机务设备检修生产及健康管理

廖 可 中国铁路上海局集团有限公司机务处

铁路运输企业是国内典型的资产密集型企业，其设备具有大型化、连续化的特点，其中机务设备是保证机车检修作业的基础，因此，机务设备检修管理在确保设备稳定运行中起到至关重要作用。中国铁路上海局集团有限公司机务系统为实现机务设备维修管理的标准化、流程化、信息化和模块化，率先尝试搭建设备管理平台，规范设备检修生产的范围、计划、标准和流程，提高了设备管理水平。

1 基本信息概述

设备管理平台主要由四部分构成，分别是：硬件系统、软件系统、服务器和通信网络。通过硬件设备实现人员信息识别录入、设备检修数据信息输入和数据显示的功能。考量到未来发展需求，设备管理平台采用Browser/Server网络应用程序架构，该架构可以克服地域问题，维护简单。B/S架构由前台浏览器、Web服务器和后台数据库3个模块组成，能对设备日常检查数据进行传输、分析、统计。

在作业现场，作业人员只要登陆OA（办公自动化）网络，就可以进入设备管理信息平台，然后按照自身的业务需求，进入不同的作业界面，进行相关作业。

2 设备检修生产管理

设备检修生产主要包括设备巡回检查（以下简称：设备巡检）、设备小修和设备故障修，相关检修生产作业都是按照图1所示的作业流程进行。通过对作业流程的规范，能实现人员信息准准确、作业信息齐全、数据分析全面等功能。

图1 机务设备检修作业流程

而从管理层面来说，设备管理平台科学的对各项作业卡控分为四个环节，分别是发布检修计划和任务、公布检修范围和标准、查询检修记录及结果和分析统计检修数据四个部分。其中查询检修记录及结果和分析统计检修数据是核心功能模块。该系统根据生产的实际需求，以设备检修范围和标准为基础，以执行检修计划和任务为主线，通过查询检修记录及结果和对检修数据的统计分析，来实现设备检修的专业化和数据化管理，以科学的管理手段提高设备运行的可靠性，各个功能模块之间形成一套闭环的管理流程。

2.1 设备巡检管理

设备巡检指的是设备包报修人或专人根据包修范围定期检查，对不良处及时处理。根据设备发生故障后和修理停机时对生产质量、成本、安全等方面影响程度和造成生产损失的大小，将设备划分为A、B、C三类。依据设备不同的分类合理制订设备的巡检周期和计划，并上传设备管理平台。巡检计划在经过审核之后，由系统自动将巡检任务派发至维修人员。维修人员现场指纹登录设备管理平台并扫描设备二维码（如图2所示），系统根据巡检计划自动弹出作业标准及作业记录单。维修人员按标完成作业后，填写电子作业记录单并上传管理平台，待设备验收人员检查确认后，最终形成完整作业台账。

图2 巡检过程

另外，针对生产现场部分安全关键设备设备结构复杂、空间有限、不便于日常巡检的问题，通过加装传感器和监控探头，实现可视化巡检。在人工巡检的周期内加入可视化，加密了检查周期，确保了设备的运行状态。

2.2 设备小修管理

首先，制定设备小修计划，并在设备管理平台上发布。设备维修人员根据计划按照检修标准在现场对设备进行检修作业。设备检修完成后，维修人员在现场配备的作业终端上填写检修记录单。设备管理人员参照“三检一验”的标准对检修过程及检修单作出评价，以评价完成视作检修周期的结束。最后，设备技术员分析检修数据结果，得出设备运行状态，从而动态的调整和修改设备检修计划。以上环节依次流转形成设备的闭环管理，在各个环节中电子记录单自动生成，并经过相关人员确认，同时反馈至相应的检修计划中，提高设备检修作业的准确性。同时设备管理人员还能如图3所示，实时监控设备小修进度，并且相关工作的进度直接通过不同的色系体现出来，这样既便于管理，也有利于生产。

图3 设备小修状态显示界面

2.3 故障修管理

设备故障修区别于计划修，是在设备出现故障时，临时报修予以解决。此项工作也是设备管理平台的一项重要功能。报修人员使用管理平台，在线报修设备故障。设备管理人员接到报修后，及时安排人员对设备进行检修。故障修管理平台通过有机的结合报修、故障处理、销号这一列流程，形成了一个合理、完整的闭环管理流程，降低以往检修过程中的无序化，避免漏检、漏修。通过规范设备故障预报中对设备名称、故障表象的叙述，使设备故障预报更准确便捷，同时形成故障汇编，便于统计和分析。

3 设备健康管理

故障预测与健康管理技术（Prognostics and health management，PHM）可以维护机械动力设备的安全性、可靠性，并可节约维修保障成本。PHM技术是利用先进手段收集设备数据，结合其他相关的有效信息，借助技术标准、专业人员、历史记录对目标对象进行故障预测，同时提供维修保障决策及实施计划的一种视情维修技术。

3.1 设备故障诊断与预测认知模型

在实际中，对于设备的故障诊断及预测主要是是建立在以下几个方面，分别是设备直接的功能及性能信息（基于故障状态信息）；设备使用中表现出来的异常现象信息（基于异常现象信息）；设备使用中所承受的环境应力和工作应力信息（基于使用环境信息）；设备预置损伤标尺（precursor）的状态信息（基于损伤标尺信息）。技术人员根据损伤标尺信息、设备运行状态数据、设备异常现象及环境数据诊断和预测设备故障。

3.2 设备健康管理数据流

设备健康管理的数据处理流程如图4所示，设备各相关信息经过数据采集，然后进入后台进行分析和诊断，同时与历史数据进行对比，对设备故障进行预测，从而制订针对性的措施，保证设备的可靠性。

图4 设备健康管理数据流

3.3 设备健康管理的三个层级

设备健康管理从架构上来看，主要分为三个层级，包括设备的运行状态监测、设备故障诊断与预测和设备健康预测。

设备的运行状态监测作为设备健康管理的第一层级，是健康管理的基础，可以实现运行状态参数的单参数阈值报警，当运行参数超过预定阈值时，显示设备工作异常。如图5所示，以架车机为例，系统可以实时监测设备的轴承温度、车体高度、电机电流、电压等重要参数，通过对相关参数设定参考的最大、最小值来实时预警。

图5 架车机运行状态监测参数示意图

设备健康管理的第二层级是设备故障诊断与预测，通过多参数对比与特征识别，采用支持向量机和前馈神经网络，实现故障诊断与故障预测。根据对设备故障现象进行分析比对，逐级判断，最终推测出设备的故障所在。

设备健康管理的第三层级是设备健康预测（如图6所示），包括设备健康状态预报和寿命预测，其中健康状态预报是预报当前设备处于哪一个健康状态（如设备正常、设备性能下降、功能失效等状态），同时分析设备的健康趋势；而设备的寿命预测是根据设备的当前健康状态，历史状态，采用合适的数学模型，通过大数据分析和概率统计的手段去分析设备预测设备的剩余寿命。

图6 设备健康预测示意图

4 设备检修生产及健康管理的有机融合

设备的日常检修及健康管理要想做到有机的融合，首先需解设备身份唯一性和作业数据关联性的问题，因此在完善设备检修管理的基础上，以设备二维码作为设备身份唯一代码，同步关联各检修数据，并对数据进行整合，以此形成集设备基础档案信息、检修计划、检修数据为一体的设备电子履历。设备电子履历能实时反应“设备健康状态”，设备管理人员也能通过查阅设备电子履历中各项关键数据，来完成对设备状态的评估。

5 结束语

目前，铁路行业信息化管理水平不断提升，在生产及安全管理面著有成效。设备检修生产及健康管理平台的搭建，降低了生产成本和故障处理时间，极大提高了生产效率。以信息系统为支撑的设备健康管理，能借助信息化手段，全面跟踪设备维修作业过程，实时掌握设备健康状态，并通过大数据的处理能力为设备健康管理提供科学的决策依据。