)提出了更高要求。
為了滿足超大規(guī)模城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)對(duì)設(shè)備維護(hù)質(zhì)量的嚴(yán)格要求,上海地鐵維護(hù)保障有限公司通號(hào)分公司(以下簡(jiǎn)稱“通號(hào)分公司”)通過(guò)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的智能運(yùn)維探索,從經(jīng)驗(yàn)思維轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)思維,以數(shù)字化驅(qū)動(dòng)質(zhì)量提升,優(yōu)化上海城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的維護(hù)管理方法。在生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)方面,通號(hào)分公司基于“云(云平臺(tái))、管(網(wǎng)絡(luò)管道)、端(終端)”的分級(jí)運(yùn)維架構(gòu)逐步向扁平化生產(chǎn)組織模式轉(zhuǎn)型,以突破專業(yè)獨(dú)立、多層分散的管理界限,形成集約復(fù)合、協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)的生產(chǎn)管理體系。在設(shè)備的運(yùn)維模式方面,通號(hào)分公司持續(xù)推進(jìn)基于狀態(tài)修的新型維護(hù)模式,以打通生產(chǎn)體系中的數(shù)據(jù)流、信息流,實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的線路級(jí)維護(hù)模式向網(wǎng)絡(luò)級(jí)運(yùn)維模式的轉(zhuǎn)變。
目前上海城市軌道交通各線路均已具備一定的信號(hào)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)功能,但仍存在著采集覆蓋不全面、監(jiān)測(cè)技術(shù)不完善、新老線路標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、各維護(hù)子系統(tǒng)不聯(lián)通等問(wèn)題[1],難以實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)絡(luò)信號(hào)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤、分析及管控,且缺乏集成化統(tǒng)管能力,在一定程度上影響了應(yīng)急響應(yīng)及應(yīng)急處置的速度。
傳統(tǒng)運(yùn)維模式下的故障處置過(guò)程對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)的依賴性較強(qiáng),包括人工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、人工調(diào)閱數(shù)據(jù)分析、故障經(jīng)驗(yàn)判斷等,存在著效率低、工作量大、不確定因素多等問(wèn)題[2]。以道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備為例,在正常運(yùn)營(yíng)時(shí)段,維修人員無(wú)法進(jìn)入正線,難以準(zhǔn)確獲取設(shè)備工況實(shí)時(shí)變化的情況。故障發(fā)生時(shí),現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員一般需要耗費(fèi)15~30 min對(duì)室內(nèi)或室外軌行區(qū)故障點(diǎn)進(jìn)行定位,歷時(shí)較長(zhǎng)。此外,通過(guò)人工調(diào)度申請(qǐng)獲取搶修點(diǎn)后進(jìn)行室內(nèi)/室外排除故障,故障修復(fù)時(shí)間也較長(zhǎng),應(yīng)急搶修成本較高。
目前存在物資管理平臺(tái)、EAM(資產(chǎn)管理平臺(tái))、施工管理平臺(tái)等多個(gè)管理平臺(tái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理,平臺(tái)間相互獨(dú)立,數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、信息不對(duì)稱,且缺乏全壽命周期設(shè)備的動(dòng)態(tài)化統(tǒng)一管理,因而無(wú)法滿足自動(dòng)化及標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程的建設(shè)需求。
在超大規(guī)模城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)下,運(yùn)行場(chǎng)景復(fù)雜多樣,設(shè)備的維護(hù)作業(yè)體量快速增長(zhǎng),維護(hù)難度日趨增加。當(dāng)前以計(jì)劃性防范為主的維護(hù)管理模式主要基于標(biāo)準(zhǔn)化維護(hù)規(guī)程,大多參考鐵路行業(yè)傳統(tǒng)條件下的運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn),已無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備精準(zhǔn)、高效、便捷的維護(hù)需求。而且,傳統(tǒng)的維護(hù)模式對(duì)人力、物力的投入極大,在運(yùn)營(yíng)管理上難以支撐高強(qiáng)度、超大網(wǎng)絡(luò)下高額的運(yùn)維成本。
針對(duì)目前上海城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)維存在的問(wèn)題,本研究從信號(hào)系統(tǒng)的功能需求、采集需求出發(fā),對(duì)后續(xù)線網(wǎng)級(jí)智能運(yùn)維平臺(tái)升級(jí)、線路側(cè)維護(hù)支持子系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)提出建議,如圖1所示。
圖1 上海城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)智能運(yùn)維的需求分析
面向全線網(wǎng)的信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備包括道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備、電源系統(tǒng)設(shè)備、CBTC(基于通信的列車控制)系統(tǒng)設(shè)備、列車檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)備、聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備等。為了實(shí)現(xiàn)全面的集成化監(jiān)測(cè),集成化的在線監(jiān)測(cè)應(yīng)以圖形化的方式監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)(包括線路圖、車站室內(nèi)/室外關(guān)鍵設(shè)備圖形化等),便于快速輔助進(jìn)行設(shè)備的故障判斷及隱患定位,直觀調(diào)取信號(hào)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)全景圖、實(shí)時(shí)跟蹤記錄線路關(guān)鍵運(yùn)營(yíng)運(yùn)維信息、監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)、發(fā)出故障告警及迅速定位、設(shè)備智能預(yù)警等信息[3]。
將信號(hào)設(shè)備系統(tǒng)多維度的采集數(shù)據(jù)及生產(chǎn)維護(hù)信息等進(jìn)行綜合,形成規(guī)范化的故障處理流程。具體要求包括:① 建立信號(hào)設(shè)備的故障體系,定義故障代碼,形成故障樹(shù),以有效分析設(shè)備故障分布及故障關(guān)聯(lián),在日常維護(hù)時(shí)實(shí)施預(yù)防性維護(hù)措施;② 構(gòu)建基于BIM(建筑信息模型)的設(shè)備維護(hù)視圖,實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線狀態(tài)、設(shè)備基礎(chǔ)信息(如名稱、型號(hào)、品牌、參數(shù)等)和設(shè)備位置信息的融合,通過(guò)圖譜化對(duì)故障進(jìn)行精準(zhǔn)定位,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員快速操作;③ 基于故障案例庫(kù)、智能分析庫(kù)、維護(hù)手冊(cè)等生成信號(hào)設(shè)備故障處理的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程,同時(shí)支持單兵設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況傳送和遠(yuǎn)程技術(shù),以實(shí)現(xiàn)故障處理的全過(guò)程管控。
建立應(yīng)急協(xié)同一體化機(jī)制,進(jìn)一步提升信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)急搶修效率和水平,減少對(duì)正常運(yùn)營(yíng)的影響。其措施主要包括:① 構(gòu)建應(yīng)急調(diào)度指揮體系,實(shí)現(xiàn)應(yīng)急搶修資源(如人力、物資、設(shè)施等)的實(shí)時(shí)定位及快速調(diào)度,預(yù)測(cè)故障對(duì)運(yùn)營(yíng)影響的范圍、時(shí)間等,并提出相應(yīng)的運(yùn)維組織建議;② 對(duì)于部分關(guān)鍵信號(hào)設(shè)備,如車站ATS(列車自動(dòng)監(jiān)控)工作站、ZC(區(qū)域控制器)機(jī)柜、車載子系統(tǒng)等,實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程重啟功能;③提供場(chǎng)景化的應(yīng)急處置預(yù)案,并結(jié)合多樣化運(yùn)維場(chǎng)景需求及故障統(tǒng)計(jì)情況,建立并動(dòng)態(tài)更新應(yīng)急處理方案。
基于“采購(gòu)、管理、使用、保養(yǎng)、維修、報(bào)廢”設(shè)備管理流程,實(shí)現(xiàn)設(shè)備從采購(gòu)入庫(kù)到報(bào)廢的全生命周期管理,打通各平臺(tái)間的壁壘,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的統(tǒng)一臺(tái)賬、設(shè)備樹(shù)、動(dòng)態(tài)履歷、備品備件等的管理功能,并與設(shè)備采購(gòu)計(jì)劃、物料管理、施工管理等工作對(duì)接。其中,設(shè)備臺(tái)賬不僅包含設(shè)備編碼、設(shè)備類別、設(shè)備名稱、廠家、出廠編號(hào)、產(chǎn)品規(guī)格、購(gòu)置時(shí)間、投產(chǎn)時(shí)間、使用部門、使用位置等基本信息,還應(yīng)包括設(shè)備可全程追溯的各類過(guò)程信息。
對(duì)海量的設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘,分析、總結(jié)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的歷史規(guī)律,為決策支持提供依據(jù)。其要求主要包括:① 智能診斷分析,可實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備的故障溯源、關(guān)聯(lián)分析,解決多點(diǎn)故障根源追溯難題;② 多專業(yè)接口分析,可實(shí)現(xiàn)信號(hào)專業(yè)和車輛、供電、工務(wù)等專業(yè)接口的故障診斷,解決跨專業(yè)故障定位困難的問(wèn)題;③ 通過(guò)機(jī)器替代人工的方式,從海量設(shè)備數(shù)據(jù)中分析其規(guī)律,挖掘運(yùn)維數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值,依據(jù)規(guī)律優(yōu)化、改進(jìn)信號(hào)設(shè)備的維護(hù)策略;④ 專項(xiàng)分析,針對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍動(dòng)作、定位信標(biāo)讀取、車載無(wú)線通信、緊急停車等場(chǎng)景建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型,通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)其故障的發(fā)展趨勢(shì);⑤ 設(shè)備健康質(zhì)量評(píng)估,建立適用于信號(hào)設(shè)備的健康質(zhì)量評(píng)估體系及關(guān)鍵設(shè)備的壽命預(yù)測(cè)評(píng)估方法,為設(shè)備的狀態(tài)修提供數(shù)據(jù)支撐。
信號(hào)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的數(shù)據(jù)采集應(yīng)實(shí)現(xiàn)全覆蓋,其監(jiān)測(cè)采集范圍包括車載、ATS、ZC、DCS(數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng))、聯(lián)鎖系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)和報(bào)警信息,故障應(yīng)定位到板卡級(jí)。同時(shí),應(yīng)實(shí)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)、道岔缺口、道岔組合全繼電器、列車檢測(cè)設(shè)備、信號(hào)機(jī)、站臺(tái)門、電纜絕緣、排架熔絲、電源設(shè)施(含外電網(wǎng)、電源屏、UPS(不間斷電源)、電池)等設(shè)備的監(jiān)測(cè)采集,以及設(shè)備房(含溫濕度、粉塵、煙感、水浸等)環(huán)境、無(wú)線環(huán)境等的監(jiān)測(cè)采集等。
傳統(tǒng)的單一數(shù)據(jù)采集模式已不適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)運(yùn)維的要求。超大線網(wǎng)規(guī)模下信號(hào)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多樣化、全面化的特征,數(shù)據(jù)類別主要包括系統(tǒng)日志、故障報(bào)警、設(shè)備狀態(tài)、性能信息等。
4.2.1 系統(tǒng)日志
信號(hào)系統(tǒng)將傳統(tǒng)的單一數(shù)據(jù)采集方式擴(kuò)展為多維度的信息采集方式,其日志信息采集包括車載日志、ATS日志、聯(lián)鎖日志、計(jì)軸日志、信號(hào)網(wǎng)絡(luò)日志等。其中:① 車載日志可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)傳輸下載,并具備離線分析功能,日志分析的典型場(chǎng)景包括列車的EB(緊急制動(dòng))、停車精度、人工駕駛、停站時(shí)間等,通過(guò)對(duì)這些主題分析,挖掘數(shù)據(jù)規(guī)律;② ATS日志信息包括ATS告警信息、事件信息及關(guān)鍵操作記錄,可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景規(guī)律的深入挖掘;③ 聯(lián)鎖日志信息包括聯(lián)鎖告警信息、內(nèi)部系統(tǒng)日志及關(guān)鍵操作記錄,可實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)鎖運(yùn)行內(nèi)部狀態(tài)、運(yùn)營(yíng)影響情況及故障分布等的挖掘及分析;④ 計(jì)軸日志信息包括計(jì)軸原始日志、計(jì)軸故障日志及計(jì)軸維護(hù)建議,可通過(guò)數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)故障診斷及維護(hù)指導(dǎo);⑤ 信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的抓包數(shù)據(jù)收集,可實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)日志的通信質(zhì)量監(jiān)督。
4.2.2 故障報(bào)警
作為數(shù)據(jù)采集的重要組成部分,信號(hào)設(shè)備報(bào)警信息的采集包括ATS系統(tǒng)報(bào)警、ZC報(bào)警、DCS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備報(bào)警、電源屏及UPS報(bào)警等。其中:ATS系統(tǒng)報(bào)警包括一般系統(tǒng)報(bào)警、系統(tǒng)錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)故障、第三方接口通信故障等;ZC報(bào)警包括一般系統(tǒng)報(bào)警、系統(tǒng)錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)故障、板卡故障、冗余丟失等;DCS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備報(bào)警包括設(shè)備通信異常、電源報(bào)警等緊急報(bào)警,端口流量異常、丟包率、信息傳輸延時(shí)等主要報(bào)警,以及CPU(中央處理器)、內(nèi)存利用率等次要性能報(bào)警。
4.2.3 設(shè)備狀態(tài)
如表1所示,信號(hào)系統(tǒng)智能運(yùn)維需具備對(duì)狀態(tài)量、模擬量、曲線量、測(cè)試量、結(jié)構(gòu)化量、非結(jié)構(gòu)化量等形式數(shù)據(jù)的采集能力,以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的數(shù)字化。
表1 通號(hào)設(shè)備維修系統(tǒng)的典型數(shù)字化運(yùn)維應(yīng)用場(chǎng)景Tab.1 Typical digital operation and maintenance application scenarios of Telecom & Signaling maintenance system
表1 信號(hào)設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集形式Tab.1 Data collection type of signal device status
信號(hào)系統(tǒng)智能運(yùn)維數(shù)據(jù)采集主要包含設(shè)備直接采集、系統(tǒng)接口2種方式,可解決傳統(tǒng)模式下數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性、安全性等難題,實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)的可信、精準(zhǔn)、全覆蓋感知。
4.3.1 設(shè)備直接采集
由于信號(hào)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集要求提升,需要從傳統(tǒng)的低頻采集擴(kuò)展為需捕獲毫秒級(jí)瞬間特性的高頻采集。且由于采集場(chǎng)景復(fù)雜,傳統(tǒng)的單一固定取樣需要逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間域及對(duì)象可變的復(fù)雜取樣??赏ㄟ^(guò)智能傳感器、智能儀表、智能視頻等技術(shù)手段,打破信號(hào)系統(tǒng)高隔離、非浸入、強(qiáng)實(shí)時(shí)的系統(tǒng)參數(shù)采集瓶頸。
智能傳感器是具備信息處理能力的傳感器,智能傳感器間可進(jìn)行信息交流,并完成分析、計(jì)算等任務(wù)。例如:圖2所示的交直流電流智能綜合采集器采用了ASIC(專用集成電路)和數(shù)字測(cè)量技術(shù),能夠分別采集燈絲電流、50 Hz交流電流、移頻發(fā)送電流、ZD7型道岔電流、EJ型道岔電流、電源屏直流電流等的數(shù)據(jù)信息,并支持遠(yuǎn)程功能配置及升級(jí)、濾波參數(shù)配置、在線診斷等功能。
圖2 交直流電流智能綜合采集器Fig.2 AC/DC current intelligent comprehensive collector
智能視頻是利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理視頻圖像技術(shù),將目標(biāo)對(duì)象與其周圍場(chǎng)景分離,追蹤并分析視頻場(chǎng)景內(nèi)的目標(biāo)對(duì)象。例如,道岔缺口視頻監(jiān)測(cè)裝置如圖3所示,可定時(shí)拍攝轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部缺口圖像,通過(guò)圖像識(shí)別來(lái)監(jiān)測(cè)道岔缺口變化情況。
圖3 道岔缺口視頻監(jiān)測(cè)裝置模型Fig.3 Model of switch gap monitoring device
4.3.2 系統(tǒng)接口
信號(hào)設(shè)備智能運(yùn)維系統(tǒng)可通過(guò)與車載系統(tǒng)、ZC系統(tǒng)、ATS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、智能電源屏、UPS、蓄電池、轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口、智能燈絲、計(jì)軸等進(jìn)行接口,獲取設(shè)備的報(bào)警信息及關(guān)鍵數(shù)據(jù)。同時(shí),智能運(yùn)維系統(tǒng)還需預(yù)留與其他第三方系統(tǒng)對(duì)接的接口。
1) 強(qiáng)化技術(shù)支撐,提升運(yùn)維管理的智能化水平。進(jìn)一步完善線網(wǎng)級(jí)信號(hào)智能運(yùn)維平臺(tái),建立數(shù)據(jù)分析中心,建設(shè)信號(hào)專業(yè)多維度的設(shè)備檢測(cè)中心和數(shù)據(jù)庫(kù)。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)結(jié)合算法模型,提升數(shù)據(jù)分析能力,為信號(hào)設(shè)備的運(yùn)維管理提供決策分析數(shù)據(jù)支持。
2) 優(yōu)化業(yè)務(wù)流程,實(shí)現(xiàn)全面集約化管理。業(yè)務(wù)流程的轉(zhuǎn)型升級(jí)包括從線路級(jí)運(yùn)維到線網(wǎng)級(jí)一體化運(yùn)維的升級(jí)、人工巡檢到自動(dòng)化巡檢的升級(jí)、各系統(tǒng)分散管理到集中化管理的升級(jí)等方面。同時(shí),基于設(shè)備全生命周期管理,規(guī)范不同階段、不同部門的業(yè)務(wù)流程,通過(guò)設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、資產(chǎn)管理的信息融合,實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備整體安全性和維護(hù)保障能力的提升。
3) 維護(hù)策略差異化,分階段推進(jìn)狀態(tài)修?;谛盘?hào)設(shè)備的全面監(jiān)測(cè)及浸入式集中管理,加速形成以狀態(tài)修為主、故障修及計(jì)劃修相結(jié)合的差異化綜合性維護(hù)策略。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分系統(tǒng)、分線路逐步試點(diǎn)推進(jìn)狀態(tài)修,如根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)智能運(yùn)維建設(shè)的成熟度及維護(hù)需求。對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備進(jìn)行試點(diǎn),并選取新建線路實(shí)施試點(diǎn)。同時(shí),基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況更新維護(hù)規(guī)程,實(shí)施差異化維護(hù)策略下的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)。
城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)在安全性、可靠性及可用性上已有一系列成熟的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,而信號(hào)系統(tǒng)智能運(yùn)維方面目前急需制定有明確約束力的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。究其原因,一方面是信號(hào)系統(tǒng)迫切需要配置相應(yīng)的智能技術(shù)裝備,以實(shí)現(xiàn)有效的維護(hù)管理、保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行。另一方面是超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)容易形成蝴蝶效應(yīng),信號(hào)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)維管理模式僅能滿足基本維修需求,還存在諸多問(wèn)題[4],需要通過(guò)建立智能化的運(yùn)維體系進(jìn)行升級(jí)改造。
上海軌道交通已于2017年完成線網(wǎng)級(jí)信號(hào)智能運(yùn)維平臺(tái)一期的建設(shè)并投入使用?,F(xiàn)階段需結(jié)合信號(hào)系統(tǒng)智慧運(yùn)維的需求,進(jìn)一步完善線網(wǎng)側(cè)運(yùn)維平臺(tái)及線路側(cè)維護(hù)支持系統(tǒng)的功能,增強(qiáng)數(shù)據(jù)的采集能力,大幅提升全網(wǎng)絡(luò)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的覆蓋率,以實(shí)現(xiàn)設(shè)備一體化協(xié)同運(yùn)維與健康管理。