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铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统研究

2020-02-25尚麟宇刘明端白雨坤

铁道运输与经济 2020年2期
关键词:调车运维车站

尚麟宇,冯 军,刘明端,白雨坤

SHANG Linyu1, FENG Jun1, LIU Mingduan1, BAI Yukun2

(1.中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所,北京 100081;2.中国铁道科学研究院集团 有限公司 办公室,北京 100081)

0 引言

铁路车站调车作业是铁路运输组织的关键环节,铁路货车从装车到卸车,平均要进行5 ~6次调车作业,调车作业效率直接影响铁路运输企业的效率和效益。近年来铁路运输企业不断优化调车作业组织方法,铁路车站调车作业效率得到大幅提升。然而由于铁路车站调车作业属于室外流动作业,面广、线长、不易监控,安全事故仍时有发生,成为限制铁路车站调车作业效率的重要原因。铁路车站调车作业安全防护设备作为铁路车站调车作业安全的重要“物防”手段,实现 “信号-机车联控”,有效控制调车作业过程,卡控铁路车站调车作业安全风险。目前铁路车站调车作业安全防护设备的运用维护管理存在履历信息不完整、运用单位和维护单位信息不对称、备品配置不合理等问题。加快推动铁路车站调车作业安全防护设备运维管理信息化智能化,建立铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统(以下简称“运维管理系统”),有助于打通运用维护信息共享通道,实现设备全生命周期管控,提升设备可靠性和可维护性,保障铁路车站调车作业安全,提高调车作业效率。

1 铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统总体设计

1.1 总体架构

运维管理系统作为未来铁路信号设备设施大数据平台的组成部分,面向中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)、铁路局集团公司、电务段、车间(工区)、设备厂商5 级应用服务对象,具有车间(工区)和设备厂商2 级数据采集入口。运维管理系统的建设按照国铁集团对基础设施综合运维一体化发展的要求,利用铁路信号安全数据网络连接,在车间(工区)仅设置操作终端,在其他各级用户处设置接口服务器、网络安全设备和操作终端。根据国铁集团网络安全和信息化工作管理办法规定,运维管理系统部署在国铁集团数据中心。运维管理系统对全路车站调车作业安全防护设备履历、运用状态、检修维修记录、历史故障数据进行采集汇聚,通过统计分析,为各级应用对象运维管理业务提供支撑[1]。铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统总体结构图如图1 所示。

图1 铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统总体架构图Fig.1 Structure of operation and maintenance management system of safety protection equipment for shunting operation in railway station

(1)数据采集。运维管理系统采集的信息包括交验阶段的设备清单、更新改造阶段的变更信息,车间(工区)在日常检修、维修记录,委托设备厂商实施的维护记录,这类数据属于非结构化的原始数据,需要按照系统规范的数据结构进行录入,形成统一的结构化数据进行存储。由设备厂商对历史故障信息进行统一的结构化表示并录入。已经由便携式测试装备和库检测试台生成的检测数据以及维护终端采集的各处设备状态信息通过铁路安全生产网向运维管理系统发送,经过运维管理系统对有效数据进行抓取、重构,形成新的结构化数据后在数据库存储。

(2)数据存储。运维管理系统按功能划分服务单元,剥离应用服务与存储,释放数据库能力。运维管理系统将各类用户数据进行汇聚,打通信息渠道,实现各管理单位之间信息交互。采用Hadoop,Hive,Spark 等分布式大数据处理技术搭建数据仓库,保障计算能力、处理能力和访问能力,数据库的管理权限仅对设备厂商开放。数据存储是运维管理系统的基础,将海量数据进行分类保存,为大数据分析提供支撑。

(3)数据分析。基于数据库中的数据,采用数据挖掘算法、预测分析、案例推理等分析方法进行数据统计、数据检索,实现故障预报、维修决策、备品备件精细化配置等。利用大数据分析手段,通过定制化的算法深度挖掘生产数据,为运维管理单位提供辅助决策。对于差异化的信息内容进行分析可以借助分类法,按信息内容的属性进行细分。对于存在交叉关系的信息数据可以借助关联分析法,寻找数据间的关联规律。

(4)运维应用层。根据各类用户实际需求设计履历管理、检修计划、维修决策、备品备件管理、权限管理等功能模块,根据用户需求进行弹性配置。结合实际需求进行进一步统计分析,提供设备运用质量评价、设备缺陷分析、维修决策等功能。通过设备状态监测功能,实现对车站调车作业过程的监控,将车站线路占用情况、调车机实时位置、调车作业计划执行情况等信息进行汇聚,为规范调车作业过程、优化调车作业计划编制、合理运输资源配置等业务需求提供支撑。经过对运维系统信息的汇聚与共享,破解设备运用单位维护单位信息不对称问题,逐步从设备故障修过渡到预防性状态修,提高车站调车作业技术设备能力利用和运维水平,多方位保障车站调车作业安全,提升车站调车作业效率。

(5)信息安全保障。国铁集团、铁路局集团公司、电务段、车间(工区)利用铁路信号安全数据网连接,运维管理系统部署在国铁集团数据中心。运维管理系统严格遵守国铁集团信息化建设和网络安全有关规定上线部署,上线前经过公安部备案的专业测评机构进行网络安全等级保护测评。设备厂商通过互联网经过国铁集团外部服务网访问系统数据。运维管理系统采用安全数据摆渡、强制访问控制、边界隔离、安全审计、态势感知和数据加密等措施,确保铁路生产数据安全和运维管理系统服务稳定。

1.2 业务流程设计

铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统以数据为基础,在设备交付验收、日常检修、返厂维修等各环节动态更新设备信息,实现设备全生命周期管理。对于设备运用管理单位,通过现场维护终端对设备运用状态进行实时监测,及时发现处置设备故障,避免设备停用,确保车站调车作业过程受到安全防护。运维管理系统根据设备运用情况形成设备运用质量评价报告,为优化设备管理、分类施策提供数据支撑。对于设备维护管理单位,通过对历史数据统计分析,编制有针对性的设备检修计划,在维修过程中重用故障处理方案,提高设备维护效率。对于设备厂商,根据故障记录和设备运用质量评价报告制定升级方案,持续改进车站调车作业安全防护设备[2]。铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统业务流程示意图如图2 所示。

2 铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统功能设计

构建铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统,整合既有地面维修终端的监测数据和车载测试设备的测试数据,并动态更新、存储运维数据,满足各级用户对运维管理的服务需求。运维管理系统具备状态监测、履历管理、故障记录、报表管理等功能,可以根据实际弹性扩展功能模块[3]。铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统功能图如图3 所示。

图2 铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统业务流程示意图Fig.2 Operation and maintenance management system business process of safety protection equipment for shunting operation in railway station

2.1 状态监测

运维管理系统通过维修终端采集设备状态信息(包括设备配属地信息、设备参数、调车作业计划等),各级用户根据系统设定的访问权限,可以查询管内任意设备的状态信息及车站调车作业组织情况(包括安全防护设备自检状态、车站线路空闲情况、调车计划执行情况、调机位置等)。实现用户实时监测、查询管内设备的运用情况及车站调车作业过程,并可通过事件回放查看历史调车作业计划、机车走行路径、车站线路占用情况等。为设备稳定运用提供保证,为车站调车作业安全提供支撑[4]。

图3 铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统功能图Fig.3 Functions of operation and maintenance management system of safety protection equipment for shunting operation in railway station

在车站调车作业安全防护设备运用过程中,如发生设备故障,运维管理系统会向设备运维管理单位提示故障报警信息并在设备拓扑图上标识出故障设备或故障通信链路。提示运用单位及时登记停用并加强车务-机务联控,防止调车作业事故发生,并提示维护单位及时处置,尽快恢复设备。若车站调车作业安全防护设备仍正常工作但设备监测数据异常,如通信电台信噪比超标、室外应答器出现报文漏报等情况,系统将向维护单位提示故障预警信息,提示维护管理单位及时安排设备检修,避免设备状态恶化故障发生导致设备停用。运维管理系统会根据车站调车作业安全防护设备的重要程度和故障紧迫性实行分级预警或报警,并根据故障的影响范围决定预警或报警信息推送至哪一级管理单位。运维管理系统会将故障设备、故障时间、故障发生次数、状态参数、处置方案等信息形成记录,为设备缺陷分析和日后维修决策提供基础[5]。

2.2 履历管理

根据车站调车作业安全防护设备的功能单元划分,建立全路铁路车站调车作业安全防护设备电子档案,对其相关的专用板件、通用设备及通信链路运用情况建立包括出厂信息、配属情况、维修记录等的设备档案,实现数字化、精细化的管理。为车间、工区配备标签打印机,在设备交验环节为其制作条形码,包括交付日期、配属场站(配属机车)、对应整机编号、设备自身编号等内容[6]。

设备从交付验收到更新改造的所有信息构成设备全生命周期的履历信息。维护管理单位和设备厂商可据此实现设备履历查询、设备调拨、质量源头追溯,为设备运用质量评价分析和设备缺陷分析等提供基础和支撑。设备全生命周期履历管理流程图如图4 所示。

2.3 故障记录

图4 设备全生命周期履历管理流程图Fig.4 Equipment life cycle management process

运维管理系统根据故障记录功能提供维修决策服务以提高维修效率,保证车站调车作业安全防护设备对调车作业过程的有效监控。故障数据库是铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统数据库的一部分。维护人员从4 个方面对故障进行描述:设备运用环境、故障现象、外部影响、故障影响范围。运维管理系统采用三元组即故障描述、故障处理方法和故障处理效果对故障案例进行表示[7]。运维管理系统通过对数据库中的案例进行检索将当前故障与数据库中的案例进行匹配,为当前故障提供维修决策,并将故障处理效果反馈运维管理系统,持续优化故障数据库。依靠智能化手段提高车站调车作业安全防护设备维护效率,将大幅提升其可用性和可维护性,提高车站调车作业安全“物防”设备能力利用,降低车站调车作业安全风险。

2.4 报表管理

运维管理系统根据设备状态监测、履历管理、维修方案决策等功能模块的需求提供可视化形式。各级用户可根据实际需求按时间、类别、配属地(机车号)等条件对管内设备进行查询和统计,系统提供图表、报告等多种形式的查询统计结果。运维管理系统可根据用户需求提供设备能力利用分析、设备缺陷分析、调车作业计划执行统计、调车作业安全风险报告、调车作业人员劳动强度分析等报表供各类用户直接使用或为其他运输组织业务提供支撑。表单格式可由用户结合设备管理办法要求设计,降低运维管理人员劳动强度,提高设备运维效率[8]。

3 结束语

随着全路加强车站调车作业安全防护力度的不断加大,已经基本构建铁路车站调车作业安全防护“人防、物防、技防”三位一体的保障体系,但需要进一步推进运维管理的集中化、平台化、信息化和智能化的实施,进一步加强车站调车作业安全风险管控。铁路车站调车作业安全防护设备运维管理系统的研究设计有助于利用信息化平台实现知识共享,通过深度挖掘实现设备运用质量趋势分析,结合人工智能算法实现维修知识的重用[9],实现车站调车作业安全防护的全生命周期设备管理。另外,在推动铁路车站调车作业设备精细化管理过程中,应将设备运维管理和改进优化有机结合起来形成闭环,提升故障预警、运用评价、质量溯源、维修决策、备品管理等方面的智能化水平,不断探索铁路基础设施综合运维一体化新模式,实现技术设备能力利用率的综合提升[10]。

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