程 凱

0 引言

當(dāng)前，軌道交通車輛運(yùn)維已從人力運(yùn)維階段轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化運(yùn)維階段[1]，但運(yùn)營成本和效率的壓力持續(xù)對車輛運(yùn)維管理創(chuàng)新與變革提出更高要求。根據(jù)地鐵全生命周期成本分析，車輛運(yùn)維成本平均占據(jù)全部運(yùn)營成本的25%以上[2]，同時(shí)新一代信息技術(shù)的普及與智能工廠、智能制造等理念的運(yùn)用促使車輛運(yùn)維逐漸向智能運(yùn)維方向演化。

在此趨勢下，國內(nèi)各地近年來建設(shè)了相關(guān)的車輛運(yùn)維管理系統(tǒng)或平臺，其中中國國家鐵路集團(tuán)有限公司(以下簡稱“國鐵集團(tuán)”)在動(dòng)車組運(yùn)維方面最具代表性，主要有動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)(EMIS)、動(dòng)車組車載信息傳輸監(jiān)控系統(tǒng)(WTDS)、動(dòng)車組故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)(PHM)、南京動(dòng)車段綜合生產(chǎn)管理平臺、哈爾濱動(dòng)車段四位一體運(yùn)維管理系統(tǒng)等[3-5]；在地鐵方面，典型的系統(tǒng)包括開展精益生產(chǎn)的北京京港地鐵設(shè)備設(shè)施維修系統(tǒng)車輛子系統(tǒng)，基于故障等級劃分與應(yīng)急處置的上海軌道交通車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)，提供維護(hù)包養(yǎng)和故障處理支持的廣州地鐵車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)，融合故障監(jiān)測、健康管理與智慧檢修的深圳地鐵車輛智慧運(yùn)維平臺等[6-8]。

深圳都市圈城際鐵路(以下簡稱“深圳城際”)線路設(shè)計(jì)速度為160～200 km/h，采用城際動(dòng)車組運(yùn)營。國內(nèi)目前對于160～200 km/h 速度等級城際線路動(dòng)車組智能運(yùn)維系統(tǒng)的研究及應(yīng)用領(lǐng)域相對空缺，國鐵集團(tuán)在該速度等級下主要是動(dòng)力集中型動(dòng)車組運(yùn)維系統(tǒng)，其主要為“機(jī)車+車輛”一體化車型打造[9]，無法滿足深圳城際動(dòng)車組運(yùn)維需要；地方鐵路僅有珠三角城際鐵路動(dòng)車組運(yùn)維系統(tǒng)一期項(xiàng)目，在廣州城際調(diào)度指揮中心和龍?zhí)羷?dòng)車所得到應(yīng)用[10]，該系統(tǒng)側(cè)重于動(dòng)車組日常運(yùn)用維修，對于設(shè)備與數(shù)據(jù)集成、輔助決策支持、故障預(yù)測與健康管理等智能運(yùn)維方面尚有拓展空間。綜上，國鐵集團(tuán)和地鐵領(lǐng)域動(dòng)車組運(yùn)維已經(jīng)建立較為全面的信息化體系，但各系統(tǒng)所服務(wù)業(yè)務(wù)缺乏有效連接，故需在深圳城際建設(shè)初期針對動(dòng)車組運(yùn)維規(guī)劃設(shè)計(jì)統(tǒng)一平臺，以實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)共享與數(shù)據(jù)互通。

1 需求分析

參考國內(nèi)高速鐵路發(fā)展歷程，動(dòng)車組運(yùn)用由單一交路往返擴(kuò)展為跨線運(yùn)行，動(dòng)車組維修由單一點(diǎn)狀基地?cái)U(kuò)展為網(wǎng)狀異地維修，在此期間對動(dòng)車組運(yùn)維安全保障、作業(yè)精細(xì)化程度、管理信息化水平等要求逐步提高。深圳城際鐵路雖不及國鐵路網(wǎng)輻射范圍，但其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)起點(diǎn)更高，技術(shù)儲(chǔ)備更加豐富，規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)營水平處于國內(nèi)軌道交通前列。目前，信息化與傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的融合已經(jīng)成為推動(dòng)智能化的重要手段，深圳城際動(dòng)車組智能運(yùn)維平臺的建設(shè)需求，是以新一代信息技術(shù)在動(dòng)車組運(yùn)維核心領(lǐng)域應(yīng)用為主線，貫通動(dòng)車組全生命周期業(yè)務(wù)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，通過先進(jìn)IT 技術(shù)與現(xiàn)代維修理念深度融合，實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)車組的安全風(fēng)險(xiǎn)超前防范和定制化精準(zhǔn)維修，支持安全可靠、高效運(yùn)用、經(jīng)濟(jì)維修的動(dòng)車組運(yùn)維，具體有以下6方面需求。

（1）保障運(yùn)行安全。通過城際動(dòng)車組狀態(tài)檢測與故障處置閉環(huán)管理，實(shí)現(xiàn)事故主動(dòng)預(yù)防與故障快速處置，使維修更具智能性、主動(dòng)性，提升動(dòng)車組服役可靠性，保持動(dòng)車組最佳可用性，提升列車運(yùn)行安全性。

（2）提高檢修質(zhì)量。構(gòu)建城際動(dòng)車組完整的數(shù)字孿生構(gòu)型履歷數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組全生命周期數(shù)據(jù)管理，輔助修程修制的優(yōu)化，促進(jìn)智能化工裝器具應(yīng)用，并為城際動(dòng)車組設(shè)計(jì)制造提供運(yùn)維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（3）提升生產(chǎn)效率。對城際動(dòng)車組在準(zhǔn)確時(shí)間就準(zhǔn)確的部位實(shí)施數(shù)字化精準(zhǔn)維修，通過智能輔助分析與決策，快速定位診斷故障，提高主動(dòng)式快速應(yīng)急響應(yīng)能力，減少非計(jì)劃內(nèi)故障維修，提高城際動(dòng)車組運(yùn)用上線率、降低檢修備用率。

（4）降低運(yùn)維成本。開展城際動(dòng)車組故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)、全生命周期成本研究，提升動(dòng)車組檢修管理、技術(shù)管理和運(yùn)維保障管理信息化水平，助力由零部件至整車狀態(tài)修的實(shí)現(xiàn)，達(dá)到有效降低運(yùn)維成本的目標(biāo)。

（5）建立統(tǒng)一服務(wù)。有序推進(jìn)城際動(dòng)車組信息化向云化服務(wù)與智能化轉(zhuǎn)變，通過制定數(shù)據(jù)規(guī)范、對系統(tǒng)實(shí)行建管標(biāo)準(zhǔn)化管理要求，提高數(shù)據(jù)治理能力與功能應(yīng)用共享程度，在數(shù)字服務(wù)平臺的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一管理、彈性擴(kuò)展、合理調(diào)配，推進(jìn)動(dòng)車組數(shù)據(jù)價(jià)值充分體現(xiàn)、技術(shù)業(yè)務(wù)深度融合。

（6）智能創(chuàng)新引領(lǐng)。在保證城際動(dòng)車組業(yè)務(wù)管理安全、質(zhì)量、效率、成本的前提下，以國家和地方創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略為指引，以滿足動(dòng)車組專業(yè)管理需求為出發(fā)點(diǎn)，堅(jiān)持新發(fā)展理念，堅(jiān)持推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展。積極推動(dòng)信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新和管理流程再造，為城際動(dòng)車組專業(yè)化管理的發(fā)展提供持續(xù)動(dòng)力。

2 總體架構(gòu)

為滿足深圳城際動(dòng)車組智能運(yùn)維高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)需求，平臺建設(shè)之初，需考慮覆蓋多業(yè)務(wù)場景，避免動(dòng)車組與地鐵車輛相關(guān)運(yùn)維系統(tǒng)由單一業(yè)務(wù)逐步擴(kuò)增導(dǎo)致冗余混亂。平臺設(shè)計(jì)為“數(shù)字生產(chǎn)+智能管理”的架構(gòu)，首先在底層構(gòu)建高效的通信網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)接入方式，輔助以云邊計(jì)算節(jié)點(diǎn)等基礎(chǔ)設(shè)施，保障生產(chǎn)信息、檢測信息等原始數(shù)據(jù)的快速采集與集成，進(jìn)而達(dá)到各類設(shè)備和系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車段/所人、機(jī)、料、法、環(huán)等生產(chǎn)要素的融合。然后通過合理規(guī)劃生產(chǎn)管理運(yùn)作流程，以動(dòng)車組運(yùn)維過程中的計(jì)劃、檢修、質(zhì)量等業(yè)務(wù)為切入，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等IT 技術(shù)，形成運(yùn)行安全、計(jì)劃排程、維修綜合保障等領(lǐng)域的智能應(yīng)用，圍繞生產(chǎn)集成化、管理精細(xì)化、業(yè)務(wù)規(guī)范化、管控可視化、決策智能化的建設(shè)思路，最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組數(shù)字化精準(zhǔn)維修，貫通造修業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，形成安全風(fēng)險(xiǎn)超前防范機(jī)制，構(gòu)建開放運(yùn)維平臺，多方面提升動(dòng)車組運(yùn)維保障能力。深圳城際動(dòng)車組智能運(yùn)維平臺總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 深圳城際動(dòng)車組智能運(yùn)維平臺總體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture of intelligent operation and maintenance platform for Shenzhen intercity railway EMUs

3 數(shù)據(jù)規(guī)范

動(dòng)車組智能運(yùn)維平臺最主要的資源就是數(shù)據(jù)。深圳城際動(dòng)車組計(jì)劃采用全新設(shè)計(jì)車型，相比國鐵集團(tuán)逐漸衍生完善的動(dòng)車組型號，其數(shù)字化與智能化方面具有后發(fā)優(yōu)勢，能夠配備豐富多樣的傳感器、高速穩(wěn)定的車聯(lián)網(wǎng)與完整清晰的物料清單(Bill of Materials，BOM)結(jié)構(gòu)，具有PHM 模型供檢修參考，且檢修工藝數(shù)字化程度也更高，這些數(shù)據(jù)都為深圳城際動(dòng)車組建設(shè)智能運(yùn)維體系提供了可靠保障。為使數(shù)據(jù)得到有效集中與應(yīng)用，平臺需對主要數(shù)據(jù)源提出相應(yīng)規(guī)范。

3.1 車載監(jiān)控預(yù)警數(shù)據(jù)

動(dòng)車組車載監(jiān)控預(yù)警數(shù)據(jù)是確保動(dòng)車組運(yùn)行安全，開展故障診斷的重要數(shù)據(jù)源[11]，其數(shù)據(jù)分為實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)完整數(shù)據(jù)[12]，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)滿足以下3個(gè)指標(biāo)。

（1）通過以太網(wǎng)車輛總線采集動(dòng)車組列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的重要參數(shù)、故障數(shù)據(jù)及運(yùn)行位置數(shù)據(jù)。

（2）通過車載監(jiān)控預(yù)警數(shù)據(jù)發(fā)送裝置以最小128 Byte 幀長度轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)延不超過750 ms，每列動(dòng)車組的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸上行帶寬均不小于0.2 Mbps。

（3）通過WLAN 傳輸完整非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)功能，每列動(dòng)車組的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸上行帶寬應(yīng)不小于50 Mbps?？紤]城際動(dòng)車組最長為8 編組，且在存車場停放時(shí)沒有數(shù)據(jù)下載條件，只有在回庫檢修時(shí)非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)才能得到下載，故動(dòng)車組車載監(jiān)控預(yù)警數(shù)據(jù)發(fā)送裝置應(yīng)配置存儲(chǔ)容量不小于8G 的固態(tài)硬盤；同時(shí)考慮并發(fā)數(shù)據(jù)量，在車載天線處場強(qiáng)不小于-60 dBm 的情況下，設(shè)有4 條檢修股道共4 個(gè)檢修列位的動(dòng)車所上行帶寬應(yīng)不小于1 000 Mbps。

3.2 數(shù)字構(gòu)型映射數(shù)據(jù)

動(dòng)車組數(shù)字構(gòu)型映射數(shù)據(jù)是支撐動(dòng)車組維修業(yè)務(wù)的關(guān)鍵信息，與常規(guī)非結(jié)構(gòu)化表格不同，應(yīng)對主機(jī)廠BOM 結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字化以Trie 樹形式呈現(xiàn)，其需滿足：①動(dòng)車組構(gòu)型管理劃分為跨平臺級構(gòu)型和批次級構(gòu)型2 個(gè)層次，批次級構(gòu)型所有節(jié)點(diǎn)必須與跨平臺級構(gòu)型的節(jié)點(diǎn)建立映射關(guān)系；②批次級構(gòu)型映射數(shù)據(jù)涉及具體型號動(dòng)車組檢修生產(chǎn)作業(yè)，需對部件分類及檢修屬性做出詳細(xì)標(biāo)識。動(dòng)車組批次級構(gòu)型映射數(shù)據(jù)項(xiàng)如表1所示。

表1 動(dòng)車組批次級構(gòu)型映射數(shù)據(jù)項(xiàng)Tab.1 Mapping data items of EMU batch-level configuration

3.3 PHM模型數(shù)據(jù)

PHM 模型是開展動(dòng)車組故障預(yù)測與健康管理的主要依據(jù)，PHM 模型應(yīng)由運(yùn)營主體、整車及零部件造修企業(yè)充分結(jié)合城際鐵路實(shí)際運(yùn)營產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行擬合，其數(shù)據(jù)特征滿足以下指標(biāo)。

（1）PHM 模型數(shù)據(jù)應(yīng)包括模型名稱、模型編碼、模型類型、模型對象、適用車組、適用環(huán)境、模型研發(fā)單位、模型更新日期、運(yùn)行環(huán)境、模型描述。

（2）PHM 模型研發(fā)單位為模型指定編碼，編碼組成為模型對象、模型類型、模型研發(fā)單位編碼和模型序列碼，其中模型序列碼為 5 位以上數(shù)字。

（3）PHM 模型按功能進(jìn)行分類，包括診斷類(Diagnose Model，DM)、預(yù)警類(Prognostic Model，PM)、預(yù)測修類(Predictive Maintenance Model，PMM)、健康評估類(Health Evaluation Model，HEM)。

（4）模型對象指模型針對的動(dòng)車組整車、系統(tǒng)、子系統(tǒng)或部件，以動(dòng)車組系統(tǒng)功能分類為依據(jù)，可根據(jù)具體部件情況進(jìn)行細(xì)化，包括部件類型及技術(shù)型號。

（5）PHM 模型數(shù)據(jù)項(xiàng)對應(yīng)適用環(huán)境包括地域、交路、時(shí)間及車組范圍等。

3.4 關(guān)鍵專用設(shè)備數(shù)據(jù)

動(dòng)車組關(guān)鍵專用設(shè)備數(shù)據(jù)，是掌握動(dòng)車組零部件參數(shù)的必要條件，其數(shù)據(jù)集成應(yīng)滿足統(tǒng)一接入規(guī)范，動(dòng)車組關(guān)鍵專用設(shè)備數(shù)據(jù)接入編碼格式如圖2所示。該編碼定義由生產(chǎn)廠商編號、專用設(shè)備類型編號、相同設(shè)備排序編號共同組成，編碼規(guī)則及序號具體由動(dòng)車組智能運(yùn)維平臺統(tǒng)一列舉，狀態(tài)信息編碼表示專用設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，動(dòng)車組關(guān)鍵專用設(shè)備通用狀態(tài)編碼如表2 所示，對于未在表中列出的設(shè)備狀態(tài)，可由設(shè)備生產(chǎn)廠商單獨(dú)提供。

表2 動(dòng)車組關(guān)鍵專用設(shè)備通用狀態(tài)編碼Tab.2 General status code of key EMU special equipment

圖2 動(dòng)車組關(guān)鍵專用設(shè)備數(shù)據(jù)接入編碼格式Fig.2 Data access coding format of key EMU special equipment

4 關(guān)鍵技術(shù)

深圳城際動(dòng)車組智能運(yùn)維平臺，充分借鑒國鐵集團(tuán)動(dòng)車組運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn)，注重動(dòng)車組運(yùn)用、檢修與技術(shù)管理的協(xié)同，采用多種信息化技術(shù)與傳統(tǒng)運(yùn)維業(yè)務(wù)進(jìn)行融合，貫穿于動(dòng)車組全生命周期管理過程，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組數(shù)字化精準(zhǔn)維修，形成安全風(fēng)險(xiǎn)超前防范機(jī)制。

4.1 檢修作業(yè)精準(zhǔn)跟蹤

在檢修作業(yè)方面，通過信息化手段規(guī)范動(dòng)車組檢修流程，保障動(dòng)車組檢修作業(yè)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；運(yùn)用機(jī)器視覺監(jiān)控動(dòng)車組檢修過程，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)車所內(nèi)動(dòng)車組位置、作業(yè)信息、故障信息、預(yù)警信息實(shí)時(shí)掌握，并結(jié)合車載信息實(shí)現(xiàn)對動(dòng)車組運(yùn)用、檢修全過程監(jiān)控；通過采集檢修、質(zhì)檢作業(yè)過程中的各類信息，實(shí)時(shí)共享人流、車流、配件流等關(guān)鍵檢修信息，管理人員、作業(yè)人員可以實(shí)時(shí)了解作業(yè)詳細(xì)情況；通過手持終端、RFID、智能工裝檢修設(shè)備接口等手段全面記錄檢修作業(yè)信息，為檢修質(zhì)量追溯提供信息化支持；通過大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析算法對檢修、質(zhì)檢、故障、一體化等作業(yè)數(shù)據(jù)的綜合分析，形成全方位統(tǒng)計(jì)報(bào)表，為管理決策提供信息化支撐。

在質(zhì)量管理方面，建立完善的運(yùn)維生產(chǎn)質(zhì)量管理體系，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)的全過程監(jiān)控；推行質(zhì)檢閉環(huán)管理，實(shí)現(xiàn)質(zhì)檢任務(wù)的智能排程、質(zhì)檢結(jié)果可跟蹤管控；建立完善的質(zhì)量評價(jià)體系，對作業(yè)人員生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量和車組故障處置質(zhì)量實(shí)現(xiàn)交互評價(jià)管理。

4.2 構(gòu)型履歷多元視圖

以動(dòng)車組各系統(tǒng)部件層級裝配結(jié)構(gòu)和BOM 為管理基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息與實(shí)車部件級結(jié)構(gòu)信息的關(guān)聯(lián)一致性和可追溯性，建立部件級對應(yīng)車組的區(qū)域位置裝配視圖，解決在動(dòng)車組智能運(yùn)維生產(chǎn)管理中相關(guān)技術(shù)履歷、檢修項(xiàng)目、故障信息無法關(guān)聯(lián)到實(shí)體部件的問題。構(gòu)型管理中的結(jié)構(gòu)樹應(yīng)滿足履歷、故障、技術(shù)手冊、檢修管理等不同運(yùn)維業(yè)務(wù)場景，并根據(jù)應(yīng)用場景視角的不同，產(chǎn)生不同的構(gòu)型視圖，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)車組精細(xì)化智能運(yùn)維生產(chǎn)的技術(shù)指導(dǎo)。動(dòng)車組構(gòu)型、履歷及檢修項(xiàng)目視圖關(guān)系如圖3所示。

圖3 動(dòng)車組構(gòu)型、履歷及檢修項(xiàng)目視圖關(guān)系Fig.3 Relationship among EMU configuration, resume, and maintenance item

4.3 多源故障歸集處置

動(dòng)車組故障管理涉及運(yùn)行、檢修、檢測監(jiān)測、車載預(yù)警等眾多來源，技術(shù)管理維度涵蓋功能分類、結(jié)構(gòu)分類、故障代碼等各有不同，需要對多源故障進(jìn)行歸集，包括動(dòng)車組在運(yùn)用、檢修過程中通過行車、檢修、自動(dòng)化檢測設(shè)備、車載、軌旁監(jiān)測設(shè)備、PHM 預(yù)警等多個(gè)業(yè)務(wù)渠道采集的故障信息，統(tǒng)一以構(gòu)型為基礎(chǔ)的動(dòng)車組功能與結(jié)構(gòu)標(biāo)識規(guī)范，對同一零部件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的、多源關(guān)聯(lián)的故障描述管理，建立動(dòng)車組關(guān)鍵零部件多源統(tǒng)一故障庫。故障得到統(tǒng)一歸集后需要對其進(jìn)行流程化處置，建立通用配置流程，實(shí)現(xiàn)對同一零部件由不同業(yè)務(wù)渠道采集的故障進(jìn)行統(tǒng)一的復(fù)核確認(rèn)、處置回填、質(zhì)檢鑒定管理，提高故障處置質(zhì)量與管理效率。

4.4 修程修制動(dòng)態(tài)優(yōu)化

分修程開展對車組級和關(guān)鍵零部件級維修履歷的全鏈條式覆蓋管理。基于開行實(shí)績、關(guān)鍵部件維修履歷和視情維修建議[12]，對車組機(jī)檢條件卡控和計(jì)劃排程進(jìn)行決策分析，達(dá)到延長人檢維修周期的優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)車組級維度的修程周期動(dòng)態(tài)預(yù)測、一級修機(jī)檢智能排程、開行交路里程預(yù)警管控；對高級修建立“平臺/車型(制造單位)-修程”維度的基本修程、周期及間隔里程的動(dòng)態(tài)配置，形成延長修驗(yàn)證車組修程動(dòng)態(tài)管控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)車組級修程周期、檢修進(jìn)度及檢修實(shí)績的動(dòng)態(tài)管控。

4.5 技術(shù)變更關(guān)聯(lián)追溯

通過對動(dòng)車組造修履歷數(shù)據(jù)貫通，實(shí)現(xiàn)對車組級與零部件級全生命周期業(yè)務(wù)鏈管理，進(jìn)而達(dá)到對動(dòng)車組造修履歷數(shù)據(jù)畫像應(yīng)用，研發(fā)“一車一檔”和“一件一檔”動(dòng)車運(yùn)維核心應(yīng)用功能，包括技改項(xiàng)目與零部件的結(jié)構(gòu)化關(guān)聯(lián)，基于構(gòu)型統(tǒng)一功能與結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)車組技術(shù)變更(改造)項(xiàng)目及實(shí)施方案與零部件技術(shù)履歷的可追溯性關(guān)聯(lián)管理。同時(shí)實(shí)現(xiàn)任務(wù)信息的共享交互，對調(diào)度指揮中心下發(fā)的動(dòng)車組技改任務(wù)進(jìn)行通用結(jié)構(gòu)化管理，面向段所級加裝改造等一體化作業(yè)提供統(tǒng)一任務(wù)信息與作業(yè)實(shí)績信息的交互服務(wù)。

4.6 車地聯(lián)動(dòng)運(yùn)維管理

集成動(dòng)車組多種運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測信息、運(yùn)用維修及技術(shù)履歷等多源數(shù)據(jù)，采用地理信息、云邊協(xié)同計(jì)算及數(shù)字孿生等應(yīng)用技術(shù)，將動(dòng)車組動(dòng)靜態(tài)數(shù)字履歷檔案與動(dòng)車組在線運(yùn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)信息以及地面調(diào)度、維修獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行定向融合，以多源數(shù)據(jù)及重要約束代入故障模型進(jìn)行仿真計(jì)算，分析輔助決策結(jié)論并加以專家干預(yù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組運(yùn)行過程中風(fēng)險(xiǎn)及故障實(shí)時(shí)研判與應(yīng)急處置的車地聯(lián)動(dòng)管理模式。動(dòng)車組車地聯(lián)動(dòng)運(yùn)維管理如圖4所示。

圖4 動(dòng)車組車地聯(lián)動(dòng)運(yùn)維管理Fig.4 Vehicle-ground joint operation and maintenance management of EMUs

5 功能應(yīng)用

深圳城際動(dòng)車組智能運(yùn)維需要通過集成型平臺建設(shè)實(shí)現(xiàn)，平臺應(yīng)結(jié)合業(yè)務(wù)需求、多源數(shù)據(jù)與關(guān)鍵技術(shù)，提供統(tǒng)一、穩(wěn)定且高效的融合服務(wù)保障，滿足高效經(jīng)濟(jì)的運(yùn)維管理要求下對動(dòng)車組技術(shù)信息的采集和高客流強(qiáng)度環(huán)境中對動(dòng)車組生產(chǎn)計(jì)劃的優(yōu)化排程，著力推動(dòng)現(xiàn)場自動(dòng)化設(shè)備與軟件系統(tǒng)在通信及信息層面整合，形成以先進(jìn)IT技術(shù)為主導(dǎo)的多專業(yè)智能應(yīng)用，具備將多源數(shù)據(jù)清洗重構(gòu)分析的能力，為動(dòng)車組智能運(yùn)維提供可視化的決策輔助支持。

5.1 物聯(lián)標(biāo)識與信息感知

基于電子標(biāo)識解析及云邊計(jì)算技術(shù)，建立動(dòng)車組及其部件的數(shù)字畫像，開展動(dòng)車組全生命周期大數(shù)據(jù)整合與集成融合應(yīng)用，采用松耦合、互操作、可重用、可重組的架構(gòu)方法來構(gòu)建信息的集成接入和發(fā)布，解決動(dòng)車組技術(shù)信息在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)維、多層次管理模式下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)標(biāo)識困難、資源檢索效率低下等問題，為動(dòng)車組運(yùn)維應(yīng)用系統(tǒng)提供技術(shù)資源的網(wǎng)絡(luò)化支撐服務(wù)。

5.2 數(shù)字中臺服務(wù)保障

基于工業(yè)微服務(wù)架構(gòu)，整合動(dòng)車組運(yùn)維關(guān)鍵資源，貫通運(yùn)維核心業(yè)務(wù)，面向PHM、排程調(diào)度維修管控等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，提供開放服務(wù)生態(tài)。解決大型復(fù)雜動(dòng)車組運(yùn)維系統(tǒng)中業(yè)務(wù)服務(wù)功能耦合、部署分散、管理困難等問題，突破動(dòng)車組多維運(yùn)維數(shù)據(jù)冗余度高、知識挖掘困難、檢索效率差的壁壘，提高關(guān)鍵業(yè)務(wù)過程、技術(shù)組件、數(shù)據(jù)資源在應(yīng)用系統(tǒng)之間復(fù)用度，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，為應(yīng)用系統(tǒng)的快速迭代和復(fù)雜業(yè)務(wù)處理提供支撐。

5.3 生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化排程

建立運(yùn)用計(jì)劃、檢修周期、股道拓?fù)潢P(guān)系等多維度耦合約束下車輛運(yùn)維調(diào)度模型，提出滿足都市圈高強(qiáng)度客流下精準(zhǔn)維修決策動(dòng)態(tài)調(diào)度方法和基于資源-任務(wù)時(shí)空拓?fù)渥詷?gòu)建技術(shù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不斷優(yōu)化動(dòng)車組運(yùn)用維修計(jì)劃，解決高動(dòng)態(tài)性優(yōu)化目標(biāo)與運(yùn)用檢修對偶約束條件下的動(dòng)車組調(diào)度計(jì)劃優(yōu)化難題。同時(shí)針對城際動(dòng)車組自動(dòng)駕駛特點(diǎn)，采用生產(chǎn)計(jì)劃與工業(yè)控制相結(jié)合的聯(lián)鎖設(shè)備，自動(dòng)根據(jù)進(jìn)路信號或列車到達(dá)離開條件執(zhí)行相應(yīng)計(jì)劃。動(dòng)車組運(yùn)用-檢修-調(diào)車計(jì)劃聯(lián)合編制如圖5所示。

圖5 動(dòng)車組運(yùn)用-檢修-調(diào)車計(jì)劃聯(lián)合編制Fig.5 Joint preparation of EMU operation-maintenance-shunting plan

5.4 檢修核心業(yè)務(wù)工作流

建立應(yīng)用于城際鐵路調(diào)度指揮中心和動(dòng)車段(所)、存車場，覆蓋動(dòng)車組技術(shù)信息、輔助決策、精準(zhǔn)檢修、運(yùn)行保障、物料支撐等運(yùn)維核心業(yè)務(wù)鏈的工作流，為動(dòng)車組運(yùn)用檢修生產(chǎn)中的信息采集、監(jiān)控檢測、故障處置、作業(yè)管控、配件追蹤、料具領(lǐng)用等工序提供完整流程。以動(dòng)車組輪軸檢修業(yè)務(wù)為例，其檢修作業(yè)涉及工位、工序眾多，流程繁瑣，在實(shí)際操作過程中容易出現(xiàn)缺漏，系統(tǒng)建立動(dòng)車組輪軸檢修工作流如圖6 所示，可獲取作業(yè)過程涉及的設(shè)備數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握輪軸檢修車間整體工作進(jìn)度與質(zhì)量并視情況調(diào)整。

圖6 動(dòng)車組輪軸檢修工作流Fig.6 EMU axle maintenance workflow

5.5 基于PHM安全風(fēng)險(xiǎn)防范

為PHM 應(yīng)用提供一體化數(shù)據(jù)服務(wù)，支持動(dòng)車組運(yùn)用、檢修、地面監(jiān)測、段所檢測等海量異構(gòu)數(shù)據(jù)管理，提供高效的數(shù)據(jù)清洗、計(jì)算及轉(zhuǎn)發(fā)資源，獲取PHM 應(yīng)用分析結(jié)果。同時(shí)平臺配備開放規(guī)范的模型管理，通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、方法，為運(yùn)用檢修單位、造修企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等不同專業(yè)的技術(shù)專家，提供PHM 模型試驗(yàn)環(huán)境及封裝、注冊、部署、調(diào)度等管理服務(wù)，持續(xù)對PHM模型有效性進(jìn)行驗(yàn)證與修正，逐步建立動(dòng)車組安全風(fēng)險(xiǎn)超前防范機(jī)制。

5.6 可視化運(yùn)維決策支持

集成動(dòng)車組運(yùn)用維修過程中的結(jié)果數(shù)據(jù)，通過稽核、分類及加權(quán)等手段進(jìn)行數(shù)據(jù)治理，為數(shù)據(jù)分析提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)源，采用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，搭建動(dòng)車所日常運(yùn)用維修管理的綜合展示中心，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維關(guān)鍵信息的決策數(shù)字化、管理定量化，為動(dòng)車段(所)的日常監(jiān)管、科學(xué)決策提供實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)和智能化的數(shù)據(jù)支撐。

6 結(jié)束語

結(jié)合國鐵集團(tuán)、地鐵領(lǐng)域動(dòng)車組及車輛運(yùn)維發(fā)展現(xiàn)狀，對深圳都市圈城際鐵路動(dòng)車組智能運(yùn)維需求展開分析，提出數(shù)據(jù)接入規(guī)范、關(guān)鍵技術(shù)和功能應(yīng)用，形成動(dòng)車組智能運(yùn)維平臺的基本方案，能夠滿足深圳城際鐵路運(yùn)營初期條件，助力深圳城際動(dòng)車組運(yùn)維智能化可持續(xù)發(fā)展。智能運(yùn)維的研究與應(yīng)用不僅限于在軌道車輛方面，對航空、汽車、船舶乃至固定設(shè)施等裝備運(yùn)維也有可借鑒之處，如PHM就是最早應(yīng)用于20世紀(jì)70年代的航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域[14]，而當(dāng)前遠(yuǎn)程故障診斷與車聯(lián)網(wǎng)OTA 已經(jīng)逐漸出現(xiàn)在更多的汽車上[15]，如何在保障運(yùn)維質(zhì)量與裝備可靠性的前提下顯著減少現(xiàn)場人力資源投入，提高數(shù)據(jù)獲取效率與準(zhǔn)確性，從而降低運(yùn)維成本，將是智能運(yùn)維在實(shí)際應(yīng)用層面亟需解決的問題。