黃 豐

(浙江省軌道交通運營管理集團有限公司, 310005, 杭州)

浙江省軌道交通運營管理集團有限公司(以下簡稱“浙江軌道集團”)是全國首個省級軌道交通統(tǒng)一運營管理試點企業(yè)。為探索智能運維高質(zhì)量發(fā)展路徑,浙江軌道集團在杭海(杭州—海寧)城際鐵路鹽官車輛段規(guī)劃構(gòu)建軌道醫(yī)院智能運維平臺(以下簡稱“軌道醫(yī)院平臺”),開展智能化運維的探索與實踐。

1 軌道醫(yī)院平臺的設計背景及構(gòu)想

1.1 杭海城際鐵路運維痛點與需求

杭海城際鐵路運維主要存在以下痛點:

1) 修程修制有待優(yōu)化。杭海城際鐵路的線路區(qū)間較長,在運營前有時無法完成規(guī)定的軌道巡檢工作[1]。此外,杭海城際鐵路為新開通線路,經(jīng)過初期磨合后,設備設施故障率、故障嚴重度均保持在較低水平,既定的維修規(guī)程并不適用。對此,需結(jié)合智能化手段來優(yōu)化修程修制,并基于設備設施健康狀況評估結(jié)果開展更為適宜的維保[2]。

2) 正線故障處理技術支持不足。傳統(tǒng)車輛正線故障處理主要由司機通過列車司機顯示單元的信息進行評估處理。在常見的多系統(tǒng)故障并發(fā)情況下,司機需與行車調(diào)度等建立多方通話來聯(lián)合處理,而故障處理主要依靠人員的技術經(jīng)驗,過程中司機、行車調(diào)度人員往往因缺少有效的技術支持而導致處理效果不穩(wěn)定,進而影響故障處理效率。

3) 傳統(tǒng)維保設備設施的智能化程度低。傳統(tǒng)維保設備設施相對孤立[3],依賴人工完成維保業(yè)務流程閉環(huán)。例如,弓網(wǎng)在線監(jiān)測檢測系統(tǒng)可自動識別受電弓外觀幾何尺寸并異常報警,但受接口限制,需人工手動錄入檢修管理系統(tǒng)。

面向上述運維痛點,浙江軌道集團提出打造軌道醫(yī)院平臺的規(guī)劃設想,用以加強感知、分析、決策雙層循環(huán)能力建設(內(nèi)循環(huán)指感知設備設施本身,外循環(huán)指人、機、料、法、環(huán)、測等6要素間的互聯(lián)互通[4]),進而提升設備設施運營、維護、管理的智能化水平。

1.2 軌道醫(yī)院平臺設計構(gòu)想

1.2.1 軌道醫(yī)院平臺總體框架

軌道醫(yī)院平臺主要以“智能感知—智能分析—智能決策”為設計主線,對核心設備設施進行全面體檢、精確治療。軌道醫(yī)院平臺的構(gòu)架如圖1所示。

注:web—應用網(wǎng)絡;API—應用程序接口;DDU—人機交互界面;PSCADA—電力監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2.2 軌道醫(yī)院平臺的層次

整體上,軌道醫(yī)院劃分為感知層、交互層、存儲層、服務層以及可視化層。

感知層由各類設備系統(tǒng)組成,負責將采集、分析得到的多樣化數(shù)據(jù)提交給交互層。交互層負責制定數(shù)據(jù)采集、補全策略,過濾不合規(guī)數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換非標數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心負責對各類數(shù)據(jù)按系統(tǒng)進行存儲,并訓練、部署、執(zhí)行各類算法模型。應用服務層提供各類業(yè)務流程梳理等服務。可視化層面向最終用戶,提供各類圖形化訪問及操作方式,包括PC(個人計算機)端、監(jiān)控大屏等。

2 軌道醫(yī)院平臺的建設及實踐效果

目前,軌道醫(yī)院平臺1.0版的總體框架已搭建完成。由于列車正線故障處理、部件磨耗監(jiān)測、修程修制優(yōu)化等關系到運營質(zhì)量和生產(chǎn)資源的優(yōu)化,是行業(yè)的重點關注方向。軌道醫(yī)院平臺對列車在途運行數(shù)據(jù)進行實時落地及顯示,進而支持地面輔助列車正線故障處理;依托智能感知設備,在傳統(tǒng)檢修基礎上引入智能檢測與人工復核機制,優(yōu)化修程修制,實現(xiàn)機器檢測代替部分人工作業(yè);創(chuàng)新性建立智能運維中心,探索智能運維與傳統(tǒng)運維的初步融合。

2.1 列車在途監(jiān)測及關鍵部件磨耗監(jiān)測

2.1.1 列車在途監(jiān)測及故障處理支持

列車在途狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)利用既有TCMS(網(wǎng)絡控制系統(tǒng))設備,基于列車PIS(乘客信息系統(tǒng))通道,將制動、牽引及空調(diào)等系統(tǒng),以及車載機電設備的600多項實時數(shù)據(jù)向地面設備回傳,并復現(xiàn)列車司機屏。當列車在正線運行中發(fā)生故障時,地面技術人員可及時介入,第一時間獲取車輛狀態(tài)信息,準確分析故障原因,有效指導司機處理故障,提高故障處理效率。軌道醫(yī)院平臺的列車在途監(jiān)測界面如圖2所示。

注:1—車速;2—下一站;3—車輛主要運行數(shù)據(jù);4—故障報警信息;5—車載設備狀態(tài)。

2.1.2 關鍵部件磨耗監(jiān)測與趨勢分析

軌旁檢測設備可自動檢測車輛關鍵部件數(shù)據(jù)。軌道醫(yī)院平臺已實現(xiàn)了對多維軌旁檢測系統(tǒng)感知數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成,實現(xiàn)了對碳滑板及輪對等關鍵部件磨耗的趨勢分析,不僅便于總結(jié)磨耗規(guī)律、優(yōu)化檢修方式,還能作為靈活調(diào)整易損易耗件備存量的依據(jù)。軌道醫(yī)院平臺的關鍵部件磨耗監(jiān)測與趨勢預警界面截圖如圖3所示。

圖3 軌道醫(yī)院關鍵部件磨耗監(jiān)測與趨勢預警界面截圖

2.2 輔助人工作業(yè)及修程修制的優(yōu)化

2.2.1 軌道巡檢的修程修制優(yōu)化

軌道醫(yī)院平臺的軌道智能巡檢系統(tǒng)與列車一體化安裝。相比于獨立式智能巡檢設備[4],一體化安裝的軌道智能巡檢系統(tǒng)能更好地與調(diào)度生產(chǎn)相結(jié)合,既不增加夜間施工作業(yè)點,也無需人員操作設備,僅依托列車開行計劃,就能實現(xiàn)在列車運營的同時對全線鋼軌、道床及連接零件等軌道關鍵設備進行檢測。軌道智能巡檢系統(tǒng)安裝實景圖如圖4所示。

圖4 軌道智能巡檢系統(tǒng)安裝實景圖

目前,正線軌道巡檢以軌道智能巡檢系統(tǒng)為主,以人工為輔。正線軌道的人工巡檢周期由原來的雙日巡檢(每48 h一次)調(diào)整至周巡檢(每周一次),并同步對軌道智能巡檢系統(tǒng)的檢測質(zhì)量進行復核[5]。由于道岔是行車安全關鍵設備和薄弱環(huán)節(jié),道岔區(qū)域的人工巡檢周期仍為雙日巡檢。

在周期調(diào)整前,每名巡檢人員單次巡檢作業(yè)的工作量約為7～8 km。結(jié)合雙崗作業(yè)的安全要求,夜間人工巡檢作業(yè)需20余人耗時近3 h方能完成。

在周期調(diào)整后,作業(yè)量大的正線巡檢任務由軌道智能巡檢系統(tǒng)完成。巡檢人員主要在道岔區(qū)巡檢(共6個道岔區(qū),且每道岔區(qū)有2人巡檢),并處理系統(tǒng)報警故障。節(jié)省的2人次巡檢資源可分配至其他生產(chǎn)任務,而每個岔區(qū)巡檢耗時約20～30 min,人員完成岔區(qū)巡檢作業(yè)后還有充分時間參與其他作業(yè)。

2.2.2 輔助列車雙日檢修程的優(yōu)化

基于對故障模式、故障影響和危害性的分析[6],杭海城際鐵路已全面實施列車雙日檢修程,小日檢每日1次,大日檢每2日1次。其中小日檢項目為司機室、客室及列車功能等車上作業(yè)項點的檢查,大日檢項目除涵蓋小日檢內(nèi)容外,還包括車底、車側(cè)部件的檢查。

依托軌道醫(yī)院平臺360°車體圖像檢測系統(tǒng)(下文簡稱“360°系統(tǒng)”)對車底、車側(cè)部件異常情況的檢測優(yōu)勢,優(yōu)化并實施機器檢測代替人工大日檢車底、車側(cè)作業(yè),同時,360°系統(tǒng)安裝在車輛段入庫動態(tài)檢測棚內(nèi)(如圖5所示),結(jié)合排車計劃靈活安排小日檢列車進行回庫前機器檢測,及時發(fā)現(xiàn)車下部件的風險隱患。

圖5 360°系統(tǒng)實景圖

在實際運用中,360°系統(tǒng)已排查多起車下部件異常隱患,如垂向減振器纏繞塑料袋、車下輔助電源箱二次防脫鎖扣位置錯誤等。

軌道醫(yī)院平臺在360°系統(tǒng)的輔助作業(yè)下,一方面可結(jié)合排車計劃完成對車下部件的檢測,保證檢修效率并加強列車的可靠性;另一方面,通過持續(xù)的樣本積累與人機比對,不斷提升360°系統(tǒng)的識別率,降低誤報率,為后續(xù)列車修程的優(yōu)化延長提供條件。

2.2.3 智慧變電所巡檢機器人輔助人工維保

現(xiàn)階段,軌道醫(yī)院平臺的主變電所智能巡檢機器人在外形直觀觀測或溫度測量等項點具有優(yōu)勢,替代了部分人工巡檢工作,個別項點實施人工+機器巡檢模式。其中:繼電器、軌電位定值等需開啟柜門或點擊屏幕查看的項點仍采用人工巡視;SF6(六氟化硫)氣壓、開關分合閘狀態(tài)、變壓器溫度等直觀、可測的項點由機器人巡視,且機器人巡檢頻次由每4日1次優(yōu)化為每日1次,提高了巡檢頻次,降低了人工巡檢的工作量,還避免了人員因觸碰或靠近高壓設備而發(fā)生觸電的風險。

1) 開關位置檢測。檢測進線開關、饋線開關、AC 400 V開關柜框架開關、轉(zhuǎn)換開關、DC 1 500 V端柜遠方就地轉(zhuǎn)換開關及分合閘的位置指示等信息。

2) 設備信息檢測。檢測內(nèi)容為:鋼軌電位限制裝置報警、AC 35 kV開關柜SF6氣體壓力表指示是否正確、配電變壓器溫控裝置及DC 1 500 V開關柜報警檢測等。

3) 溫度檢測。使用紅外熱成像及無線測溫裝置監(jiān)控高壓設備的溫度,并自動生成溫度曲線圖;結(jié)合設備歷史溫度變化,自動分析趨勢。紅外熱成像及無線測溫結(jié)果照片如圖6所示。

圖6 紅外熱成像及無線測溫結(jié)果照片

2.3 智能運維中心賦能運維管理

為更好地融合智能運維和傳統(tǒng)運維,創(chuàng)新性設立軌道醫(yī)院平臺的智能運維中心。智能運維中心的設立優(yōu)化了組織架構(gòu)。其設立的智能運維工程師等崗位,能負責車載信息的監(jiān)控,并輔助指導正線列車故障處理;此外,智能運維中心還可以組織專員融合到設備設施感知、數(shù)據(jù)分析診斷的實踐中,挖掘軌道醫(yī)院平臺各類綜合數(shù)據(jù)的價值,圍繞碳滑板及輪對開展磨耗預測等專項研究,探索軌道醫(yī)院平臺從“能用”向“好用”發(fā)展。

3 軌道醫(yī)院平臺智能化運維的發(fā)展建議

3.1 提升智能感知設備的機器學習能力

加強軌道醫(yī)院平臺360°系統(tǒng)等智能設備的技術研究,提高檢測精度及效率,避免出現(xiàn)列車重復過檢的情況。豐富人工模擬檢測樣本,平衡系統(tǒng)誤報、漏報的檢測預設閾值,盡量縮短人工復核周期;優(yōu)化干擾源的排除算法,細化當前各系統(tǒng)如螺栓歪斜、松動等不同種類的故障分類及報警提示,提高異常復核效率。

3.2 打通多專業(yè)系統(tǒng)接口與解耦分析

打通軌道醫(yī)院平臺與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的接口,實現(xiàn)從檢測到維修的電子閉環(huán)。持續(xù)開展異構(gòu)數(shù)據(jù)應用研究,規(guī)范接口數(shù)據(jù)標準,高效利用多系統(tǒng)交互下的數(shù)據(jù)信息。打通ATS(列車自動監(jiān)控)系統(tǒng)接口,解決非正線車輛定位問題;建立在途列車數(shù)據(jù)傳輸增補機制,提升PIS通道傳輸數(shù)據(jù)的集中度、豐富度;梳理司機屏、車載TCMS系統(tǒng)關于車載實時故障的對齊方案,解決當前車載實時故障不統(tǒng)一的問題。

3.3 專家知識庫與專項能力機制建設

建立軌道醫(yī)院平臺的專家知識庫,積累故障樣本與處理案例,逐步發(fā)揮人工經(jīng)驗及專家個人能力在信息化運用中的優(yōu)勢;建立列車正線故障的地面輔助應急處理機制,更有效地提升故障處理能力。杭海城際鐵路開通一年有余,可結(jié)合運營狀況提前探討大修及架大修規(guī)劃[7],探索關鍵部件的全壽命周期監(jiān)測,建立部件劣化專項預測研究與智能分析機制,如軸承健康監(jiān)測、低壓電器故障預測研究等,探索杭海城際鐵路的運維新策略。

3.4 加強以人為主到人機結(jié)合實踐

維保自動化是一個逐步進化的過程,不是完全的以機器替換人工[4]。當前,杭海城際鐵路智能化運維的重點逐步從以人為主轉(zhuǎn)變到人機平衡的實踐中:一方面依托人工復核來加強機器再深度學習,提升異常識別率;另一方面,利用智能化優(yōu)勢推進傳統(tǒng)運維的發(fā)展,比如研究道岔區(qū)智能檢測的可行性等,進一步探索智能運維中心與DCC(車輛段控制中心)職能融合、利用修程優(yōu)化經(jīng)驗進一步探討列車雙日檢周期延長等。

4 結(jié)語

面向運維痛點及智能化運維需求,杭海城際鐵路軌道醫(yī)院平臺1.0版已成功搭建,并在列車在途監(jiān)測、關鍵部件分析、機器輔助人工作業(yè)及修程優(yōu)化等幾個方面取得了一定的實施效果。

未來,軌道醫(yī)院平臺將瞄準提升智能感知設備機器學習能力、加強從以人為主到人機結(jié)合實踐等四個方面發(fā)力,探索一條具有杭海城際鐵路特色的智能化運維創(chuàng)新實踐之路。