張仕華

成都中車軌道裝備有限公司，中國(guó)·四川 成都 610500

近年來中國(guó)軌道交通行業(yè)不斷發(fā)展，軌道交通在城市交通體系中的地位越來越重要。然而目前軌道車輛全壽命周期管理往往缺乏有效的信息化管理手段，導(dǎo)致車輛新造、運(yùn)營(yíng)、維保、檢修等信息數(shù)據(jù)分散，無法實(shí)現(xiàn)信息共享，車輛的檢修仍以故障維修和計(jì)劃?rùn)z修為主，存在一定的過度修現(xiàn)象。這種情況的存在，對(duì)軌道交通車輛的運(yùn)行安全穩(wěn)定產(chǎn)生負(fù)面影響，增加運(yùn)營(yíng)成本，影響軌道交通的發(fā)展。為推動(dòng)軌道交通車輛的安全、穩(wěn)定、低成本運(yùn)行，需要加強(qiáng)軌道交通車輛全壽命周期的信息化管理。基于此，論文主要針對(duì)軌道交通車輛全壽命周期的信息化管理展開相關(guān)探討分析。

軌道交通車輛；全壽命周期；信息化

1 引言

如今的軌道交通車輛種類繁多，運(yùn)營(yíng)環(huán)境復(fù)雜，使用壽命長(zhǎng)，構(gòu)造和技術(shù)也日新月異，建立先進(jìn)的軌道交通車輛全壽命周期的信息化管理系統(tǒng)是現(xiàn)代軌道交通行業(yè)中必不可少的一項(xiàng)任務(wù)。中國(guó)軌道交通全壽命周期分為車輛制造、車輛運(yùn)營(yíng)、車輛維保、車輛檢修、車輛報(bào)廢等環(huán)節(jié)，論文主要討論車輛運(yùn)營(yíng)、車輛維保、車輛檢修等環(huán)節(jié)的信息化管理，討論構(gòu)架一種有效的軌道交通車輛全壽命周期信息化管理系統(tǒng)，全面提升車輛的運(yùn)營(yíng)、維保和檢修智能化和智慧化水平，保證軌道交通車輛全壽命周期的安全運(yùn)營(yíng)。

2 軌道交通車輛全壽命周期信息化管理系統(tǒng)

軌道交通車輛的運(yùn)營(yíng)、維保和檢修是確保軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。然而很多城市的軌道交通車輛全壽命管理過程中未能引入先進(jìn)的管理技術(shù)，導(dǎo)致管理水平質(zhì)量低，信息化水平不足，無法保障軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。

因此基于軌道交通車輛產(chǎn)品數(shù)字化模型，以常規(guī)運(yùn)營(yíng)、日常維保、架大修等業(yè)務(wù)場(chǎng)景為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)應(yīng)用為支撐，搭建完整的車輛數(shù)字模型，通過RCM（Reliability Centered Maintenance）、RAMS（Reliability Availability Maintainability Safety）等分析手段，優(yōu)化修程修制，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)排故，將傳統(tǒng)的事后檢修、計(jì)劃?rùn)z修升級(jí)為預(yù)測(cè)檢修和精準(zhǔn)檢修，全面提升車輛全壽命周期管理的智能化和智慧化水平，保證軌道交通車輛全壽命周期的安全運(yùn)營(yíng)（見圖1）。

圖1 軌道交通車輛全壽命周期信息化管理系統(tǒng)

3 軌道交通車輛全壽命周期信息化管理系統(tǒng)框架

軌道交通車輛全壽命周期信息化管理系統(tǒng)可以分為：車輛運(yùn)營(yíng)、車輛維保、車輛檢修等三大子系統(tǒng)，分別是對(duì)應(yīng)車輛運(yùn)營(yíng)的故障預(yù)測(cè)與健康診斷管理系統(tǒng)（PHM 系統(tǒng)，Prognostics Health Management）、車輛維保的線網(wǎng)資產(chǎn)管理及運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMS 系統(tǒng)，Production Management System）和車輛檢修的城軌車輛檢修系統(tǒng)（MRO 系統(tǒng)，Maintenance，Repair & Overhaul）。

3.1 PHM 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PHM 系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障精準(zhǔn)預(yù)警、預(yù)測(cè)，指導(dǎo)現(xiàn)車故障快速處置，降低運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，保證車輛安全。PHM 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要來源于車載數(shù)據(jù)、日常維保數(shù)據(jù)、軌旁監(jiān)測(cè)設(shè)備等。PHM 系統(tǒng)可以用數(shù)據(jù)完整性實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)更精準(zhǔn)，以數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性保證模型更有效，以數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性保證監(jiān)測(cè)更高效。可以對(duì)車輛的牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、車門、網(wǎng)絡(luò)、轉(zhuǎn)向架等開發(fā)有針對(duì)性的故障預(yù)測(cè)模型。故障預(yù)測(cè)模型作為PHM 系統(tǒng)的核心，全場(chǎng)景覆蓋、全鏈條貫通、驗(yàn)證全面的故障預(yù)測(cè)模型，能支持車輛故障處理的高效決策，保證車輛運(yùn)營(yíng)安全可靠。利用PHM 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)診斷模型，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)潛在故障，實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)營(yíng)故障的精確預(yù)警、預(yù)判。并且可以針對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障問題，提供有效的故障解決方案，指導(dǎo)維保人員快速處置故障，提升運(yùn)營(yíng)和維保效率[1]。

3.2 PMS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PMS 系統(tǒng)可以全面、精準(zhǔn)、高效地管理軌道交通行業(yè)的海量運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù),直面線網(wǎng)化運(yùn)營(yíng)的考驗(yàn),實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)線網(wǎng)化、一體化管控。通過搭建在線監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，充分利用生產(chǎn)大數(shù)據(jù),借助先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù),從運(yùn)營(yíng)、設(shè)備、管理等三個(gè)方面，解決大線網(wǎng)規(guī)模下運(yùn)維時(shí)間壓縮、關(guān)鍵設(shè)備問題陡增及人員培養(yǎng)等運(yùn)營(yíng)管理困境，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化的“兩化智慧融合”，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的綜合評(píng)價(jià)管理,實(shí)時(shí)告警預(yù)替,提升精細(xì)化維保管理水平,實(shí)質(zhì)推動(dòng)維保模式向狀態(tài)修轉(zhuǎn)變[2]。

3.3 MRO 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

MRO 系統(tǒng)通過獲取車輛部件的檢查數(shù)據(jù)，對(duì)部件的狀態(tài)演變過程進(jìn)行確認(rèn)；同時(shí)結(jié)合部件更換和維修，確定下一階段車輛運(yùn)維的基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量可靠、成本最優(yōu)、修時(shí)最短的車輛維修。

通過采集車輛運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，部件拆解前數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)、裝配數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，保證基準(zhǔn)準(zhǔn)確可靠。從應(yīng)用出發(fā)，系統(tǒng)規(guī)劃數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)“需要的數(shù)據(jù)有高效采集渠道、采集的數(shù)據(jù)有高效應(yīng)用場(chǎng)景”。通過優(yōu)化工序作業(yè)流程，提升自動(dòng)化率，保證檢修產(chǎn)品安全和可靠，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化配置。以數(shù)據(jù)為支撐，通過模型分析，減少過度修，延長(zhǎng)檢修周期，做實(shí)狀態(tài)修，保證修程優(yōu)化有據(jù)可依。

4 軌道交通車輛全壽命周期管理信息化系統(tǒng)運(yùn)用現(xiàn)狀

PHM 系統(tǒng)故障模型需拓展到日常維保業(yè)務(wù)，目前維保作業(yè)設(shè)備、MRO 系統(tǒng)尚未與PHM 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。維保作業(yè)主要依靠成都地鐵PMS 系統(tǒng)管控，包括計(jì)劃排產(chǎn)、工單下發(fā)、工單執(zhí)行故障管理等，日常維保作業(yè)（里程檢、均衡修）均在PMS 管控。PMS 作業(yè)工單缺少人員、物料、工具等標(biāo)準(zhǔn)化策劃?，F(xiàn)有的工單數(shù)據(jù)、設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)僅為記錄作業(yè)作用，尚未驅(qū)動(dòng)優(yōu)化日常維保業(yè)務(wù)?，F(xiàn)有的MRO 系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，整個(gè)檢修過程沒有涉及與PHM、PMS 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互與共享。過程數(shù)據(jù)需人工記錄，勞動(dòng)強(qiáng)度大、重復(fù)工作多，缺少數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

后續(xù)補(bǔ)強(qiáng)方向：利用產(chǎn)線數(shù)字化集成技術(shù)，打通PHM、PMS、MRO 系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握產(chǎn)品新造、運(yùn)營(yíng)、維保、檢修等信息，打通生產(chǎn)制造各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工藝、質(zhì)量、生產(chǎn)、采購(gòu)等信息共享，將事后檢修、計(jì)劃?rùn)z修升級(jí)為預(yù)測(cè)檢修和精準(zhǔn)檢修。

4.1 三大子系統(tǒng)的邏輯關(guān)系

基于軌道交通車輛全壽命周期運(yùn)用業(yè)務(wù)場(chǎng)景，分析PHM、PMS 及MRO 三個(gè)核心業(yè)務(wù)板塊之間的關(guān)系，為軌道交通車輛全壽命周期信息化管理系統(tǒng)厘清搭建思路（見圖2）。

圖2 PHM、PMS 及MRO 三大子系統(tǒng)的邏輯關(guān)系

規(guī)范PHM 系統(tǒng)數(shù)據(jù)源，解決數(shù)據(jù)來源規(guī)范性和故障預(yù)測(cè)模型的持續(xù)優(yōu)化和驗(yàn)證；融合維保數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)采集的完整性、準(zhǔn)確性，支撐模型優(yōu)化。補(bǔ)強(qiáng)基于業(yè)務(wù)場(chǎng)景的模型驗(yàn)證，強(qiáng)化狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警機(jī)制?；赑HM 故障預(yù)測(cè)，修正日常維保重點(diǎn)?；谛蕹虄?nèi)日常維保數(shù)據(jù)，提供PHM故障預(yù)測(cè)參考。結(jié)合日常維保數(shù)據(jù)，優(yōu)化架大修修程修制，完善結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)。

優(yōu)化MRO 系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)據(jù)自采，達(dá)成數(shù)據(jù)貫通，滿足架大修業(yè)務(wù)需求。基于修程間架大修狀態(tài)變化，優(yōu)化日常維保項(xiàng)點(diǎn)。進(jìn)行業(yè)務(wù)和系統(tǒng)融合，打通PMS 日常維保數(shù)據(jù)、PHM 系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)架大修業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)支撐。

日常維保作為整個(gè)業(yè)務(wù)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要補(bǔ)強(qiáng)做精，提升PMS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量；基于日常維保數(shù)據(jù)積累，支持架大修內(nèi)容的優(yōu)化。結(jié)合軌道車輛數(shù)字化模型，進(jìn)行修程、工藝、作業(yè)方式優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)精益維保。

4.2 三大子系統(tǒng)存在的問題

設(shè)計(jì)工藝層面：檢修規(guī)程結(jié)構(gòu)樹不匹配；檢修規(guī)程分類分級(jí)不統(tǒng)一；規(guī)程文件未進(jìn)行無紙化管理；物料與工單未建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行方面：施工人員需在MRO、PMS雙系統(tǒng)錄入信息，重復(fù)工作多；數(shù)據(jù)采集主要依靠人工錄入；物料齊套性需人工核實(shí)；不同類型物料管理流程不統(tǒng)一。故障處置層面：PMS 與MRO 系統(tǒng)故障樹結(jié)構(gòu)層級(jí)不一致；MRO 系統(tǒng)缺少故障信息編碼；PMS 系統(tǒng)缺少類似故障字典的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。系統(tǒng)邏輯層面：PMS 系統(tǒng)缺少專用的工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)，需手動(dòng)維護(hù)信息；MRO 與PHM、PMS 系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)貫通；業(yè)務(wù)系統(tǒng)手動(dòng)錄入數(shù)據(jù)缺乏規(guī)范性和校驗(yàn)機(jī)制。

4.3 問題解決思路

對(duì)標(biāo)業(yè)主修程分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，求同存異建立映射關(guān)系，制定分級(jí)策略，實(shí)施結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)，兼容PMS 系統(tǒng)和MRO 數(shù)據(jù)需求；實(shí)現(xiàn)作業(yè)數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)應(yīng)采盡采，完善異常數(shù)據(jù)的處理流程，在實(shí)現(xiàn)人工錄入數(shù)據(jù)完整性的同時(shí)簡(jiǎn)化錄入方式；融合系統(tǒng)，厘清系統(tǒng)架構(gòu)差異，優(yōu)化MRO 系統(tǒng)功能，融合PMS 業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同源，數(shù)據(jù)共享，變更同步。

最終達(dá)到厘清設(shè)計(jì)工藝過程、執(zhí)行過程、故障處理以及系統(tǒng)集成的差異性，以日常維保業(yè)務(wù)為抓手，聚焦修程分類分級(jí)的統(tǒng)一性、維保數(shù)據(jù)的完整性以及MRO 與PMS 系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同源、信息共享。

5 軌道交通車輛全壽命周期管理信息化系統(tǒng)搭建思路

基于全壽命周期管理理念，從檢修設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)到生產(chǎn)執(zhí)行全流程的日常維保作業(yè)策劃，實(shí)現(xiàn)全壽命周期業(yè)務(wù)信息化，檢修與工藝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化，生產(chǎn)作業(yè)更精益、更精簡(jiǎn)、更可控。以做準(zhǔn)PHM、做精日常維保、做實(shí)架大修的總體要求，進(jìn)行軌道交通車輛全壽命周期管理信息化系統(tǒng)搭。通過建構(gòu)建車輛故障樹，指導(dǎo)司機(jī)快速排故和應(yīng)急處理，實(shí)現(xiàn)故障精確定位，減少救援、掉線等故障。構(gòu)建故障字典和標(biāo)準(zhǔn)解決方案，將人員配置、物料需求、維修工具等納入故障字典，推進(jìn)車輛故障及段內(nèi)臨時(shí)作業(yè)處理標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，提升處置效率。優(yōu)化PMS 系統(tǒng)故障記錄規(guī)則，保證故障記錄數(shù)據(jù)完整性，實(shí)現(xiàn)PMS 系統(tǒng)和PHM 系統(tǒng)融合。優(yōu)化現(xiàn)有修程修制，圍繞可靠性指標(biāo)，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，實(shí)現(xiàn)車輛狀態(tài)修，延長(zhǎng)車輛檢修周期，支撐修程修制優(yōu)化。最終實(shí)現(xiàn)軌道交通車輛全壽命周期運(yùn)營(yíng)安全、可靠，維保檢修業(yè)務(wù)的提質(zhì)、增效、降本、優(yōu)員等目標(biāo)[3]。

6 軌道交通車輛全壽命周期智能運(yùn)維的展望

軌道交通是現(xiàn)代城市交通發(fā)展的重要組成部分，而軌道車輛作為軌道交通的核心載體，其安全性和運(yùn)行效率直接影響著城市交通的發(fā)展。因此，在軌道交通的發(fā)展中，軌道車輛的全壽命周期管理工作顯得尤為重要。信息化技術(shù)是指利用智能化設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的快速、準(zhǔn)確、全面管理，并能夠?qū)崿F(xiàn)故障預(yù)警和維護(hù)管理等功能。隨著智能檢修技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，其應(yīng)用范圍也愈發(fā)廣泛，已經(jīng)成為軌道車輛檢修的主要手段。

通過做精日常維保、做實(shí)架大修、做準(zhǔn)PHM 業(yè)務(wù)，以軌道車輛全壽命周期管理為目標(biāo)，依托信息化系統(tǒng)和數(shù)字化、智能化裝備，多措并舉，打通運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)PHM 系統(tǒng)、日常維保PMS 系統(tǒng)和架大修MRO 系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)鏈，賦能場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)營(yíng)過程安全可靠、檢修過程提質(zhì)增效、生產(chǎn)環(huán)節(jié)降本優(yōu)員。

7 結(jié)語

軌道交通車輛的全壽命周期管理工作是確保城市交通安全運(yùn)行的重要保障，智能信息化技術(shù)是提高管理效率的關(guān)鍵手段，而引入物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、大數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)等先進(jìn)技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警功能的重要途徑。通過不斷優(yōu)化，進(jìn)一步提高車輛的安全性和運(yùn)行效率，讓軌道交通更好地服務(wù)于人民群眾。