城市轨道交通关键设备智能运维系统初步建构

刘述芳

（南京地铁资源开发有限责任公司，江苏南京 210012）

0 引言

城市轨道交通在带给城市诸多效益的同时，围绕着建设安全可靠、高效集约、网络化的城市轨道交通可持续发展战略目标，也使得城市轨道交通的建设与运营部门面临着巨大挑战，尤其对于网络化条件下不断演化发展的城市轨道交通关键设备的系统维护与全寿命周期管理问题。如何在保障轨道交通系统安全可靠运营的基础上最大限度降低维修成本，满足环境可持续发展战略要求的同时提升城市轨道交通设备智能化管理水平，越来越成为同行广泛关注和研究的热点。智能运维系统是建立在设备使用现场的以预测性维修模式为主的一体化平台，该平台可以在大数据中心支持下，实时监控关键设备的运行状态、执行故障预测与设备劣化趋势判断，实现关键设备在线实时故障诊断，自动生成维修工单，自动调用潜在故障维修作业指导手册和规范标准，进而触发关联的物料、备件、资产等管理系统。从而实现故障早期预警和分级报警，指导关键设备现场维修作业，进而实现物料、备件和设备资产的智能化管理。

1 智能运维系统功能需求分析

1.1 技术要求

随着城市轨道交通线路的不断增多，设施的设备数量巨增，设备维护管理信息化的重要性愈发突显，目前多家轨道交通企业虽然已经建立了一些设备管理信息系统，但是各个系统的业务不够完善和相对孤立，信息数据源利用率不高，因此需构建一套完整、适合城市轨道交通关键设备管理要求的智能运维管理系统，既要立足于生产现场的资产与备件管理、设备点巡检管理、故障管理及状态监测管理等基本要求，又能提升设备网络层动态数据更新、维修和故障管理水平，实现规范化的动态数据需求和决策分析管理。

1.2 实现闭环式处理机制

开展城市轨道交通关键设备智能运维需求分析时，需要始终坚持戴明环（PDCA）的闭环跟踪环节，从系统高度上为关键设备智能运维全过程提供一个“发现问题——处理问题——解决问题——问题反馈”的作业处理机制，并能实时根据各种维护类型监测目前的执行状况。工作流程如图1所示。

从图1可以看出，城市轨道交通智能运维系统包括6个相互关联的功能模块：即预测性维修知识管理模块，故障管理模块，维修过程管理模块，备件执行管理模块，维修物料追踪模块和可靠性信息反馈模块。智能运维系统在工作过程中，一旦通过设备状态监测数据预测到故障状态或者启动预测性维修作业模式时，系统应能及时采取一整套行之有效的监控措施。主要功能如下：

图1 城市轨道交通智能运维需求分析

（1）设备健康状态监测。根据现场传感器过程监控反馈回来的异常报告，事先根据设备状态设置的健康阈值，实时判别设备处于何种类别的健康状态，同时依据大数据分析结果提供健康维护的辅助决策。

（2）故障快速排除决策。以最快的时间定位故障根本原因，并根据戴明环（PDCA）基本原理迅速形成规范化的故障快速决策和根本原因分析策略，正确执行设备故障管理信息化所需要的维修模式、维修时机、维修周期、维修成本和维修更新价值等决策策略，实时下达预测维修电子工单。

（3）RAMS（Reliabity Available Maintenance Safety）监测策略。贯穿以可靠性为中心的维修思想，执行故障后果导向的预防性维护策略优选，以减少关键设备故障维修概率，优化预测性维护相关标准为参考，通过大数据统计与分析，优化预测性维修规程、流程、备件和物料需求，以及预测性维修验收要求。

2 智能运维系统构建

为了改变传统的城市轨道交通关键设备以计划预防修和故障修为主的检维修体系，随着各条轨道交通线路关键设备陆续进入中大修阶段，在城市轨道交通行业内部，急需构建基于状态监测、特征提取、状态评估、故障诊断、故障预测、维修模式优化和维修决策于一体的智能运维系统。

（1）构建思路。构建关键设备智能运维系统的基础理论是以可靠性为中心的维修理论，首先立足于设备状态监测与诊断、故障预测与风险等级评测、规范化故障分析数据等基础数据，然后根据各关键设备或子系统维修价值和故障后果，根据风险矩阵分析方法，梳理各关键设备或子系统及部件风险等级，从而优化关键设备的以可靠性为中心的检维修策略。

（2）构建过程。构建关键设备智能运维系统的应用基础是规范化的数据记录与分析，首先通过构建的数据监测平台，规范统计各关键设备或子系统设备故障数据，对影响任务可靠性的根本原因进行系统分析，然后对设备重要性进行判断，根据故障影响程度和发生故障频率建立风险矩阵，识别关键子系统；其次摸清各关键子系统运行状态、建立多维度的故障预测模型，针对当前各关键设备或子系统维修策略及规程在实施过程中存在的问题，提出故障快速决策的优化方向，逐步完善各关键设备或子系统维修策略；第三不断以提升可靠性为主要目标，建立设备的全生命周期可靠性管理的优化策略。

（3）应用核心。构建关键设备智能运维系统的应用核心是在线状态监测与远程故障诊断，首先通过构建的设备健康诊断平台，利用状态监测和诊断技术，识别关键子系统，开展劣化趋势分析，支持全系统的策略应用。在应用过程中，重点关注影响运营安全及服务可靠性的车辆、供电、轨道、通信和信号等专业关键设备，强化其在线状态监测与故障诊断的作用，可远程监测异常情况并及时预判和告警，从而解决规模化运营带来的关键设备维保数量增加和批量设备深度维修的需求，极大提升城市轨道交通关键设备维修价值，通过动态跟踪设备运行状态，不断摸索设备劣化规律，优化多个关键部件的维修周期，在充分保障设备运行质量的同时，最大可能地节约设备维修成本。

3 智能运维系统构成

（1）自动检测系统。主要功能：①检测各关键设备及子系统或部件运行状态；②将系统运行状态数据化；③设备状态的在线监测以及故障的实时诊断；④准确反映故障后果及危害度等级，推荐最佳的维修策略。

（2）系统数据仓库及分析中心。主要功能:①集成所有设备运行状态数据和健康状态测评标准；②数据模型最优分析及在线实时监控；③设备故障率实时统计与系统分析；④设备状态特征变化趋势跟踪及劣化趋势反馈。

（3）资产管理系统。主要功能：①智能运维维修计划下达；②智能测算备品采购计划；③智能核查物料信息与物流状况预警；④智能关联采购单以及资产自动分配。

4 结论

城市轨道交通关键设备智能运维系统可以显著提升设备的利用效率和设备管理信息化水平，通过研究分析得出的结论是：①系统分析城市轨道交通关键设备智能运维系统的功能需求及其组成；②针对系统功能需求，全面分析了智能运维过程实现手段以及相应的健康措施；③系统提出了基于状态监测、特征提取、状态评估、故障诊断、故障预测、维修模式优化和维修决策于一体的智能运维系统构建思路、过程和核心应用要求，为后续拓展系统各项功能在轨道交通行业内的推广与应用，奠定了坚实的基础。