動車組管理信息系統(tǒng)的發(fā)展回顧與展望

■ 張惟皎

動車組管理信息系統(tǒng)的發(fā)展回顧與展望

■ 張惟皎

對動車組管理信息系統(tǒng)近十年來的工作進行整體回顧，全面總結在建設發(fā)展過程中重要的思想、實踐和經驗，呈現(xiàn)了系統(tǒng)歷年來所取得的豐碩成果，并對動車組運維信息化下一階段的發(fā)展趨勢進行了展望。對于鐵路相關生產系統(tǒng)的深化研究和持續(xù)發(fā)展具有借鑒意義。

動車組；管理信息系統(tǒng)；運用；檢修

0 引言

動車組管理信息系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）是客運專線信息化的重要組成部分，是支撐客運專線運營的必要技術手段。系統(tǒng)是實現(xiàn)全路動車組運用、維修信息化管理，及時掌握動車組檢修運用狀態(tài)，提高動車組專業(yè)化管理水平的重要技術平臺，也是已上線運行的鐵路重要生產系統(tǒng)之一。

根據(jù)原鐵道部印發(fā)的運裝管驗［2009］95號《動車組管理信息系統(tǒng)總體方案》，按照高標準、高效率、高可靠建設現(xiàn)代化動車段（所）的總體部署，給出了鐵路各級運維機構的總體布局和框架體系，并且明確提出了現(xiàn)代維修基地的三個重要標志，即：科學的平面布局、先進的工藝流程和工裝設備、現(xiàn)代化的信息管理系統(tǒng)，要求全面提高動車組運用整備檢查檢修管理水平。自2006年，原鐵道部運輸局車輛部、信息辦就已組織成立了以中國鐵道科學研究院牽頭，相關單位和鐵路局專家參與的動車組運用檢修信息系統(tǒng)項目組，為系統(tǒng)后來的方案制定、軟件設計開發(fā)和系統(tǒng)實施工作打下了良好開端。

1 發(fā)展回顧

系統(tǒng)規(guī)劃建設和研發(fā)實施共經歷了6個階段。

1.1 需求調研、系統(tǒng)規(guī)劃及原型開發(fā)階段（2005.01—2006.08）

項目組通過深入生產一線走訪調研、文獻資料查閱、專家技術交流等多種方式，詳細研究國內外動客車維修模式及生產組織方式，并對國內成熟的鐵路信息系統(tǒng)進行學習分析，結合我國動車組實際業(yè)務需求，編寫完成《動車組管理信息系統(tǒng)總體方案》等多個方案，同時開展原型系統(tǒng)的設計與開發(fā)。

1.2 應急工程建設階段（2006.09—2007.12）

2007年，完成廣州東、上海南、北京西等11個動車運用所管理系統(tǒng)實施，完成動車組履歷、調度管理、安全質量、作業(yè)管理、技術支持5個核心模塊的研發(fā)實施。2007年“4·18”全國鐵路第六次大提速，動車組列車首次開行，系統(tǒng)同步聯(lián)網(wǎng)試運行。同年10月，完成原鐵道部、鐵路局兩級系統(tǒng)基本功能模塊的開發(fā)和部署。

1.3 總體技術方案印發(fā)及高級修軟件研發(fā)試點階段（2008.01—2009.12）

2008年，在原鐵道部運輸局領導的具體指導，以及相關設計院、廠家的配合支持下，對動車基地檢修范圍、工藝流程、工裝設備、維修配件管理等專題進行了研討，補充和修訂95號文并于同年通過技術評審，2009年2月正式印發(fā)。同一時期我國動車基地建設工作穩(wěn)步推進，2009年12月系統(tǒng)高級修子系統(tǒng)于北京動車基地同步聯(lián)網(wǎng)試運行。

1.4 動車基地系統(tǒng)功能完善階段（2010.01—2011.12）

為進一步完善系統(tǒng)功能，研發(fā)團隊進駐武漢動車基地，在生產一線進行現(xiàn)場調研開發(fā)和應用試點，系統(tǒng)在武漢動車基地獲得了廣泛認可，在武漢運用所也實現(xiàn)了全部專業(yè)的一體化作業(yè)過程管理。總結武漢動車基地試點成功經驗，穩(wěn)步開展系統(tǒng)全路實施推廣工作，并完善了物流、設備、安全質量等子系統(tǒng)應用功能。2011年底，為適應全路生產力布局調整，動車段子系統(tǒng)開發(fā)研制工作正式啟動，并在各動車段部署實施。

1.5 5大關鍵業(yè)務功能深化階段（2012.01—2013.10）

2012年1月25日，原鐵道部下發(fā)運輛動車涵［2012］33號《關于推進動車組管理信息系統(tǒng)建設的通知》，要求推進運用所子系統(tǒng)計劃管理、配屬管理、履歷管理、關鍵配件管理、故障管理5項核心模塊深化運用，并制定了信息系統(tǒng)運用檢修相關模塊使用管理辦法。同年3月1日，運用所子系統(tǒng)V2．0在全路正式啟用。

1.6 運用檢修業(yè)務流程規(guī)范優(yōu)化階段（2013.11—）

結合新版《鐵路動車組運用維修規(guī)程》正式啟用，2013年11月26日，中國鐵路總公司（簡稱總公司）下發(fā)運輛動車電［2013］2735號《關于動車組管理信息系統(tǒng)升級工作的通知》，系統(tǒng)新版計劃管理和作業(yè)管理模塊于2014年1月1日正式啟用。課題組配合總公司參與了大量動車組基礎業(yè)務數(shù)據(jù)及生產質量管理規(guī)范的梳理制定工作，以系統(tǒng)作為支撐初步實現(xiàn)了“作業(yè)高效率、管理現(xiàn)代化、決策科學化”的管理目標。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 總體架構及主要功能

綜合考慮動車組運維管理組織架構、業(yè)務特點、生產布局、網(wǎng)絡通道等因素，系統(tǒng)總體架構可劃分為總公司級、局級、段級、所（車間）級4個管理級別和業(yè)務層面（見圖1）。系統(tǒng)各級子系統(tǒng)之間實現(xiàn)了業(yè)務協(xié)同與信息共享，并與動車組車載數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交互。

總體架構中5個核心子系統(tǒng)分別為：

（1）總公司動車組管理信息系統(tǒng)。實現(xiàn)全路動車組新造、配屬管理，審核全路動車組維修計劃、采購計劃和關鍵設備大修更新計劃，動車組技術資料修訂和版本管理，支持總公司車輛調度管理。分析全路動車組運用、維修業(yè)務宏觀管理及動車段總體生產經營情況。提供全路共享信息支持，輔助決策支持。

（2）鐵路局動車組管理信息系統(tǒng)。實現(xiàn)本局內動車組配屬管理，分析和指導所轄動車段的技術、配件和設備管理，支持鐵路局車輛調度管理，實現(xiàn)所轄動車段（運用所、檢修車間）的運用檢修業(yè)務管理。

圖1 系統(tǒng)總體架構

（3）動車（車輛）段動車組管理信息系統(tǒng)。涉及動車組運維及相關的技術、設備、材料、安全等多方面管理，為總公司、鐵路局提供信息支持，并對動車（車輛）段輻射范圍內的運用所、高級修車間進行生產指導和資源協(xié)調。

（4）動車運用所管理信息系統(tǒng)。負責動車組一、二級運用檢修業(yè)務管理，以及開行動車組擔當及乘務管理功能。系統(tǒng)功能包括調度管理、作業(yè)管理、技術管理、物流管理、設備管理、安全管理、質量管理、綜合管理。

（5）動車組檢修管理信息系統(tǒng)。負責動車組三、四、五級高級檢修業(yè)務管理，并提供與其合作委托修廠家的信息服務支持。系統(tǒng)功能包括調度管理、作業(yè)管理、技術管理、物流管理、設備管理、安全管理、質量管理、綜合管理。

系統(tǒng)功能以運用、檢修、技術、物流4類核心業(yè)務為主線，涵蓋生產管理、生產支持、經營管理3方面。動車段（運用所、檢修車間）將動車組運用、檢修、故障及設備運行數(shù)據(jù)，動車組圖定交路、履歷、走行公里等基層運用維護數(shù)據(jù)上傳至總公司集中數(shù)據(jù)庫，由總公司、局級系統(tǒng)集中維護管理數(shù)據(jù)及時同步更新到各動車段基層單位。系統(tǒng)還實現(xiàn)了車載數(shù)據(jù)的落地并為各層管理和生產部門的用戶提供信息服務；實現(xiàn)與主機廠系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和共享，支持動車組履歷填報、配屬管理等功能。

2.2 運維管理技術創(chuàng)新

2.2.1 動車組全路網(wǎng)絡化均衡修和多車型兼容修

以鐵路計算機網(wǎng)絡及公共網(wǎng)絡為基礎，建立了跨部門、多專業(yè)面的協(xié)同工作環(huán)境，形成上下一體、內聯(lián)外通的有機整體。動車組的全路調配運用、集中調度和網(wǎng)絡化均衡維修，使得管理、技術、生產環(huán)節(jié)高效率協(xié)同和順暢銜接，各級動車組調度指揮人員、專業(yè)管理技術人員、一線生產作業(yè)人員及時掌握動車組運用和維修動態(tài)，精確的管理決策和實時的生產控制顯著提高了鐵路運維資源和能力的有效利用與均衡配置（見圖2）。系統(tǒng)兼容不同車型動車組的修程修制及不同維修車間的生產能力布局，使運維部門能夠統(tǒng)籌安排全路動車組維修生產任務，滿足不同車型多樣化的檢修工藝、設備和生產組織要求，適應不同檢修車間的檢修標準和生產流程差異。

2.2.2 動車組運用檢修生產計劃的智能優(yōu)化計算

動車組計劃編制是動車組維修運用生產組織的核心環(huán)節(jié)。合理的計劃編制可以在保障動車組運行安全和完成運營任務的前提下，有效提高動車組運用效率，減少動車組運用數(shù)量，降低動車組運用成本和維修成本。動車組計劃主要包括動車組運用計劃、乘務計劃、調車建議計劃、運用檢修一體化計劃和高級修計劃5類。通過對計劃編制業(yè)務的調研分析和實踐經驗總結，依據(jù)維修標準和工藝流程，設計計劃編制優(yōu)化模型和全局智能算法，提供動車組運用和檢修調度的輔助決策方案，實現(xiàn)不同類型計劃的自動生成、自動調整和規(guī)則校驗。并在動車組復雜的運維生產環(huán)境下，首次取得了能夠經過實踐驗證的優(yōu)化模型和智能算法，并研發(fā)相關系統(tǒng)獲得實際應用效果（見圖3）。

2.2.3 精細化的工作流管理及柔性生產過程控制

通過精細化的工作流管理驅動各工作環(huán)節(jié)靈活有序開展，實現(xiàn)多專業(yè)、多作業(yè)面一體化協(xié)同管理，構建形成柔性的生產過程控制機制。對各生產環(huán)節(jié)的信息流、控制流、物流和資金流等進行歸納梳理，依據(jù)實際工作流程抽取業(yè)務規(guī)則構建動車組運維業(yè)務的工作流模型（見圖4）。動車組不同車型和部門的檢修作業(yè)流程均不完全相同，運用成熟的工作流建模與分析技術，使工作模型能夠滿足全路不同車型與部門的生產組織模式，并達到快速按需重組、調整和新建。

圖2 動車組全路網(wǎng)絡化均衡修和多車型兼容修

圖3 動車組運用檢修計劃優(yōu)化模型與算法

2.2.4 基于物聯(lián)感知技術的管理與生產過程融合

采用延伸至生產線上的工位終端、移動手持終端、RFID和自動檢修設備等多種類型的信息采集手段，實現(xiàn)生產管理信息的實時采集。實時跟蹤動車組及股道作業(yè)臺位占用（車流）、生產人員及活動（人流）、維修配件物料的儲備配送（物流）、生產作業(yè)進度（作業(yè)流）等相互交織的生產過程動態(tài)，嚴格卡控作業(yè)過程。實現(xiàn)了各種設備檢修數(shù)據(jù)及設備狀態(tài)的自動化接入和綜合運用。采用數(shù)據(jù)集成和信息融合技術，對多角度、多層次的信息進行整合，通過數(shù)據(jù)可視化技術還原生產組織過程全貌，構建關于車間調度、作業(yè)、物流、設備等的一體化綜合監(jiān)控（見圖5）。生產信息的及時準確獲取，使得調度、技術人員能夠通過動態(tài)的過程干預優(yōu)化配置各類生產資源。

圖4 檢修作業(yè)工作流管理和柔性生產過程控制

圖5 基于物聯(lián)網(wǎng)的生產過程信息實時采集

圖6 動車組及其關鍵配件的全生命周期追溯

2.2.5 動車組及關鍵配件的全生命周期追蹤溯源

推動建立統(tǒng)一的動車組系統(tǒng)分解和技術履歷模型，在不可靠的網(wǎng)絡環(huán)境下實現(xiàn)了跨網(wǎng)段的全路數(shù)據(jù)可靠傳輸，保證了動車組及其關鍵配件履歷數(shù)據(jù)的全路自動同步。在全路范圍內，隨車輛的轉配屬、運營及維護，實現(xiàn)一車一檔、檔隨車走，有效支持動車組網(wǎng)絡化運用維護的開展（見圖6）。構建全路統(tǒng)一的動車組技術履歷信息平臺，基于RFID和建立動車組及其關鍵配件的標識管理，全程記錄車輛設計制造參數(shù)、走行公里、維修歷史、故障、更換、配屬變化等動靜態(tài)履歷信息，實現(xiàn)車輛及其配件從新配、運用、備用、檢修直至報廢過程的全生命周期管理。形成動車組及其關鍵配件在動車組運用維護體系中的識別追溯機制，預防動車組失修和關鍵配件壽命超限，保障動車組及關鍵配件質量和安全運行品質。

2.2.6 圍繞可靠性工程的車輛故障兩級閉環(huán)管理

以動車組履歷信息的全路自動同步共享為基礎，實現(xiàn)了全路和動車段（所）2個層面的車輛故障信息閉環(huán)管理（見圖7）。采用信息化手段提高故障在發(fā)現(xiàn)通知和分析處理過程中的效率，基于可靠性工程原理對動車組慣性故障進行分析，逐漸推動建立關于故障現(xiàn)象、原因及處置方法的故障字典及唯一編碼，為合理制定檢修計劃快速備料派工排除問題、優(yōu)化檢修工藝布局和生產流程、分析動車組故障模式和故障機理，乃至改進動車組設計制造工藝提供了技術支持，保障了動車組的固有可靠性。

2.2.7 以檢修為中心的物流倉儲配送及采購管理

圖7 車輛故障的兩級閉環(huán)管理和統(tǒng)計分析

檢修物料的及時準確供應是保障動車組檢修任務按質按量如期完成的重要因素。通過信息化技術支撐物料需求計劃、輛份制配送、故障待料和安全庫存，完善了檢修物資的供應鏈管理，以檢修活動拉動物料供需，實現(xiàn)檢修物料的及時準確供應，從而更好地響應生產需求（見圖8）。形成動車組配件物料的采購成本控制體系，建立基于壽命周期的動車組維修成本模型，實現(xiàn)多種維度的維修成本統(tǒng)計分析，以更好地支持維修決策和行動，節(jié)約維修成本。

2.2.8 利用動車運行信息實現(xiàn)地面維修技術支持

動車組運行信息作為判定動車組技術和故障狀態(tài)的重要依據(jù)，其有效利用對于提高動車組調度運用和檢修維護的服務質量有重要作用。加強動車組狀態(tài)監(jiān)測傳感器的安裝及數(shù)據(jù)采集，綜合運用從車載傳輸設備和軌邊探測設備獲得的信息，建立狀態(tài)智能預測模型實時監(jiān)控車輛運行狀態(tài)，實現(xiàn)遠程的地面維修技術支持，及時發(fā)現(xiàn)動車組運行故障、評估運行狀態(tài)并調度維修資源，以信息化手段支撐計劃修、故障修和狀態(tài)修相結合的可靠性維修體制（見圖9）。

2.3 全路應用規(guī)模

當前系統(tǒng)已在全路動車組運用檢修部門上線實施，包括中國鐵路總公司、17個鐵路局、11個動車段、10個車輛段、45個動車運用所；同時，也在4個主機廠完成部署，功能覆蓋動車組設計制造源頭。管理所有車型1 700余標準組；覆蓋全部已開通30余條客運專線，管理運行交路700余條5 000多個車次，服務鐵路各級用戶2萬余人。

3 社會經濟效益

系統(tǒng)擁有完全自主化的知識產權，推進了信息技術鐵路應用的標準化，促進了動車組運維管理流程的科學規(guī)范化。不僅支撐優(yōu)質高效的動車組運用維修、保障行車安全，而且通過知識積累實現(xiàn)了維修技術體系創(chuàng)新，為動車組設計、制造工藝持續(xù)改進提供輔助支持。通過一系列專業(yè)領域應用技術標準的制定，帶動配套廠商共同發(fā)展。對于安全高效地開展城市軌道交通車輛的運用檢修業(yè)務，也有借鑒作用。系統(tǒng)管理的全路高鐵基礎設施和移動裝備資產數(shù)額巨大，保障了行車安全、提高了運維效率，所產生經濟效益無法估量。

4 發(fā)展趨勢

4.1 新業(yè)務方向及功能完善

動車組運維經歷了從實踐探索、常規(guī)生產到精細檢修的階段性調整，動車組管理信息系統(tǒng)也必須持續(xù)改進和完善升級，以應對業(yè)務流程、管理策略和應用功能需求的變化。當前正在快速發(fā)展的業(yè)務方向有：動車組技術信息標準化管理、智能計劃編制模型及算法深化、鐵

圖8 以檢修為中心的物流倉儲配送管理

圖9 車載數(shù)據(jù)落地和地面綜合應用

路車輛應急指揮管理、移動終端的高端綜合應用、精細化的檢修物流保障體系等。

4.2 系統(tǒng)體系架構優(yōu)化

我國高鐵基礎設施和移動裝備仍處于高速發(fā)展之中，動車組運用檢修經驗不斷積累、管理制度不斷完善。全路動車組運維管理體系和生產力布局也隨之重組和調整，以進一步加強生產、規(guī)范管理或提高安全。這就需要基于實際情況對管理系統(tǒng)架構進行改造和重構，并密切結合各機構或部門的業(yè)務流程，滿足業(yè)務部門內在的管理要求與功能需求。

4.3 新理論和新技術的應用

現(xiàn)代維修管理必須以信息作為基礎依據(jù)，動車組管理信息系統(tǒng)深化發(fā)展的過程也是現(xiàn)代維修理論不斷獲得深入運用的過程。新一代信息技術為解決管理系統(tǒng)固有問題提出了新的設計理念和解決思路，隨著業(yè)務管理要求和系統(tǒng)應用水平的不斷提高，必須通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、優(yōu)化計算、可靠性分析、地理信息系統(tǒng)及定位技術等來取得進一步突破。

4.4 相關應用技術標準的建立

根據(jù)建立鐵路技術標準體系的要求，結合當前中國鐵路標準國際化的實際需求，需要在動車組運維信息化工作過程中不斷推進相關國家標準、行業(yè)標準的制定、修訂，并重點圍繞強化安全基礎、優(yōu)化系統(tǒng)接口、成果轉化和產品認證等幾個方面進行。

5 結束語

動車組管理信息系統(tǒng)覆蓋面廣、功能強大、集成度高，適應我國客運專線開通運行及動車組運用、維修要求，滿足動車組各級運維機構的管理生產需求。當前我國高速鐵路建設仍處于快速發(fā)展時期，該系統(tǒng)是高速鐵路信息化的重要組成部分，動車組管理信息系統(tǒng)的發(fā)展完善與深入應用，對于保障動車組安全運營、高效檢修及充分發(fā)揮維修資源能力，必將發(fā)揮重要作用。

[1] 運裝管驗［2009］95號 動車組管理信息系統(tǒng)總體方案[S]．

[2] 史天運． 動車組管理信息系統(tǒng)及其關鍵技術[C]//第七屆中國智能交通年會論文集． 北京：電子工業(yè)出版社，2012．

[3] 楊京，姜飛鵬，韓激揚． 高速列車運用維護的信息化管理[C]//第七屆世界高速鐵路大會論文集． 北京：中國鐵道出版社，2010．

張惟皎：中國鐵道科學研究院電子計算技術研究所，研究員，北京，100081

責任編輯 楊環(huán)

U271.91

A

1672-061X（2015）02-0117-06

鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目（2010J007-A-1，2011J002）。

所獲獎項：2014年度中國鐵道學會科學技術獎一等獎。