地铁车辆故障管理与智能化维修研究

罗远

（长沙市轨道交通集团有限公司，湖南 长沙 410000）

城市轨道交通具有安全可靠、高效节能的特点，对缓解城市交通压力的效果是有目共睹的。随着国内城市建设的飞速发展，人口流动速度成为决定城市发展的关键因素，地铁发展速度迎来新的爆发期，同时对地铁运行的安全性、高效性、低成本、网络化、智能化程度的要求也是水涨船高。地铁运行车辆是运载乘客的直接载体，是安全运输、舒适乘坐的最直接呈现载体，其运行成本与维修成本是运营单位管理水平与运维水平的直接体现。在保障地铁系统安全可靠运行的基础上，科学、智能的提升管理与运维水平，降低运行与维修成本已然成为轨道交通行业广泛关注与重点研究的热点问题。

近年来，车辆制造水平显著提高，车辆状态修模式管理体系较为完善，伴随人工智能、大数据、设备检测技术的发展，以智能化、数字化为特征的车辆智能化维修管理体系正被不断推广应用。智能化维修管理体系依托大数据技术支持，结合车辆运行设备历史数据与运行参数，采用人工智能算法，对车辆状态与设备故障进行分析与诊断，预测设备寿命，并以此指导现场维修作业。智能化维修管理体系的成功应用需要以车辆故障的分析与研究为基础，特别是关键运行设备，因此，本文首先对车辆故障管理的分析与关键难点进行研究，并以此为基础对车辆智能维修管理体系进行合理优化，使之能够在更多实际场景进行应用，改善维修管理水平，提升维修质量与效率。

1 地铁车辆故障管理现状

地铁车辆故障管理重点依靠数据采集系统与诊断分析系统，通过对车辆现场中的质量检验、运行操作、故障与缺陷检测记录，完成车辆运行状态的动态数据收集，依托新型传感技术、智能仪表技术、工业互联网技术、高端芯片激技术以及控制技术，实现地铁车辆在线监测、诊断等功能，能够为用户提供系统故障预测与车辆运行状态分析数据，为智能检修提供重要参考。地铁车辆故障管理归属于运维单位中心领导决策层面，目前国内地铁公司与运维单位多采用状态检修，在平衡保障车辆运行状态与车辆过剩维修时均面临较大困难。

1.1 车辆关键部件故障调试数据不完整

我国地铁规模发展与车辆技术发展呈现出不平衡，地铁车辆为满足飞速发展的地铁运行规模，造成车辆种类繁多，车辆信息化建设不足现象尤为严重，很多运行车辆的前期可靠性报告不足，诊断与维修资料缺失或者停留在纸质材料中；车辆维修人员水平较为单一，故障处理过程中难以将参数信息进行较为完整的保存，且维修水平参差不齐，数据可靠性较低，因此地铁车辆故障管理前期数据不足，后期需要通过大量的时间与维修经验的积累。

1.2 车辆对关键部件预测精度要求与预警技术存在矛盾

车辆运行状态主要取决于关键部件的运行状态，为了迎合新时代地铁发展，对车辆关键部件的预测精度越来越高，要求越来越细，需要对车辆关键部件运行状态通过多渠道进行采集，并对预警阀值做出科学划分与准确定位，并能够对超出预警阀值的数据进行自动识别与有效分析；然而传统的维修管理与技术尚未达到要求，传统维修管理对预警阀值的设定与划分无明确的界定，需对现有维修管理方式进行科学升级。

1.3 车辆故障管理一体化程度要求高

车辆故障管理系统的运行过程涉及到故障采集、编码、记录、传递，故障信息流转需要统一、规范的流程，维修效果需要对维修计划、成本、备件成本以及管理制度进行量化评价，维修现场需要对故障进行再次检测、维修效果评测等一系列流程均需统一、规范的流程，对车辆故障管理一体化要求程度较为严苛。

1.4 车辆故障管理分析过程复杂、信息化要求程度高

车辆故障管理分析对车辆关键部件以及典型故障完成模型建立，通过对历史数据进行学习，计算出特定部件特定故障的评价指标参数，引入现场维修流程与管理策略，确定价值系数，最终得出维修指导建议，并对系统维修效果进行后续记录，进行自身参数修定；分析维修过程中涉及的每个部件的参数均需要数字信息支持，然而车辆系统复杂、原始信息杂乱无章、资料格式不统一等现象突出，对效率提升、成本较低的信息化需求高，建设过程较为困难。

2 车辆智能化维修管理体系建设

2.1 车辆智能化维修管理体系功能需求

针对传统检修模式模块化、智能化程度不高，因此在车辆智能化维修管理体系建设时，需要对体系功能进行需求分析，主要应包括以下功能.

（1）车辆运行数据显示功能，主要对线路编号、车辆编号、运行线路长度、换乘站点信息、车辆行驶里程、车辆预约检修时间等信息进行显示。

（2）车辆检修计划拟定功能，基于车辆运行数据与设备检测参数、人工检测参数等车辆运行数据，拟定该车辆针对特定部件的、科学的检修计划。

（3）车辆检修调度指令拟定功能，基于车辆检修计划，在完成对检修基地冗余能力采集的基础上，在车辆调度中心通过对车辆上线、备用车辆等信息分析，拟定车辆检修调度指令。

（4）车辆检修工单派发功能，在拟定的车辆调度指令基础上，利用检修工单调度管理模块合理安排检修工作，排定检修工位、检修线路等，另对检修工单进行下发。

（5）车辆数据查询功能，建立车辆信息数据库，实现车辆历史故障信息、检修计划、运行状态、检修调度计划等的一键式、分组查询。

2.2 车辆智能化维修管理体系构成

车辆智能化维修管理体系基于智能化、模块话设计理念，构建主要有以下体系组成：

（1）智能化检修管理体系。该体系以检修现场工作以及车辆参数为依据，统筹车辆维修计划、调度计划、维修质量以及部门合作等方面，以信息化技术为基础覆盖车辆维修以及部门合作，同时能够为现场工作人员提供便于数据查询的终端，便于车辆信息及时查询与更新。

（2）智能设备管理体系。该体系主要针对车辆以及车辆关键部件的故障信息收集、状态监测、在线分析等方面，对车辆以及车辆关键部件收集的运行参数铜鼓在线分析，以体系中预警阀值为基准，能够给出车辆以及车辆关键部件的状态，提醒检修人员及时对车辆以及车辆关键部件进行针对性维护，消除安全隐患。

（3）检修安全管理体系。该体系对检修现场安全把控，借助检修现场安全管控制度与设备对检修过程中检修人员人身安全进行有效保护，例如隔离开关、远程接地、门禁连锁等设备以及图像智能告警等手段，保证检修各阶段标准化、可视化以及智能化，确认人员安全。

3 基于多元数据的智能检修管理体系

3.1 多源指标运行状态评估指标体系

地铁车辆运行状态评估的首要环节为评估指标的选取，这是运行状态评估的基础，评估指标的全面、合理、客观对评估结果的准确性、可信度至关重要，本文构建了图1所示的地铁车辆综合状态评估指标体系。

图1 地铁车辆综合状态评估指标体系

如图1所示，该指标体系分为设备性能因素、环境影响因素、运维管理因素、人员素质因素等四大类，在各类指标值中拓展二级影响因素，二级影响因素具体到设备结构、环境条件、管理细则、人员技能等实际状况，能够全面包括设备状态，同时考虑检修维护等后期可变因素，保证评估结果的可信度与准确性。

3.2 多维度指标评估集

在建立地铁车辆综合状态评估指标体系之后，需要建立地铁车辆多维度指标评估集，并对其评估结果做出相应解释，本文结合地铁车辆的实际运行情况。将地铁车辆综合状态划分为如表1的7个等级。

表1 地铁车辆综合状态评估等级表

对地铁车辆系统综合状态进行1-7维度划分，可以为运维检修人员提供直接的参考依据，便于以此为基础合理安排检修计划，保障地铁安全运行的同时节省人力与运维成本。

3.3 融合多源信息的地铁车辆运行状态评估

（1）隶属度函数的确定。隶属度函数中参数的确立为经验参数，通常以专家经验为主，而隶属度则代表地铁车辆中隐含状态与各评价等级的关系，即归属于某评价等级的可能性，隶属度函数的输出形式为集合，本文给出4个评估等级的隶属度函数。

式中：fj(x)表示不同评价等级对应的隶属度；x1 ,x2,x3,x4为各隶属度分界值，表示地铁车辆不同运行状态下的所对应的隶属度在其范围内，本参考文献，设定本文中x1 ,x2,x3,x4分别为 10，40，70，90。

（2）确定运行状态分值。通过LSTM的深度数据挖掘，为得到更加精确的状态评估结果，采用百分制加权 方法对地铁车辆的运行状态进行打分，得到状态等级对应的评分值，如表2所示。

表2 状态等级对应的评分值

基于多元数据的智能检修系统具备规范化记录、规范化统计、智能化分析、信息管理、过程管控、防错管理与控制，能自动生成检修结果，以供用户调阅，能智能识别部件的“过修”和“欠修”状态，定期据提出更科学的修程调整建议，实现部件维修周期的科学化；能科学地延长部分部件的修程，避免欠修和过修；能有效提高检修效率和效益。

4 结语

地铁车辆智能化检修水平提升是顺应时代发展的趋势，建设智能化维修管理体系难点多，需要对地铁车辆故障管理进行改善，科学设计地铁车辆智能化检修体系，同时融合多源信息的地铁车辆运行状态评估，建立基于多源信息地铁车辆智能化检修体系，只有不断完善智能化检修体系，才能有效地减少维修人工，节约列车的检修资源，提升检修效率和水平。