东莞地铁设备智能运维系统分析

2019-10-14张黎璋

城市轨道交通研究 2019年9期

张黎璋

(东莞市轨道交通有限公司，523378，东莞//高级工程师)

近年来，随着城市轨道交通的快速发展，对设备设施的维护与全寿命周期管理提出了更高的要求。基于信息化手段、大数据分析平台、智能终端、在途监测设备的智能运维系统得到了快速的应用和发展。与传统运维模式相比，智能运维系统在保障城市轨道交通安全可靠运营的基础上能够最大限度地降低运维成本，符合环境可持续发展的战略要求[1]。本文介绍了东莞地铁的智能设备运维系统及其应用情况。

1 城市轨道交通传统设备运维模式分析

传统的城市轨道交通设备运维模式采用的是设备定期检修加故障维修的方法，是根据设备检修规程周期性地开展设备检修工作，并利用综合监控等系统进行设备故障监测。传统的城市轨道交通设备运维模式缺少设备的全生命周期跟踪及实时状态预警等功能，因此运营设备易出现过修、欠修等状况。同时，由于设备检修主要是由作业人员按照检修规程进行主动检测，受作业人员身体和精神状态的影响，也易发生漏检、错检等情况[2]。

2 东莞地铁设备智能运维系统

东莞地铁设备智能运维系统组成框图如图1所示。

图1 东莞地铁设备智能运维系统组成框图

东莞地铁目前处于单线运营状态。东莞地铁2号线于2016年5月27日开通，总长37.788 km，最高设计速度为120 km/h，是一条连接东莞火车站和虎门火车站的市域快速干线。在线路设计阶段就规划了设备智能运维体系，并在后续建设和运营过程中分阶段实施。其中，设备信息化管理平台是在线路试运营初期实施的，弓网监测系统、轮对检测系统等在途监测系统是在正式运营后逐步投入使用的。

根据城市轨道交通设备智能运维特点，东莞地铁设备智能运维工作分为设备监测感知、数据传输存储、数据分析处理、运维业务处理及运维执行处置5个阶段，如图2所示。

图2 东莞地铁设备智能运维各阶段工作内容

3 东莞地铁设备信息化管理平台

设备信息化管理平台是东莞地铁设备智能运维系统的基础，依托设备信息化管理平台实现设备维修管理、数据保存分析、故障预测与趋势判断、施工管理、物料出入库、采购、报废等各生产环节的智能管理和自动流转，消除了运维管理信息孤岛与碎片化[3]。东莞地铁设备信息化管理平台包括资产一体化(含资产管理模块、设备维护维修模块、物资管理模块)、施工调度、车务管理(含票务管理模块、车务管理模块、站区管理模块、服务热线模块)、财务管理和运营统计分析等子系统。各子系统是基于运营管理业务需求整体开发的，子系统间相互联系、数据共享。设备信息化管理平台也为后续相关的信息化系统建设预留了接口。

3.1 资产一体化管理系统

资产一体化管理系统组成框图如图3所示。运营分公司利用该平台可实现设备的动态管理，建立以设备为中心、预防性维护为主导、工单为主线的管理方式。

1) 资产管理模块。资产是城市轨道交通运营和发展的基础，其数量、质量、技术结构、管理水平、信息化管理程度等标志着城市轨道交通运营生产能力和管理发展水平。资产管理模块围绕资产实物和价值2条管理主线，与财务管理系统、维修维护管理模块和物资管理模块无缝集成、协同运作，实现对资产的规划、建设(购置)、验收、交付(登记)、使用、维护、更新改造、报废等过程的全生命周期管理。

图3 资产一体化管理系统组成框图

2) 维护维修模块。具备设备维修工单管理、设备履历管理、维修数据统计、设备状态判断预警、委外修管理等功能，能够根据各设备的检修周期自动派生计划修工单，根据设备故障报修记录生成故障维修工单，如图4所示。需要申报施工计划的维修工单，维修工单信息通过接口至传输施工管理系统，施工管理系统自动生成并提报施工计划。工单消耗物料信息和备件数据传输至物资管理模块后，即可自动办理物料、备件的出库和领用。输入设备故障情况、维保记录等基础信息后，维护维修模块可自动生成设备履历信息。设备上都贴有二维码标签，并导入了设备操作手册、维修规程等基础信息数据，为设备维保及故障处理等信息获取提供了便捷的查询渠道。

图4 设备维护维修全过程管理流程

3) 物资管理模块。设备维保工作离不开高效的物资保障系统，物资管理模块实现了从预算、采购、入库、仓储、出库和报废的全流程管理。当维修作业需要使用备件时，设备维护维修管理模块生成维修工单并联动物资管理模块进行物料申请；物资管理人员同意物料申请后，物资管理模块自动发送数据到立体仓库系统，完成自动出料。同时，物资管理模块自动调整相应备件的库存数量，当备件的物资库存低于安全库存时，物资管理模块会自动发起采购申请。

4) RAMS(可靠性、可用性、可维修性、安全性)指标管理。东莞地铁通过资产一体化管理系统的应用实现了设备的RAMS指标管理。通过设备维护维修管理模块中形成的各类维保数据和设备状态数据，能够全面了解设备的RAMS水平，识别设备维保中存在的薄弱环节，评估设备系统的性能变化趋势，并能够有针对性地提前修订维修规程、物料配置标准和备件安全库存等相关标准[1]，以达到持续优化的效果。

3.2 施工管理系统

施工管理系统实现了施工作业组织实时计划审批、过程中的请销点审批、停送电审批、挂拆地线审批的管理，并能够自动进行冲突检测。由设备维修工单发起的施工作业，在作业完成后销点数据将自动传回设备维护维修模块。由于打通了施工管理系统与设备维护维修模块的上下游关系，因此确保了从工单生成到施工计划提报再到作业时的请销点等施工作业的顺利开展，同时也减轻了相关管理人员的工作量。

3.3 运营统计分析系统

运营统计分析系统统计的指标范围主要包括运行类、客流类、能耗类、服务类、车辆类、安全类、物资类、财务类、固定资产设备类、资源经营类报表指标，实现了统计指标管理、数据填报汇总、数据趋势分析预警和数据查询等功能，可为运营生产经营指标的分析和设定、生产运输计划的编制、设备设施状态的判断提供数据支持。

3.4 地铁控制保护区巡查系统

地铁控制保护区巡查系统用于跟进及记录地铁控制保护区的事件，满足地铁控制保护区管理人员的综合信息管理、项目管理、巡线管理、三维地质管理等需求，如图5所示。该系统配置了巡查手持终端及移动客户端，支持精准实时定位、线路地图及信息展示、巡查信息上报、监测报警等功能。利用信息化手段提高了地铁控制保护区巡查效率，能够有效预防控制地铁控制保护区内外单位施工对地铁运营造成的影响。

图5 地铁控制保护区巡查系统功能框图

3.5 地铁移动APP

为满足员工移动办公需要，东莞地铁建立了地铁移动APP，并与资产一体化管理系统建立工作待办推送接口功能，平台上的待办任务可推送至地铁移动APP，实现了快速申请审批、查询物资、报故障、查询设备履历等功能。

4 东莞地铁设备智能监测及管理系统

在使用设备信息化管理平台开展设备智能运维的同时，东莞地铁针对2号线线路和设备特点，还引入了弓网监测系统、列车轮对监测系统、供电安全系统等设备智能监测及管理系统，通过这些系统的使用达到故障提前告警和提升作业安全管控水平的目的。

4.1 弓网监测系统

东莞地铁2号线最高运行速度达到120 km/h，在列车运行过程中弓网出现异常情况的可能性高于一般地铁线路。为及时发现弓网的异常情况，东莞地铁引入弓网动态监测系统。系统采用非接触动态检测技术，利用图像测量法与激光测量法两种检测方法，获取列车运行时弓网参数数据(包括受电弓轮廓、中心线偏移、多向倾斜、羊角变形等受电弓参数)，实时监测燃弧、电流、动态拉出值、接触线磨耗、硬点、接触力及悬挂等数据。检测数据直接标注在图片上，并进行自动分析，实现了对受电弓结构、弓网关系趋势的实时分析及告警。同时，所检测到的弓网参数可导入运营信息化管理平台，实现数据共享，为设备维保提供参考和依据。

4.2 列车轮对检测系统

列车轮对动态检测系统安装于2号线正线轨行区。该系统采用非接触式图像测量技术和高精度位移测量技术，能准确检测车轮各部位的尺寸和踏面缺陷(包括踏面磨耗、轮缘厚度、轮缘高度、轮缘综合值(QR值)、车轮直径、轮对内侧距等)，可图像化显示检测值；利用3D图像软件对轮对的数据进行分析计算，直观显示测量结果并对异常情况进行报警；将轮对数据的分析及报警结果传输至运营信息化平台，可为后续轮对镟修提供数据参考。

4.3 供电运行安全管理系统

东莞地铁2号线由2座110 kV主变电所供电，全线设置13座牵引降压混合变电所、6座独立降压变电所、7座跟随式降压变电所。为了确保供电设备检修安全，提高工作效率，2号线采用了供电运行安全管理系统，该系统包含可视化防误、地线管理、操作票管理、工作票管理、巡检设施管理5个子系统，如图6所示。系统设备分布在2号线所辖范围内的OCC(运营控制中心)、DCC(车辆段控制中心)、变电所、接触网值班室及正线各个车站，为供电系统检修建立了一个程序化、网络化、可视化、标准化的安全保障体系。

图6 供电运行安全管理系统组成框图

4.4 电客车智能运维系统

针对电客车维修设备种类多、维修深度大的特点，东莞地铁建设了电客车智能运维系统。该系统可实现检修数据统一分析管理功能，包括维修件的状态参数、故障点提取、检修设备信息、检修操作人员信息、检修过程信息、检修完成状态参数信息等。该系统能对设备检修人员、车辆段内电客车及工程车进行定位，完成检修作业任务上报及派工。采用电子化过程记录代替传统纸质作业记录，便于数据的管理与跟踪。设备检修数据通过无线局域网上传到控制室服务器，控制室服务器将数据汇总后分类存储，实现了检修数据的统一、便捷存储查询及分析。

5 东莞地铁设备智能运维系统应用总结及展望

1) 全面推广重点设备的在线监测和分析。通过引入设备监测分析系统，对道岔、车门、屏蔽门等各类影响行车的关键设备进行全生命周期管理，提升运营设备维修可靠性。

2) 普及运维移动手持终端的使用。目前，东莞地铁部分运营设备维保工作已使用了移动手持终端。手持终端的使用能够有效提高工作效率，减轻一线维保人员的工作量。将移动手持终端应用到更多的设备维保工作中，并将移动手持终端与信息化管理平台连接，可实现实时数据共享、状态分析、维保决策，能够进一步提升设备智能维保深度。

3) 依托设备智能运维系统进行设备状态修的探索。随着设备智能运维技术的发展，在大数据中心的支持下，可对设备运行状态进行实时监控、故障预测与设备劣化趋势判断，进而实现设备在线实时故障诊断、运用状态全面分析、劣化设备提前预警[4]，以使设备处于可靠受控状态。

4) 全自动运行模式下设备智能运维的探索。全自动运行技术与设备智能运维技术具有相同的技术特点，即均体现技术的智能化、自动化、信息化。探讨全自动运行模式下的智能运维具有重要意义。

5) 数据云平台的应用。城市轨道交通云平台建设正从管理领域向生产领域渗透，以实现生产系统、内部办公系统与外部服务系统的有机统一。通过搭建统一的生产云平台，能够实现资源共享、降低能源消耗和高效利用空间资源的目的。