地鐵車輛故障管理與智能化維修

地鐵車輛故障管理與智能化維修

摘要：提升地鐵車輛的維修智能化檢修水平是行業(yè)發(fā)展的趨勢，目前建設(shè)智能化維修管理體系難點多，本文從建設(shè)智能化維修管理體系難點出發(fā)，研究車輛智能化維修管理體系建設(shè)的功能需求以及體系構(gòu)架，并引入多元信息概念，構(gòu)建基于多元數(shù)據(jù)的智能檢修管理體系，為降低維修成本、提高維修效率和設(shè)備可靠性提供重要參考。

關(guān)鍵詞：地鐵；故障管理；維修；多元信息

城市軌道交通具有安全可靠、高效節(jié)能的特點，對緩解城市交通壓力的效果是有目共睹的。隨著國內(nèi)城市建設(shè)的飛速發(fā)展，人口流動速度成為決定城市發(fā)展的關(guān)鍵因素，地鐵發(fā)展速度迎來新的爆發(fā)期，同時對地鐵運行的安全性、高效性、低成本、網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度的要求也是水漲船高。地鐵運行車輛是運載乘客的直接載體，是安全運輸、舒適乘坐的最直接呈現(xiàn)載體，其運行成本與維修成本是運營單位管理水平與運維水平的直接體現(xiàn)。在保障地鐵系統(tǒng)安全可靠運行的基礎(chǔ)上，科學、智能的提升管理與運維水平，降低運行與維修成本已然成為軌道交通行業(yè)廣泛關(guān)注與重點研究的熱點問題。近年來，車輛制造水平顯著提高，車輛狀態(tài)修模式管理體系較為完善，伴隨人工智能、大數(shù)據(jù)、設(shè)備檢測技術(shù)的發(fā)展，以智能化、數(shù)字化為特征的車輛智能化維修管理體系正被不斷推廣應(yīng)用。智能化維修管理體系依托大數(shù)據(jù)技術(shù)支持，結(jié)合車輛運行設(shè)備歷史數(shù)據(jù)與運行參數(shù)，采用人工智能算法，對車輛狀態(tài)與設(shè)備故障進行分析與診斷，預測設(shè)備壽命，并以此指導現(xiàn)場維修作業(yè)。智能化維修管理體系的成功應(yīng)用需要以車輛故障的分析與研究為基礎(chǔ)，特別是關(guān)鍵運行設(shè)備，因此，本文首先對車輛故障管理的分析與關(guān)鍵難點進行研究，并以此為基礎(chǔ)對車輛智能維修管理體系進行合理優(yōu)化，使之能夠在更多實際場景進行應(yīng)用，改善維修管理水平，提升維修質(zhì)量與效率。

1地鐵車輛故障管理現(xiàn)狀

地鐵車輛故障管理重點依靠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與診斷分析系統(tǒng)，通過對車輛現(xiàn)場中的質(zhì)量檢驗、運行操作、故障與缺陷檢測記錄，完成車輛運行狀態(tài)的動態(tài)數(shù)據(jù)收集，依托新型傳感技術(shù)、智能儀表技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、高端芯片激技術(shù)以及控制技術(shù)，實現(xiàn)地鐵車輛在線監(jiān)測、診斷等功能，能夠為用戶提供系統(tǒng)故障預測與車輛運行狀態(tài)分析數(shù)據(jù)，為智能檢修提供重要參考。地鐵車輛故障管理歸屬于運維單位中心領(lǐng)導決策層面，目前國內(nèi)地鐵公司與運維單位多采用狀態(tài)檢修，在平衡保障車輛運行狀態(tài)與車輛過剩維修時均面臨較大困難。

1.1車輛關(guān)鍵部件故障調(diào)試數(shù)據(jù)不完整

我國地鐵規(guī)模發(fā)展與車輛技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出不平衡，地鐵車輛為滿足飛速發(fā)展的地鐵運行規(guī)模，造成車輛種類繁多，車輛信息化建設(shè)不足現(xiàn)象尤為嚴重，很多運行車輛的前期可靠性報告不足，診斷與維修資料缺失或者停留在紙質(zhì)材料中；車輛維修人員水平較為單一，故障處理過程中難以將參數(shù)信息進行較為完整的保存，且維修水平參差不齊，數(shù)據(jù)可靠性較低，因此地鐵車輛故障管理前期數(shù)據(jù)不足，后期需要通過大量的時間與維修經(jīng)驗的積累。

1.2車輛對關(guān)鍵部件預測精度要求與預警技術(shù)存在矛盾

車輛運行狀態(tài)主要取決于關(guān)鍵部件的運行狀態(tài)，為了迎合新時代地鐵發(fā)展，對車輛關(guān)鍵部件的預測精度越來越高，要求越來越細，需要對車輛關(guān)鍵部件運行狀態(tài)通過多渠道進行采集，并對預警閥值做出科學劃分與準確定位，并能夠?qū)Τ鲱A警閥值的數(shù)據(jù)進行自動識別與有效分析；然而傳統(tǒng)的維修管理與技術(shù)尚未達到要求，傳統(tǒng)維修管理對預警閥值的設(shè)定與劃分無明確的界定，需對現(xiàn)有維修管理方式進行科學升級。

1.3車輛故障管理一體化程度要求高

車輛故障管理系統(tǒng)的運行過程涉及到故障采集、編碼、記錄、傳遞，故障信息流轉(zhuǎn)需要統(tǒng)一、規(guī)范的流程，維修效果需要對維修計劃、成本、備件成本以及管理制度進行量化評價，維修現(xiàn)場需要對故障進行再次檢測、維修效果評測等一系列流程均需統(tǒng)一、規(guī)范的流程，對車輛故障管理一體化要求程度較為嚴苛。

1.4車輛故障管理分析過程復雜、信息化要求程度高

車輛故障管理分析對車輛關(guān)鍵部件以及典型故障完成模型建立，通過對歷史數(shù)據(jù)進行學習，計算出特定部件特定故障的評價指標參數(shù)，引入現(xiàn)場維修流程與管理策略，確定價值系數(shù)，最終得出維修指導建議，并對系統(tǒng)維修效果進行后續(xù)記錄，進行自身參數(shù)修定；分析維修過程中涉及的每個部件的參數(shù)均需要數(shù)字信息支持，然而車輛系統(tǒng)復雜、原始信息雜亂無章、資料格式不統(tǒng)一等現(xiàn)象突出，對效率提升、成本較低的信息化需求高，建設(shè)過程較為困難。

2車輛智能化維修管理體系建設(shè)

2.1車輛智能化維修管理體系功能需求

針對傳統(tǒng)檢修模式模塊化、智能化程度不高，因此在車輛智能化維修管理體系建設(shè)時，需要對體系功能進行需求分析，主要應(yīng)包括以下功能.（1）車輛運行數(shù)據(jù)顯示功能，主要對線路編號、車輛編號、運行線路長度、換乘站點信息、車輛行駛里程、車輛預約檢修時間等信息進行顯示。（2）車輛檢修計劃擬定功能，基于車輛運行數(shù)據(jù)與設(shè)備檢測參數(shù)、人工檢測參數(shù)等車輛運行數(shù)據(jù)，擬定該車輛針對特定部件的、科學的檢修計劃。（3）車輛檢修調(diào)度指令擬定功能，基于車輛檢修計劃，在完成對檢修基地冗余能力采集的基礎(chǔ)上，在車輛調(diào)度中心通過對車輛上線、備用車輛等信息分析，擬定車輛檢修調(diào)度指令。（4）車輛檢修工單派發(fā)功能，在擬定的車輛調(diào)度指令基礎(chǔ)上，利用檢修工單調(diào)度管理模塊合理安排檢修工作，排定檢修工位、檢修線路等，另對檢修工單進行下發(fā)。（5）車輛數(shù)據(jù)查詢功能，建立車輛信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)車輛歷史故障信息、檢修計劃、運行狀態(tài)、檢修調(diào)度計劃等的一鍵式、分組查詢。

2.2車輛智能化維修管理體系構(gòu)成

車輛智能化維修管理體系基于智能化、模塊話設(shè)計理念，構(gòu)建主要有以下體系組成：（1）智能化檢修管理體系。該體系以檢修現(xiàn)場工作以及車輛參數(shù)為依據(jù)，統(tǒng)籌車輛維修計劃、調(diào)度計劃、維修質(zhì)量以及部門合作等方面，以信息化技術(shù)為基礎(chǔ)覆蓋車輛維修以及部門合作，同時能夠為現(xiàn)場工作人員提供便于數(shù)據(jù)查詢的終端，便于車輛信息及時查詢與更新。（2）智能設(shè)備管理體系。該體系主要針對車輛以及車輛關(guān)鍵部件的故障信息收集、狀態(tài)監(jiān)測、在線分析等方面，對車輛以及車輛關(guān)鍵部件收集的運行參數(shù)銅鼓在線分析，以體系中預警閥值為基準，能夠給出車輛以及車輛關(guān)鍵部件的狀態(tài)，提醒檢修人員及時對車輛以及車輛關(guān)鍵部件進行針對性維護，消除安全隱患。（3）檢修安全管理體系。該體系對檢修現(xiàn)場安全把控，借助檢修現(xiàn)場安全管控制度與設(shè)備對檢修過程中檢修人員人身安全進行有效保護，例如隔離開關(guān)、遠程接地、門禁連鎖等設(shè)備以及圖像智能告警等手段，保證檢修各階段標準化、可視化以及智能化，確認人員安全。

3基于多元數(shù)據(jù)的智能檢修管理體系

3.1多源指標運行狀態(tài)評估指標體系

地鐵車輛運行狀態(tài)評估的首要環(huán)節(jié)為評估指標的選取，這是運行狀態(tài)評估的基礎(chǔ)，評估指標的全面、合理、客觀對評估結(jié)果的準確性、可信度至關(guān)重要，本文構(gòu)建了圖1所示的地鐵車輛綜合狀態(tài)評估指標體系。該指標體系分為設(shè)備性能因素、環(huán)境影響因素、運維管理因素、人員素質(zhì)因素等四大類，在各類指標值中拓展二級影響因素，二級影響因素具體到設(shè)備結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件、管理細則、人員技能等實際狀況，能夠全面包括設(shè)備狀態(tài)，同時考慮檢修維護等后期可變因素，保證評估結(jié)果的可信度與準確性。

3.2多維度指標評估集

在建立地鐵車輛綜合狀態(tài)評估指標體系之后，需要建立地鐵車輛多維度指標評估集，并對其評估結(jié)果做出相應(yīng)解釋，本文結(jié)合地鐵車輛的實際運行情況。將地鐵車輛綜合狀態(tài)劃分為如表1的7個等級。對地鐵車輛系統(tǒng)綜合狀態(tài)進行1-7維度劃分，可以為運維檢修人員提供直接的參考依據(jù)，便于以此為基礎(chǔ)合理安排檢修計劃，保障地鐵安全運行的同時節(jié)省人力與運維成本。

3.3融合多源信息的地鐵車輛運行狀態(tài)評估

（1）隸屬度函數(shù)的確定。隸屬度函數(shù)中參數(shù)的確立為經(jīng)驗參數(shù)，通常以專家經(jīng)驗為主，而隸屬度則代表地鐵車輛中隱含狀態(tài)與各評價等級的關(guān)系，即歸屬于某評價等級的可能性，隸屬度函數(shù)的輸出形式為集合，本文給出4個評估等級的隸屬度函數(shù)。（2）確定運行狀態(tài)分值。通過LSTM的深度數(shù)據(jù)挖掘，為得到更加精確的狀態(tài)評估結(jié)果，采用百分制加權(quán)方法對地鐵車輛的運行狀態(tài)進行打分，得到狀態(tài)等級對應(yīng)的評分值，如表2所示?；诙嘣獢?shù)據(jù)的智能檢修系統(tǒng)具備規(guī)范化記錄、規(guī)范化統(tǒng)計、智能化分析、信息管理、過程管控、防錯管理與控制，能自動生成檢修結(jié)果，以供用戶調(diào)閱，能智能識別部件的“過修”和“欠修”狀態(tài)，定期據(jù)提出更科學的修程調(diào)整建議，實現(xiàn)部件維修周期的科學化；能科學地延長部分部件的修程，避免欠修和過修；能有效提高檢修效率和效益。

4結(jié)