楊超

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣州 510010）

1 引言

當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通正處于高速發(fā)展階段，截至2021年年底，中國(guó)內(nèi)地累計(jì)有50座城市開(kāi)通運(yùn)營(yíng)軌道交通，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)9 192.62 km[1]。列車(chē)車(chē)輛是城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)載體與核心，也是最復(fù)雜的設(shè)備之一。運(yùn)營(yíng)里程的不斷增長(zhǎng)導(dǎo)致列車(chē)數(shù)量不斷增加，這就要求車(chē)輛運(yùn)用檢修管理需要更加精細(xì)化和高效化，而地鐵車(chē)輛基地作為車(chē)輛運(yùn)用檢修的主要場(chǎng)所，有效提高車(chē)輛運(yùn)行可靠性、不斷提升運(yùn)維效率、控制人員投入、降低運(yùn)維成本是當(dāng)前地鐵車(chē)輛基地迫切需要解決的問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)部分城市地鐵公司已經(jīng)開(kāi)展了車(chē)輛智能運(yùn)維的相關(guān)研究，如上海地鐵已實(shí)施了軌道車(chē)輛智慧運(yùn)維系統(tǒng)項(xiàng)目的建設(shè)[2]，北京地鐵已經(jīng)進(jìn)行了車(chē)輛段信息化管控系統(tǒng)項(xiàng)目研究[3]，廣州地鐵依托城市軌道交通系統(tǒng)安全與運(yùn)維保障國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，研究建立了基于大數(shù)據(jù)云計(jì)算的車(chē)輛全壽命周期的智能運(yùn)維系統(tǒng)[4]。

當(dāng)前，我國(guó)各大城市在建設(shè)軌道交通并投入運(yùn)營(yíng)的車(chē)輛運(yùn)維過(guò)程中，建立了關(guān)于車(chē)輛維修管理系統(tǒng)、車(chē)輛部件監(jiān)控系統(tǒng)等分立系統(tǒng)，但未將車(chē)輛的全生命周期運(yùn)維過(guò)程統(tǒng)一集中管理，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，數(shù)據(jù)質(zhì)量有待提高。部分地鐵開(kāi)通較早的城市車(chē)輛段初步建立了具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析能力的系統(tǒng)設(shè)備，但還未全面開(kāi)展業(yè)務(wù)應(yīng)用，面向海量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施能力尚未完備，仍在探索業(yè)務(wù)與應(yīng)用結(jié)合的實(shí)踐中，缺乏高效的存儲(chǔ)、處理手段，數(shù)據(jù)分析及利用效率低，無(wú)法發(fā)掘出隱藏的價(jià)值信息。

因此，需要圍繞地鐵車(chē)輛運(yùn)維需求，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)，對(duì)車(chē)輛段進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)改造，促進(jìn)各系統(tǒng)融合共建、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)開(kāi)放共享，促進(jìn)車(chē)輛檢修運(yùn)維資源的統(tǒng)一分配及列車(chē)全生命周期智能化運(yùn)維管理，在全面感知、實(shí)時(shí)通信、海量數(shù)據(jù)分析能力不斷提升的前提下，開(kāi)展地鐵車(chē)輛運(yùn)維數(shù)據(jù)的深度挖掘，為車(chē)輛檢修維護(hù)提供先進(jìn)、智能、經(jīng)濟(jì)的新型模式。

2 數(shù)字化車(chē)輛基地的總體目標(biāo)

傳統(tǒng)的車(chē)輛檢修行業(yè)是典型的勞動(dòng)密集型行業(yè)，主要依靠維修人員人工檢查車(chē)輛，手寫(xiě)記錄各項(xiàng)信息，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制訂維修計(jì)劃，定期開(kāi)展檢查。車(chē)輛的檢修強(qiáng)度大、效率低、人工成本高，難以適應(yīng)大規(guī)模城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展需求。

數(shù)字化車(chē)輛基地即通過(guò)對(duì)車(chē)輛運(yùn)維相關(guān)數(shù)據(jù)跨平臺(tái)、跨系統(tǒng)、跨應(yīng)用地統(tǒng)一進(jìn)行集中規(guī)范管理，對(duì)列車(chē)狀態(tài)與列車(chē)安全及壽命相關(guān)的系統(tǒng)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)、故障診斷、狀態(tài)綜合分析、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、故障隱患挖掘等工作，為車(chē)輛檢修維保提供網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)和應(yīng)急處置支持，最終實(shí)現(xiàn)車(chē)輛全壽命周期的智能化運(yùn)維管理。

數(shù)字化車(chē)輛基地建設(shè)主要有以下目標(biāo)。

2.1 提高自動(dòng)檢測(cè)效率，降低人車(chē)比

利用自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備替代部分人工檢測(cè)，節(jié)省人力成本的同時(shí)，還可以通過(guò)檢測(cè)設(shè)備的并行作業(yè)縮短檢測(cè)時(shí)間，提高檢修效率，降低本線車(chē)輛檢修人車(chē)比。

2.2 跟蹤管理部件全壽命周期，提高車(chē)輛運(yùn)行的可靠性

跟蹤關(guān)鍵部件的狀態(tài)和性能變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知；通過(guò)對(duì)關(guān)鍵部位的日常檢測(cè)，對(duì)比跟蹤檢測(cè)頂點(diǎn)的變化過(guò)程和失效形式，提高車(chē)輛運(yùn)行的可靠性。

2.3 搭建融合的數(shù)據(jù)平臺(tái)，促進(jìn)車(chē)輛檢修業(yè)務(wù)的持續(xù)優(yōu)化

通過(guò)融合各系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)應(yīng)用擴(kuò)展能力，提供精準(zhǔn)的業(yè)務(wù)服務(wù)。通過(guò)海量數(shù)據(jù)的采集、處理及應(yīng)用分析，形成持續(xù)的數(shù)據(jù)整合與應(yīng)用能力，以數(shù)字促使車(chē)輛檢修業(yè)務(wù)的持續(xù)優(yōu)化。

2.4 綜合管控檢修業(yè)務(wù)，提升安全保障

通過(guò)物聯(lián)技術(shù)將作業(yè)過(guò)程中的設(shè)備進(jìn)行邏輯關(guān)聯(lián)，包括軌旁在線檢測(cè)設(shè)備、列車(chē)清洗機(jī)、不落輪鏇床、大型工程車(chē)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、五防連鎖設(shè)備等，同時(shí)進(jìn)行人員跟蹤、列車(chē)定位跟蹤、異常入侵跟蹤，保障檢修業(yè)務(wù)的順利執(zhí)行，為車(chē)輛提供安全保障。

3 數(shù)字化車(chē)輛基地的實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車(chē)輛基地，需要做好車(chē)輛運(yùn)維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析處理和應(yīng)用。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集涉及列車(chē)車(chē)載在線檢測(cè)系統(tǒng)、車(chē)載信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、軌旁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)輸入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車(chē)輛及各個(gè)子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和智能預(yù)測(cè)，同時(shí)還能制訂更加合理高效的維護(hù)計(jì)劃，在維護(hù)計(jì)劃執(zhí)行過(guò)程中，需要對(duì)維護(hù)過(guò)程提供支持，合理、優(yōu)化地安排相關(guān)的人力、財(cái)力、物質(zhì)資源。數(shù)字化車(chē)輛基地總體構(gòu)架如圖1所示。

圖1 數(shù)字化車(chē)輛基地總體架構(gòu)

數(shù)字化車(chē)輛基地通過(guò)多個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)施可以有效提高車(chē)輛段的數(shù)字化智能維護(hù)，包括車(chē)載在線檢測(cè)系統(tǒng)、軌旁在線檢測(cè)系統(tǒng)、車(chē)輛及車(chē)輛段數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析監(jiān)測(cè)平臺(tái)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。其中，車(chē)載數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、軌旁數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及車(chē)輛段數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化車(chē)輛基地的前提，可以完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的生成、采集和基本處理，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析監(jiān)測(cè)平臺(tái)和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)是數(shù)字化車(chē)輛基地的核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聚類分析和應(yīng)用。

3.1 車(chē)載在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

車(chē)載在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)列車(chē)運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳輸，實(shí)時(shí)獲取列車(chē)的信息和數(shù)據(jù)，主要包括軸箱振動(dòng)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、空調(diào)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、車(chē)門(mén)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、車(chē)載蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)集成采集系統(tǒng)以數(shù)字驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，通過(guò)對(duì)車(chē)載設(shè)備的監(jiān)測(cè)，跟蹤行車(chē)關(guān)鍵部件的狀態(tài)和性能的變化情況，對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行判斷。

3.2 軌旁在線檢測(cè)系統(tǒng)

軌旁在線檢測(cè)系統(tǒng)利用圖像、激光、超聲波等檢測(cè)手段，通過(guò)在車(chē)頂、軌旁及車(chē)底分別安裝受電弓檢測(cè)系統(tǒng)、車(chē)體360°圖像檢測(cè)系統(tǒng)、輪對(duì)尺寸踏面擦傷檢測(cè)系統(tǒng)及輪對(duì)探傷檢測(cè)系統(tǒng)等檢測(cè)設(shè)備，對(duì)列車(chē)車(chē)體、受電弓、空調(diào)、走行部進(jìn)行檢測(cè)，采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)傷損，保障運(yùn)營(yíng)安全，提高服務(wù)品質(zhì)。

3.3 輔助設(shè)備及系統(tǒng)

輔助設(shè)備及系統(tǒng)主要為檢修作業(yè)終端，包括庫(kù)內(nèi)工位附近的工控機(jī)終端，以及配給當(dāng)班檢修工作人員的手持移動(dòng)終端，用于查收檢修計(jì)劃，處理作業(yè)任務(wù)（反饋執(zhí)行情況、記錄作業(yè)消耗），提報(bào)故障問(wèn)題等。

3.4 信號(hào)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

信號(hào)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)本地記錄并遠(yuǎn)程傳輸信號(hào)車(chē)載數(shù)據(jù)，如ATP檢測(cè)到的列車(chē)超速、ATP啟動(dòng)的緊急制動(dòng)及空轉(zhuǎn)/打滑情況、車(chē)站停車(chē)事件（即超程運(yùn)行、運(yùn)行不足、站臺(tái)扣車(chē)、跳停等）、發(fā)車(chē)測(cè)試結(jié)果、軟件事件、ATP故障等，并能通過(guò)信號(hào)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)車(chē)載數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下載列車(chē)信號(hào)數(shù)據(jù)至服務(wù)器的功能，進(jìn)行日常故障診斷分析、大數(shù)據(jù)分析，包括系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)、系統(tǒng)健康評(píng)估、數(shù)據(jù)可視化顯示等，提高維修人員的故障應(yīng)急處理能力、維修能力和指揮決策能力，減輕維護(hù)人員壓力。

3.5 車(chē)輛段檢修設(shè)備

車(chē)輛段檢修設(shè)備系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵車(chē)輛段的設(shè)備管理，系統(tǒng)地把控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和監(jiān)控狀態(tài)。系統(tǒng)主要對(duì)不落輪鏇床、列車(chē)清洗機(jī)、固定式架車(chē)機(jī)、大型工程車(chē)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、五防連鎖設(shè)備等重要設(shè)備上傳過(guò)來(lái)的相關(guān)數(shù)據(jù)及故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和信息傳送。

3.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析監(jiān)測(cè)平臺(tái)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析監(jiān)測(cè)平臺(tái)功能包括數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示。各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)協(xié)議、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)規(guī)范需保持統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)多供應(yīng)商數(shù)據(jù)的接入、管理和應(yīng)用。

通過(guò)數(shù)據(jù)接入?yún)f(xié)議將列車(chē)設(shè)備及車(chē)輛段設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)接入數(shù)據(jù)庫(kù)，為列車(chē)故障診斷、預(yù)警系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)平臺(tái)主要作用是建立車(chē)輛信息庫(kù)，對(duì)列車(chē)全生命周期狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，實(shí)現(xiàn)列車(chē)健康管理、車(chē)間檢修管理，為運(yùn)營(yíng)計(jì)劃提供支持。

3.7 業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)

業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)是整個(gè)檢修操作的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)檢修過(guò)程進(jìn)行支持，滿足各種文檔的要求，提供工單和物料管理。最終使設(shè)備的調(diào)試和保修階段與維護(hù)運(yùn)營(yíng)階段無(wú)縫集成，達(dá)到整體性能的最優(yōu)。

結(jié)合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析監(jiān)測(cè)平臺(tái)，業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)可以為車(chē)輛段提供全方面服務(wù)調(diào)試和維護(hù)應(yīng)用支持，可以用于對(duì)日常維修活動(dòng)的監(jiān)視、計(jì)劃、控制和執(zhí)行。以保障維修質(zhì)量為目標(biāo)，對(duì)維修作業(yè)進(jìn)行過(guò)程管控，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛維護(hù)過(guò)程人、機(jī)、料、法、環(huán)的閉環(huán)控制。

業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)以工單的創(chuàng)建、審批、執(zhí)行、關(guān)閉為主線，合理、優(yōu)化地安排相關(guān)的人力、財(cái)力、物力，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析監(jiān)測(cè)，可以將傳統(tǒng)的計(jì)劃?rùn)z修轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極、主動(dòng)的預(yù)防性維修。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化車(chē)輛基地緊緊圍繞地鐵列車(chē)車(chē)輛，有效解決系統(tǒng)間信息離散、信息缺失、信息反應(yīng)不及時(shí)、自動(dòng)化水平較低等問(wèn)題，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)行故障，減少了故障對(duì)運(yùn)營(yíng)造成的影響，保持了車(chē)輛合理、高效的工作狀態(tài)，大大提高了行車(chē)的安全性和可靠性。

數(shù)字化車(chē)輛基地通過(guò)采用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、綜合檢測(cè)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛檢修由傳統(tǒng)的計(jì)劃修+人工檢測(cè)方式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)測(cè)性維修+自動(dòng)檢測(cè)方式，提高了車(chē)輛運(yùn)維的合理性和經(jīng)濟(jì)性，有效降低了車(chē)輛運(yùn)維的人車(chē)比，提升了車(chē)輛運(yùn)維管理水平。