高铁车站设备运维支撑系统的设计与实现

■ 常公平 刘捷涌 刘卫波 郭辉

高铁车站设备运维支撑系统的设计与实现

■ 常公平 刘捷涌 刘卫波 郭辉

介绍高铁车站设备运维支撑系统的设计与实现，包括系统总体结构、系统关键技术及特点、系统应用功能。

高铁车站设备；运维支撑系统；现代设备运维理论；系统设计

近年来，随着我国铁路的快速发展，高速铁路、客运专线不断增加。高铁车站采用了大量的先进设备设施，在给客运服务效率带来提升的同时，也增加了设备运维管理工作的难度。高铁车站设备的高频率、高强度使用产生了不少设备故障或故障隐患，对设备日常维护及故障维修处理提出了更高的要求。当前，高铁车站设备维护正处于从传统的人工维护模式到现代设备运维模式转换的关键节点。在传统的人工维护模式下，故障设备不能得到及时、快速地维护，更无法实现预测性检修维护，给设备的正常使用带来较大影响，一定程度上限制了设备使用效益，并影响着车站的客运服务质量。

以广铁集团为例，管内武广、广深、广珠、海南东环等客运专线客流量大、设备种类多、信息化程度高、运维难度大。为保障广铁集团管内高铁车站的保障设备的正常、高效运行，提高设备运维水平，提高设备运维效益，进而更好地为客运生产提供有力支撑，需要建设一个优化的设备运维支撑系统（Operation Support System，OSS）。与传统的运维支撑系统不同，该系统基于现代设备运维工程理论，提出优化的运维支撑系统概念。系统的设计目标不仅要加强运维过程管控、规范运维作业流程、减轻现场作业人员的工作负担和管理人员的工作压力，更强调提高设备运维效率，提高设备应用品质，真正实现科学、优化的设备运维。

1 现代设备运维理论

现代设备运维的思想十分丰富，包括计划性维修、设备全生命周期管理、全员生产维护、以可靠性为中心的维修、状态维修、综合设备管理、企业设备资产管理等一系列管理和工程技术理论。准确地说，现代设备维稳是以综合设备管理业务为基础，结合计划性维修和状态修（预测修），实现设备的全生命周期的运维管理（见图1）。

1.1综合设备运维管理综合设备运维管理是对涉及设备运维相关的人、设备、配件、流程等因素进行有效的管理，主要体现在以下几个方面。（1）设备的资产、状态、技术规范等属性的准确描述和应用；（2）运维人员、设备业主、设备使用者、设备制造者、配件供应者之间的信息和业务的无缝交互；（3）配件的准时制（Just in time）的配送、调拨、修复等；（4）流程的科学设置、执行、反馈、评估，实现标准化和最优化。

1.2设备的全生命周期管理设备的全生命周期管理从另一个角度支持着优化的设备运维理论。在设备全生命管理中，需要理清设备静态数据和动态数据，前者是设备资产、技术参数等，后者是设备的状态、维修记录、使用记录等。近几年来，设备资产管理系统（Enterprise Asset Management，EAM）与设备维修系统（Maintenance Repair Overhaul，MRO）有相互交融的趋势，两者的有机结合才能形成对设备全生命周期管理的有力支撑。

图1 现代设备运维理论的三元图

图2 状态修（预测修）与其他维修模式的比较

1.3状态修

状态修是最近10年来被广泛关注的设备运维工程技术。图2显示状态修是系统成本最低、设备可用率最好的运维方式。故障修基于实际发生的故障进行维修，设备服务品质无法保证；计划修基于设备制造商建议的修程修制进行维修计划安排，缺点是容易形成过量维修；状态修（Condition Based Maintenance，CBM）是一种预测性维修技术，基于设备的历史维修记录和目前设备状态、性能，安排合适的保养、维修，以保障设备的长期有效性和可用性，实现设备总体运营成本的最小化。

现代设备越来越趋于智能化、数据化，现代设备运维理论正是适应现代设备发展的这个趋势，在传统的信息集成技术（人、设备、配件、计划、流程等）的基础上，加入了以设备为核心的静态动态数据集成技术，最终利用数据分析技术，进行优化的系统设计，实现优化的服务模式。

2 系统总体结构

图3 OSS系统功能结构

OSS包括设备管理（资产、设备状态）、工单管理（故障管理、巡检管理、保养管理）、备件管理（备件台帐、备件出入库、备件采购）、知识库管理（文件管理）、系统管理（字典管理、用户管理、组织架构管理、权限管理）等业务模块（见图3）。

系统技术架构分为硬件/网络层、系统支撑层、应用技术层、应用层、用户访问层5个层面（见图4）。（1）硬件/网络层由计算机硬件平台、操作系统、计算机网络组成，在信息中心部署信息系统及设备，通过信息网络，构建高铁车站设备运维业务的应用；（2）系统支撑层由Oracle数据库、J2EE开发平台等组成，在中间件和数据库层面进行支撑；（3）应用技术层是为统一应用系统的基础构件、核心流程和关键技术而设计的项目管理基础应用平台，包含SOA架构、消息引擎技术、业务流程管理组件、报表管理引擎组成；（4）应用层由设备管理、工单管理、备件管理、知识库管理、系统管理等业务模块构成；（5）用户访问层由B/S访问接入、移动应用访问接入等。

图4 OSS系统技术架构

3 系统应用功能

3.1设备管理

3.1.1设备台账管理

设备管理针对运营维护范围内的所有设备设施，建立完善的、标准的设备资产档案，规范化、格式化管理设备资产信息和设备供应商等信息，使设备资产信息库不仅仅是一本设备台账，而是成为设备运营管理的数据基础和作业依据，为设备的运营维护工作发挥更大的作用，成为构成数据处理中心的基石。

3.1.2设备状态维修管理

无论从国外还是从国内来看，高铁设备运维越来越倾向于状态修。状态修的核心是设备状态管理，是整个设备管理的基础和依据。

状态修主要包含3个内容：

（1）传感器数据采集。通过各种传感器和仪表采集现场设备实时数据，实现在线监测。

（2）数据传输接口协议及应用。通过接口协议（包含BACnet协议、ModBus通信协议、OPC通信协议、LonWorks 即现场总线协议）及网管平台（包含HP OpenView即电子业务管理工具程序、IBM Tivoli）实现现场设备实时数据的实时传输。

（3）数据分析。通过开发R程序，采用统计分析方法，应用回归分析，如用多变量Logistic回归分析故障发生情况、用Bootstrap分析进行模型验证。目前分析主要围绕核心设备如空调，包括制冷主机喘振故障、制冷主机冷媒冲注量分析、空调箱风机故障分析、空调箱过滤网脏堵故障分析、空调箱焓差控制分析。

这些分析的结果用于生产预测修工单，作为计划修的支持和补充。目前，全面推行状态修还存在一定问题。主要数据标准不健全，需对在线监测到的信号做大量加工处理。不过，状态修是设备检修的发展方向，因此，需要根据不同设备的重要性，首先在一些人员素质高、设备基础好、管理先进的单位或部门试行，在试行成功的基础上逐渐加大推广力度。

3.2工单管理

3.2.1故障管理

故障工单模块对设备故障的报障、故障确认、工单分配、维修执行、客服调查等处理步骤进行管理，从故障的发生到结束进行全过程追踪和管控，同时关联管理维修执行过程所使用的备品备件，并从客户的满意度出发，提高故障的处理效率。

3.2.2巡检/保养管理

巡检/保养管理根据车站设备设施的故障发生频率或者设备设施的使用损耗规律，针对不同的设备设施安排合理、可靠的计划，保障设备巡检的周期和全覆盖，依据人员的工作强度合理的安排工单。实现对人员的作业过程进行全面追踪，为管理人员提供实时的过程管理。

3.3备件管理

针对车站设备设施维修、保养作业所需的备品备件进行全面管理，强化对设备维护过程的备件使用管理、强化对备件库存变化的管理，使备件的使用做到有据可查。

3.4知识库管理

对各种作业规范、安全生产管理规范等规章制度提供信息化的搜索、编辑功能，利用全文索引、目录索引、元搜索引擎和垂直搜索引擎等搜索引擎技术，提高检索速度和准确度，并针对用户输入的关键字，提供多样化的检索方式，提高检索效率。系统还提供移动终端应用，对用户的现场作业提供实用、有效的支撑。

3.5系统管理

系统管理即用户管理，包括用户信息管理、角色权限管理、用户业务组织架构管理、用户业务工作流程管理等。针对用户的基本信息、用户的业务组织、用户的管理组织、用户的业务流程提供全面、周密的管理，强化系统用户使用的安全约束，提高系统的业务操作便捷性。

4 系统关键技术及特点

4.1综合设备运维管理方法

综合设备运维管理采用目标管理和80/20原则。

4.1.1目标管理

目标管理研究如何让各环节的人员能够积极主动地工作起来，具体的做法如下：

（1）清楚鉴定每个工作岗位的工作任务，让岗位人员能够清楚知道当前自己还有多少工作需要完成。

（2）给出每个岗位的KPI（关键绩效指标），随时反映该岗位的实际情况以及和目标之间的距离，激励员工开展自己的工作。

4.1.280/20原则，即帕雷托规则

要第一时间解决每一个企业设备管理问题，实践中是难以实现的。所以，对于设备维修管理工作来说，需要进行合理安排维修设备管理问题，80%的问题不需要进行全面投入，而20%的问题是需要经过相当长的时间积累，并投入精力才可以完善实现。

（1）设备管理的80/20原则：关注关键设备的台账细节。

（2）维修管理的80/20原则：以关键设备为基础，制定合理的故障维修工作/计划维修工作。

（3）备件管理的80/20原则：关注重点备件与高价值备件。

（4）采购管理的80/20原则：关注生产第一性采购。

4.2移动应用技术

设备运维支撑系统提供便捷的移动作业平台客户端软件（Equipment Maintenance Mobile，EMM），结合智能手机的硬件技术，提供现场移动作业支撑和移动管理支撑。EMM针对一线作业人员提供规范、格式化的作业流程和作业操作，针对一线管理人员提供周密、有效的作业过程追踪和管控、针对管理层提供丰富、完善的作业统计管理和安全生产监管、针对决策者提供便捷、高效的生产运营管理和决策辅助（见图5、图6）。

4.3设备状态管理和分析技术

设备状态管理收集并存储所有车站设备的运行状态信息，通过三维站区电子地图进行形象、直观的展示。以高铁车站客服系统为例，主要关注围绕车站客运生产相关的设备，包括旅服平台设备、闸机、自动售票机、窗口售票机、LED导向屏、PDP屏、广播设备、时钟、网络设备等客服信息系统设备。这些设备大多为智能设备，方便通过传感器进行数据采集。

设备状态管理除了对设备进行实时运行状态监测，更重要的是进行维修分析，对故障设备的维修全过程进行跟踪，直观、形象地展示出设备实时运行状态和故障设备维护状态。

维修分析的核心是通过设备状态的历史数据，建立设备性能评估模型和故障预测模型，最终为维修优化提供辅助决策的手段。

5 结束语

OSS从2013年1月开始在广铁集团上线使用，并根据试用的情况不断完善功能，以支持广铁集团的高铁车站设备运维的需求。

使用效果表明，工单管理首先进行了完全的规范化；系统通过保养管理、巡检管理等功能的建立，保障了计划修的执行比例，故障修的频率减少了10%；移动应用的使用实现了运维工程师的故障报障实时化，相应的维修响应时间缩短了20%以上。未来预测修的深入使用可望进一步提高维修效率，降低设备整体运营成本。

在研发和使用过程中，不断提升传统设备运维系统的设计理念，引入现代设备运维的思路，使设备运维成为一项可以不断优化的工作，使设备运维支撑系统成为一个可以不断优化的软件系统。在设备运维支撑系统中，通过信息化和智能化的有效结合，提高了设备的可用率和服务水平，降低了运维成本，在铁路设备运维这个传统的领域发挥科技创新的力量。

图5 维修人员可以通过EMM系统按照设备类型快速报障

图6 维修人员可以通过EMM系统执行保养

[1] 姜金三． 现代设备管理[M]． 北京：北京大学出版社， 2012．

[2] 李葆文． 现代设备资产管理[M]． 北京：机械工业出版社，2006．

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[4] CAMPBELL J D，MCGLYNN J，JARDINE A KS． Asset Management Excellence：Optimizing Equipment Life-Cycle Decisions[M]． CRC Press，2010．

[5] LEBOLD M S，REICHARD K M，FERULLO D，et al． Open System Architecture for Condition Based Maintenance[D]． Technical Memorandum，Penn State University，2003．

常公平：广铁集团联创铁路发展中心，高级工程师，湖南 长沙，410000

刘捷涌：广铁集团联创铁路发展中心，助理工程师，湖南 长沙，410000

刘卫波：广铁集团联创铁路发展中心，工程师，湖南 长沙，410000

郭 辉：广铁集团联创铁路发展中心，工程师，湖南 长沙，410000

摄影王凯立

责任编辑苑晓蒙

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