機務設備檢修生產及健康管理

廖 可 中國鐵路上海局集團有限公司機務處

鐵路運輸企業是國內典型的資產密集型企業，其設備具有大型化、連續化的特點，其中機務設備是保證機車檢修作業的基礎，因此，機務設備檢修管理在確保設備穩定運行中起到至關重要作用。中國鐵路上海局集團有限公司機務系統為實現機務設備維修管理的標準化、流程化、信息化和模塊化，率先嘗試搭建設備管理平臺，規范設備檢修生產的范圍、計劃、標準和流程，提高了設備管理水平。

1 基本信息概述

設備管理平臺主要由四部分構成，分別是：硬件系統、軟件系統、服務器和通信網絡。通過硬件設備實現人員信息識別錄入、設備檢修數據信息輸入和數據顯示的功能。考量到未來發展需求，設備管理平臺采用Browser/Server網絡應用程序架構，該架構可以克服地域問題，維護簡單。B/S架構由前臺瀏覽器、Web服務器和后臺數據庫3個模塊組成，能對設備日常檢查數據進行傳輸、分析、統計。

在作業現場，作業人員只要登陸OA（辦公自動化）網絡，就可以進入設備管理信息平臺，然后按照自身的業務需求，進入不同的作業界面，進行相關作業。

2 設備檢修生產管理

設備檢修生產主要包括設備巡回檢查（以下簡稱：設備巡檢）、設備小修和設備故障修，相關檢修生產作業都是按照圖1所示的作業流程進行。通過對作業流程的規范，能實現人員信息準準確、作業信息齊全、數據分析全面等功能。

圖1 機務設備檢修作業流程

而從管理層面來說，設備管理平臺科學的對各項作業卡控分為四個環節，分別是發布檢修計劃和任務、公布檢修范圍和標準、查詢檢修記錄及結果和分析統計檢修數據四個部分。其中查詢檢修記錄及結果和分析統計檢修數據是核心功能模塊。該系統根據生產的實際需求，以設備檢修范圍和標準為基礎，以執行檢修計劃和任務為主線，通過查詢檢修記錄及結果和對檢修數據的統計分析，來實現設備檢修的專業化和數據化管理，以科學的管理手段提高設備運行的可靠性，各個功能模塊之間形成一套閉環的管理流程。

2.1 設備巡檢管理

設備巡檢指的是設備包報修人或專人根據包修范圍定期檢查，對不良處及時處理。根據設備發生故障后和修理停機時對生產質量、成本、安全等方面影響程度和造成生產損失的大小，將設備劃分為A、B、C三類。依據設備不同的分類合理制訂設備的巡檢周期和計劃，并上傳設備管理平臺。巡檢計劃在經過審核之后，由系統自動將巡檢任務派發至維修人員。維修人員現場指紋登錄設備管理平臺并掃描設備二維碼（如圖2所示），系統根據巡檢計劃自動彈出作業標準及作業記錄單。維修人員按標完成作業后，填寫電子作業記錄單并上傳管理平臺，待設備驗收人員檢查確認后，最終形成完整作業臺賬。

圖2 巡檢過程

另外，針對生產現場部分安全關鍵設備設備結構復雜、空間有限、不便于日常巡檢的問題，通過加裝傳感器和監控探頭，實現可視化巡檢。在人工巡檢的周期內加入可視化，加密了檢查周期，確保了設備的運行狀態。

2.2 設備小修管理

首先，制定設備小修計劃，并在設備管理平臺上發布。設備維修人員根據計劃按照檢修標準在現場對設備進行檢修作業。設備檢修完成后，維修人員在現場配備的作業終端上填寫檢修記錄單。設備管理人員參照“三檢一驗”的標準對檢修過程及檢修單作出評價，以評價完成視作檢修周期的結束。最后，設備技術員分析檢修數據結果，得出設備運行狀態，從而動態的調整和修改設備檢修計劃。以上環節依次流轉形成設備的閉環管理，在各個環節中電子記錄單自動生成，并經過相關人員確認，同時反饋至相應的檢修計劃中，提高設備檢修作業的準確性。同時設備管理人員還能如圖3所示，實時監控設備小修進度，并且相關工作的進度直接通過不同的色系體現出來，這樣既便于管理，也有利于生產。

圖3 設備小修狀態顯示界面

2.3 故障修管理

設備故障修區別于計劃修，是在設備出現故障時，臨時報修予以解決。此項工作也是設備管理平臺的一項重要功能。報修人員使用管理平臺，在線報修設備故障。設備管理人員接到報修后，及時安排人員對設備進行檢修。故障修管理平臺通過有機的結合報修、故障處理、銷號這一列流程，形成了一個合理、完整的閉環管理流程，降低以往檢修過程中的無序化，避免漏檢、漏修。通過規范設備故障預報中對設備名稱、故障表象的敘述，使設備故障預報更準確便捷，同時形成故障匯編，便于統計和分析。

3 設備健康管理

故障預測與健康管理技術（Prognostics and health management，PHM）可以維護機械動力設備的安全性、可靠性，并可節約維修保障成本。PHM技術是利用先進手段收集設備數據，結合其他相關的有效信息，借助技術標準、專業人員、歷史記錄對目標對象進行故障預測，同時提供維修保障決策及實施計劃的一種視情維修技術。

3.1 設備故障診斷與預測認知模型

在實際中，對于設備的故障診斷及預測主要是是建立在以下幾個方面，分別是設備直接的功能及性能信息（基于故障狀態信息）；設備使用中表現出來的異常現象信息（基于異常現象信息）；設備使用中所承受的環境應力和工作應力信息（基于使用環境信息）；設備預置損傷標尺（precursor）的狀態信息（基于損傷標尺信息）。技術人員根據損傷標尺信息、設備運行狀態數據、設備異常現象及環境數據診斷和預測設備故障。

3.2 設備健康管理數據流

設備健康管理的數據處理流程如圖4所示，設備各相關信息經過數據采集，然后進入后臺進行分析和診斷，同時與歷史數據進行對比，對設備故障進行預測，從而制訂針對性的措施，保證設備的可靠性。

圖4 設備健康管理數據流

3.3 設備健康管理的三個層級

設備健康管理從架構上來看，主要分為三個層級，包括設備的運行狀態監測、設備故障診斷與預測和設備健康預測。

設備的運行狀態監測作為設備健康管理的第一層級，是健康管理的基礎，可以實現運行狀態參數的單參數閾值報警，當運行參數超過預定閾值時，顯示設備工作異常。如圖5所示，以架車機為例，系統可以實時監測設備的軸承溫度、車體高度、電機電流、電壓等重要參數，通過對相關參數設定參考的最大、最小值來實時預警。

圖5 架車機運行狀態監測參數示意圖

設備健康管理的第二層級是設備故障診斷與預測，通過多參數對比與特征識別，采用支持向量機和前饋神經網絡，實現故障診斷與故障預測。根據對設備故障現象進行分析比對，逐級判斷，最終推測出設備的故障所在。

設備健康管理的第三層級是設備健康預測（如圖6所示），包括設備健康狀態預報和壽命預測，其中健康狀態預報是預報當前設備處于哪一個健康狀態（如設備正常、設備性能下降、功能失效等狀態），同時分析設備的健康趨勢；而設備的壽命預測是根據設備的當前健康狀態，歷史狀態，采用合適的數學模型，通過大數據分析和概率統計的手段去分析設備預測設備的剩余壽命。

圖6 設備健康預測示意圖

4 設備檢修生產及健康管理的有機融合

設備的日常檢修及健康管理要想做到有機的融合，首先需解設備身份唯一性和作業數據關聯性的問題，因此在完善設備檢修管理的基礎上，以設備二維碼作為設備身份唯一代碼，同步關聯各檢修數據，并對數據進行整合，以此形成集設備基礎檔案信息、檢修計劃、檢修數據為一體的設備電子履歷。設備電子履歷能實時反應“設備健康狀態”，設備管理人員也能通過查閱設備電子履歷中各項關鍵數據，來完成對設備狀態的評估。

5 結束語

目前，鐵路行業信息化管理水平不斷提升，在生產及安全管理面著有成效。設備檢修生產及健康管理平臺的搭建，降低了生產成本和故障處理時間，極大提高了生產效率。以信息系統為支撐的設備健康管理，能借助信息化手段，全面跟蹤設備維修作業過程，實時掌握設備健康狀態，并通過大數據的處理能力為設備健康管理提供科學的決策依據。