地鐵設(shè)備智能維修管理研究及展望

鄭大威，馬 琳，燕 飛

地鐵設(shè)備智能維修管理研究及展望

鄭大威，馬 琳，燕 飛

（北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，100044 北京）

由于不同城市地鐵建設(shè)的時(shí)序不同，根據(jù)自身的情況選擇合適的設(shè)備維修管理模式尤為重要。在維修作業(yè)的具體實(shí)施過程中，將6S管理理念有效地導(dǎo)入日常檢修管理工作中，不斷促進(jìn)整個(gè)團(tuán)隊(duì)管理水平和檢修生產(chǎn)效率提高。同時(shí)學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外地鐵設(shè)備維修管理的成熟理論和實(shí)踐，嘗試建立一套智能信息化系統(tǒng)，從而提升設(shè)備維修作業(yè)效率。最后以北京地鐵的設(shè)備維修管理為例，對(duì)其設(shè)備維修管理模式及智能信息化系統(tǒng)進(jìn)行分析，并對(duì)未來智能維修的發(fā)展進(jìn)行展望。

地鐵設(shè)備；維修管理模式；信息化管理系統(tǒng)；6S管理

目前，我國(guó)城市發(fā)展速度不斷加快，由城市人口的高度流動(dòng)性帶來的城市交通量迅速增加，以及交通壓力而引發(fā)的各種矛盾逐漸顯現(xiàn)。飛速發(fā)展的社會(huì)需要穩(wěn)定、安全和高效的交通工具，大力發(fā)展城市軌道交通應(yīng)是最具可行性的解決方案之一。

任何一條新的地鐵線路建成后，其相應(yīng)的設(shè)備移交給運(yùn)營(yíng)單位，對(duì)這些設(shè)備建立設(shè)備臺(tái)賬，針對(duì)不同的設(shè)備制定相應(yīng)維修策略，并根據(jù)維修策略安排相應(yīng)的維修計(jì)劃。

地鐵的高效穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)除了需要可靠的設(shè)備外，還需與之相匹配的管理機(jī)構(gòu)和高素質(zhì)的管理人員對(duì)軌道交通設(shè)備實(shí)施科學(xué)的維修管理。建設(shè)安全高效的地鐵系統(tǒng)，需要從線路基礎(chǔ)及軌道、供電、通信信號(hào)、機(jī)電設(shè)備以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理等各方面出發(fā)，采取合適完備的管理模式[1]。

此外，地鐵設(shè)備大多是機(jī)電高度集成化的產(chǎn)品，維修過程中，管理信息化系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)以及質(zhì)量控制技術(shù)等，使維修質(zhì)量及效率得到顯著提升[2]。有別于傳統(tǒng)的維修流程，維修管理信息系統(tǒng)是在對(duì)維修作業(yè)完成數(shù)據(jù)采集和分析之后，對(duì)正在進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)遠(yuǎn)程指導(dǎo)與監(jiān)督，后期還可以為保證維修質(zhì)量提供可靠的依據(jù)。

1 地鐵設(shè)備維修管理模式綜述

1.1 設(shè)備維修相關(guān)理論

1.1.1 設(shè)備維修的概念

地鐵各種類型的設(shè)備在使用過程中，隨著使用會(huì)造成部分元器件的磨損、故障乃至失效，從而直接影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定和效率，所以，有必要對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的維修和保養(yǎng)，延長(zhǎng)壽命。其內(nèi)容主要包括：維護(hù)保養(yǎng)、檢查和修理3個(gè)方面。

1.1.2 設(shè)備維修管理理論

設(shè)備維修管理主要是研究設(shè)備維修管理規(guī)律的學(xué)科，也叫做維修工程學(xué)[3]。它從維修的基礎(chǔ)出發(fā)，采用一些工程化的方法，以設(shè)備全生命周期為對(duì)象，在初步設(shè)計(jì)階段就著手保障和監(jiān)督設(shè)備的維修性能和后期維保設(shè)計(jì)；在使用階段，對(duì)維修活動(dòng)加以指導(dǎo)和管控，如圖1所示。

圖1 維修科學(xué)理論體系

1.1.3 維修模式

設(shè)備的維修模式，就是在合適的時(shí)機(jī)對(duì)合適的設(shè)備實(shí)施相應(yīng)維修措施的模式[4]，并在該維修模式的管理下，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的維修制度與計(jì)劃。

1.1.4 維修制度

科學(xué)的維修制度有助于合理地安排各項(xiàng)資源，并提前完成相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，從而順利完成維修作業(yè)，增加設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性，減少由于維修而造成停運(yùn)的時(shí)間以及維修支出。從我國(guó)各運(yùn)營(yíng)性行業(yè)所實(shí)施的情況來看，具體有：

1）計(jì)劃預(yù)防維修制。計(jì)劃預(yù)防維修制是在了解設(shè)備老化和故障規(guī)律的前提下，綜合考慮各部件的磨損速度和使用壽命，相應(yīng)地組織維修和維護(hù)，防止或減少故障，延長(zhǎng)使用期限，提高維修效率，以保證系統(tǒng)的運(yùn)行有效性和經(jīng)濟(jì)性。

2）以狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的維修制?；跔顟B(tài)監(jiān)測(cè)的維修制度是以可靠性理論、狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)、故障診斷技術(shù)為基礎(chǔ)，以設(shè)備的實(shí)際設(shè)備狀態(tài)為依據(jù)從而安排相應(yīng)的維修。

3）針對(duì)性維修制。針對(duì)性的維修制度是以綜合管理原則和可靠性理論為基礎(chǔ)的維修制度，有針對(duì)性地采用不同的維修方式，使維修作業(yè)具體化，達(dá)到設(shè)備全生命周期維修成本最低、輸出效益最高的目標(biāo)。

1.1.5 維修方式

維修方式的選擇體現(xiàn)為對(duì)維修時(shí)機(jī)的把控。較為常見的維修方式主要有以下3種：

1）故障修。設(shè)備發(fā)生故障之后再處理稱為事后維修。如果實(shí)施這種維修方式，在很大程度上可以避免過分維修，節(jié)省費(fèi)用。但因設(shè)備突發(fā)故障會(huì)影響日常的運(yùn)營(yíng)，所以僅適用于故障后果不嚴(yán)重的設(shè)備。

2）計(jì)劃修。計(jì)劃修是完成事先設(shè)計(jì)的維修計(jì)劃實(shí)施維修作業(yè)，適用于有固定故障周期的設(shè)備。由于提前有一個(gè)制訂好的維修計(jì)劃，因此，有利于部署維修前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

3）狀態(tài)修。狀態(tài)修是在對(duì)設(shè)備使用過程中的狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控和分析的前提下，以其運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)安排預(yù)防性維修。其優(yōu)勢(shì)在于可以提升維修工作的針對(duì)性，從而提高維修的效率。

同時(shí)針對(duì)每一種維修方式可分為一、二、三級(jí)維修程度：一級(jí)維修，只需修復(fù)、更換部分磨損較快和使用期限小于等于修理間隔期的零件，調(diào)整設(shè)備的局部結(jié)構(gòu)，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行；二級(jí)維修，對(duì)設(shè)備進(jìn)行部分解體、修理或更換部分主要零部件，以保證設(shè)備能夠恢復(fù)和達(dá)到應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求；三級(jí)維修，則是指通過更換、恢復(fù)其主要零部件，恢復(fù)設(shè)備原有精度、性能和生產(chǎn)效率而進(jìn)行的全面修理。

1.2 地鐵設(shè)備維修管理模式選擇

1.2.1 基本原則

1）資源使用集約化、維修組織專業(yè)化。由于線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)營(yíng)里程長(zhǎng)、客流量大、設(shè)施種類多，所以有必要建立一支專門的隊(duì)伍對(duì)設(shè)備維修進(jìn)行管理，從而提升企業(yè)內(nèi)部各部門的合作和協(xié)調(diào)能力。

2）維修模式的多樣化、適宜化。地鐵如今采用維修模式大都比較單一，主要以計(jì)劃維修為主，僅針對(duì)很少部件采取預(yù)知維修。由于計(jì)劃維修有過度維修等缺陷，因此，有必要探索適宜的維修方法和策略。

1.2.2 維修組織架構(gòu)選擇

維修組織，尤其是運(yùn)營(yíng)性組織，是隨著團(tuán)體不斷發(fā)展結(jié)構(gòu)調(diào)整的產(chǎn)物，是在共同任務(wù)下形成的人員有序集合[5]。要使組織中的元素產(chǎn)生“化學(xué)反應(yīng)”，形成“合力效應(yīng)”，應(yīng)遵循以下原則：

1）統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、分級(jí)管理原則。組建合適的設(shè)備維修管理組織，應(yīng)根據(jù)如今社會(huì)化大生產(chǎn)的需求，既要有利于加強(qiáng)設(shè)備維修管理系統(tǒng)的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，又要遵循分級(jí)管理以提高管理的執(zhí)行度。

2）目標(biāo)協(xié)同、精干高效原則。要同時(shí)兼顧企業(yè)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)與設(shè)備維修管理的技術(shù)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)維修作業(yè)的精干高效。

3）分工協(xié)作，權(quán)責(zé)統(tǒng)一原則。設(shè)備維修管理隊(duì)伍應(yīng)從作業(yè)的具體流程入手，在組織中劃清各部門職責(zé)范圍，加強(qiáng)彼此之間的分工協(xié)作，同時(shí)注意橫向協(xié)調(diào)。

4）設(shè)備維修綜合管理原則。綜合管理要貫穿整個(gè)生命周期，綜合維護(hù)與計(jì)劃?rùn)z修，綜合修理、改造與更新等。

1.2.3 維修管理組織的形式

設(shè)備維修管理的組織形式具體可分為集中式、分散式、集中式與分散式相結(jié)合以及矩陣式。

1）集中式維修（職能式）。組織內(nèi)設(shè)置有固定的維修隊(duì)伍負(fù)責(zé)企業(yè)的維修工作。各部門不設(shè)自己的維修隊(duì)伍，如圖2所示。

圖2 職能式的設(shè)備維修組織架構(gòu)

2）分散式維修（直線式）。組織內(nèi)無專門的隊(duì)伍負(fù)責(zé)維修，各部門都有一支自己的維修隊(duì)伍，完成本部門的設(shè)備維修工作，在必要的情況下聯(lián)系其他維修公司輔助完成維修工作，如圖3所示。

圖3 直線式的設(shè)備維修組織架構(gòu)

3）集中分散結(jié)合形式。組織內(nèi)設(shè)置固定的維修隊(duì)伍和管理團(tuán)隊(duì)，各部門也配置自己的維修力量，負(fù)責(zé)日常的維修，大型設(shè)備的改造以及與外部維修隊(duì)伍的合作，由組織的維修管理團(tuán)隊(duì)安排。

4）矩陣式。負(fù)責(zé)不同領(lǐng)域的維修隊(duì)伍通過合約等方式與各部門形成合作，這種形式無需管理團(tuán)隊(duì)，并且維修的人員也不限于組織的內(nèi)部，如圖4所示。

圖4 矩陣式的設(shè)備維修組織架構(gòu)

1.3 現(xiàn)場(chǎng)維修管理的6S理論概述

6S理論最早是從日本的5S理論擴(kuò)展而來，是生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中非常高效的管理理念。5S管理最開始在著名的豐田汽車公司實(shí)施，包括整理（seiri）、整頓（seiton）、清掃（seiso）、清潔（seiketsu）和素養(yǎng)（seituske）[6]。5S由這5個(gè)單詞的日語(yǔ)拼音其中的羅馬字母的首位S組成。20世紀(jì)80年代中期，我國(guó)結(jié)合國(guó)內(nèi)維修管理的實(shí)際情況加上了第6個(gè)S，即安全（safety），這便形成了“6S理論”。

1）整理：整理是將作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所需要與不需要的物品予以區(qū)分。把不需要的物品搬離作業(yè)場(chǎng)所，將所需物資加以分類和標(biāo)記，只留下需要的物品。

2）整頓：作業(yè)場(chǎng)所整理好后，再將保留的物資備件等進(jìn)行定點(diǎn)、定量標(biāo)識(shí)，并定置擺放。

3）清掃：在完成對(duì)工區(qū)的整理和整頓之后，就要對(duì)工區(qū)開始清掃，使作業(yè)場(chǎng)所清潔、整齊，使作業(yè)人員的工作環(huán)境適宜。

4）清潔：所有工區(qū)和值班室都設(shè)置負(fù)責(zé)員工，維護(hù)負(fù)責(zé)區(qū)域的清潔；同時(shí)保養(yǎng)重點(diǎn)設(shè)備，使其隨時(shí)處于可用狀態(tài)。

5）素養(yǎng)：素養(yǎng)即規(guī)范員工都加入到整理、整頓、清掃、清潔的環(huán)節(jié)中來，保證工區(qū)的清潔、整齊，并在組織內(nèi)的員工績(jī)效考核中增加6S管理的考核內(nèi)容，形成長(zhǎng)效機(jī)制，維持6S工作成果。

6）安全：安全是地鐵的重要目標(biāo)之一，在新職工入職時(shí)就對(duì)其開始系統(tǒng)化的安全教育。在各部門都安排安質(zhì)部的技術(shù)人員，各個(gè)工班設(shè)安全員，并完善作業(yè)規(guī)范，從而保證維修作業(yè)的安全。

2 地鐵設(shè)備智能維修管理信息系統(tǒng)

2.1 國(guó)內(nèi)外地鐵設(shè)備維修管理信息化現(xiàn)狀

目前，國(guó)外以巴黎和東京為代表的地鐵運(yùn)營(yíng)公司在設(shè)備維修的信息化管理上都有著較為成熟的經(jīng)驗(yàn)；而我國(guó)地鐵建設(shè)開始較晚，維修管理的信息化系統(tǒng)也處在初步研究時(shí)期[7]。

如今，地鐵設(shè)備維修的信息化管理情況如下：

1）以信息化管理的理念為基礎(chǔ)，從數(shù)據(jù)采集和分析入手，結(jié)合設(shè)備維修管理的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)初期維修計(jì)劃的制訂。

2）依靠一些信息化的感知和傳輸手段以及信息終端，通過有線或者無線網(wǎng)絡(luò)，將相互關(guān)聯(lián)的人員和部門聯(lián)系到一起。

3）綜合運(yùn)營(yíng)和維修一體化的管理需求，從而達(dá)到對(duì)各部門全面管控的目標(biāo)。

4）列車控制和地面信號(hào)系統(tǒng)的部分設(shè)備具有狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷功能，警告等故障信息就能夠傳輸?shù)焦芾聿块T，進(jìn)而安排維修作業(yè)。

5）維修工區(qū)與調(diào)度中心、設(shè)備供應(yīng)商、備品備件提供商等互通數(shù)據(jù)。

2.2 地鐵設(shè)備維修管理信息系統(tǒng)功能及組成

2.2.1 系統(tǒng)的功能需求

通過對(duì)維修計(jì)劃的實(shí)施，維修過程的管理，和對(duì)數(shù)據(jù)的記錄與統(tǒng)計(jì)來實(shí)現(xiàn)維修信息管理[8]。地鐵設(shè)備維修管理信息系統(tǒng)主要有以下4個(gè)功能需求：

1）數(shù)據(jù)編碼的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)的編碼是為了給地鐵設(shè)備維修管理提供基本的數(shù)據(jù)支持，規(guī)范編碼的規(guī)則，使各系統(tǒng)之間能進(jìn)行數(shù)據(jù)流通、信息共享，同時(shí)信息的應(yīng)用也能順利進(jìn)行。

2）維修計(jì)劃及作業(yè)單信息的制訂。制訂包含具體設(shè)備和資源信息的維修計(jì)劃，將維修計(jì)劃和作業(yè)單等導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，形成信息的錄入與存儲(chǔ)。

3）維修計(jì)劃的查詢及處理。特定維修人員需對(duì)維修作業(yè)單進(jìn)行領(lǐng)單與結(jié)單，通過作業(yè)單信息查詢及處理功能，讓操作界面更加直觀，使系統(tǒng)更便捷地執(zhí)行功能。

4）維修輔助信息的導(dǎo)出與存儲(chǔ)。作業(yè)時(shí)，操作人員通過導(dǎo)出對(duì)應(yīng)設(shè)備的作業(yè)指導(dǎo)尋求作業(yè)指導(dǎo)幫助；作業(yè)后，查詢相應(yīng)的維修工單，作為對(duì)維修作業(yè)的憑證，也方便管理部門后期的信息追溯與統(tǒng)計(jì)。

2.2.2 系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)

結(jié)合具體的地鐵設(shè)備維修作業(yè)流程和維修管理信息系統(tǒng)的功能需求，將其分為若干個(gè)模塊，每一個(gè)模塊均能完成獨(dú)立的功能，模塊劃分如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)的功能模塊劃分

3 北京地鐵案例

3.1 北京地鐵設(shè)備維修管理模式

北京地鐵有4家運(yùn)營(yíng)分公司和4家維修服務(wù)商，其承擔(dān)設(shè)備維修管理的主要責(zé)任。北京地鐵的維修服務(wù)商依據(jù)維修設(shè)備種類劃分為線路公司、機(jī)電公司、供電公司和通號(hào)公司4家公司。4家運(yùn)營(yíng)分公司與4家維修服務(wù)商通過合約，達(dá)成維修業(yè)務(wù)的合作。4家維修服務(wù)商以獨(dú)立維修為主，多種維修模式相結(jié)合的形式進(jìn)行設(shè)備的維修管理任務(wù)[9]。

當(dāng)前，北京地鐵采用的是直線式的組織結(jié)構(gòu)形式，其維修模式是按照設(shè)備專業(yè)劃分公司，不同的維修服務(wù)商按線網(wǎng)布局設(shè)立項(xiàng)目部，項(xiàng)目部下再按照資源配置設(shè)置工區(qū)。

3.2 智能維修管理信息化系統(tǒng)介紹

以北京地鐵通號(hào)公司為例，其采用北京飛鴻云際科技有限公司開發(fā)的智能現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備維修進(jìn)行管理。該系統(tǒng)為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)提供信息化手段，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程的信息采集、展示、追溯，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)執(zhí)行過程的規(guī)范性督察；在與維修作業(yè)人員進(jìn)行信息溝通的條件下，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)執(zhí)行過程的實(shí)時(shí)性指導(dǎo)[10]。

該系統(tǒng)的主要功能如下：

1）為作業(yè)的審批和申請(qǐng)?zhí)峁┮罁?jù)；

2）為作業(yè)記錄的展示提供手段；

3）為實(shí)時(shí)語(yǔ)音視頻通信提供工具；

4）為遠(yuǎn)程指導(dǎo)提供手段；

5）為事后查證提供基礎(chǔ)。

該系統(tǒng)的作業(yè)單在按照維修計(jì)劃生成后便派發(fā)到各維修班組執(zhí)行維修作業(yè)，如圖6所示。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用情況及發(fā)展前景

地鐵設(shè)備維修管理的信息化系統(tǒng)，要與線路實(shí)際設(shè)備相匹配，才可以精確實(shí)現(xiàn)工單的派發(fā)、工單執(zhí)行過程中中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)管和指導(dǎo)，工單完成后的報(bào)告，形成閉環(huán)在中心端進(jìn)行存儲(chǔ)，以便各相關(guān)部門可在其授權(quán)權(quán)限范圍內(nèi)查詢工單的任何一個(gè)環(huán)節(jié)執(zhí)行狀態(tài)，從而解決目前工單紙質(zhì)化，執(zhí)行過程無記錄、故障追蹤無信息化手段等問題。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)執(zhí)行管理過程

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理系統(tǒng)向智能化、數(shù)據(jù)化發(fā)展還需更多的數(shù)據(jù)信息的支撐，包括相關(guān)信息支持模塊以及設(shè)備管理模塊。之后還可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理系統(tǒng)支持與既有信息化系統(tǒng)互連，實(shí)時(shí)進(jìn)行信息交互和共享[11]。

4 結(jié)語(yǔ)

筆者先介紹設(shè)備維修管理相關(guān)理論，具體涉及管理模式、維修制度以及維修方式；隨后總結(jié)關(guān)于維修管理模式選擇的原則與維修管理組織的常見形式。同時(shí)針對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的管理，介紹基于6S理論的地鐵設(shè)備維修管理方式。然后分析地鐵設(shè)備維修的信息化管理現(xiàn)狀，具體介紹信息化管理系統(tǒng)的功能需求以及功能模塊架構(gòu)。最后以北京地鐵通號(hào)公司的設(shè)備維修管理為例，分析其設(shè)備維修的管理模式及智能化系統(tǒng)的使用情況，并以此為例展望地鐵設(shè)備智能維修管理的發(fā)展前景。

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（編輯：曹雪明）

Research and Prospects of Intelligent Maintenance Management of Metro Equipment

ZHENG Dawei, MA Lin, YAN Fei

(School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044)

City rail transit in China has entered a rapid, concentrated, and large-scale development phase. Once the construction is completed, the rail transit enterprise will face a significant task of equipment maintenance. Because of the difference between different city rail transit construction patterns, the choice of a suitable maintenance protocol for metro equipment has practical significance. 6S management is effectively applied in daily maintenance to improve the overall level of maintenance management and production efficiency in the management team. Combined with advanced domestic and overseas metro equipment maintenance practices, the establishment of an information management system is proposed, to improve maintenance quality. Finally, taking Beijing as an example, the author analyzes management and information systems employed in metro equipment maintenance. Future development of intelligent maintenance is expected.

metro equipment; maintenance management mode; 6S management; information management system

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.05.021

U231

A

1672-6073(2018)05-0111-06

2017-09-04

2017-10-31

鄭大威，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榈罔F設(shè)備智能維修管理，16125133@bjtu.edu.cn

城市軌道交通北京實(shí)驗(yàn)室資助（京教函（2012）380號(hào)）