城市軌道交通運營維護管理信息系統中的設備管理故障代碼體系研究

韓志偉 李 良 徐 娜

(1.北京市軌道交通建設管理有限公司，100068，北京；2.城市軌道交通全自動運行系統與安全監控北京市重點實驗室，100068，北京；3.北京市軌道交通運營管理有限公司，100068，北京//第一作者，高級工程師)

城市軌道交通設備故障處理及維修是運營成本的重要組成部分。在保障維修工作的前提下，建立完善的故障管理體系，做到故障精確上報，對癥解決，認真分析，可提高維護質量與效果，促進設備維護更好更快地進行。

北京軌道交通燕房線通過資產運營維護管理信息系統來管理設備故障信息，實踐效果良好。

1 設備故障管理體系

運營維護管理信息系統采用B/S(瀏覽器/服務器)模式，向運營維護人員提供業務服務。其主要業務功能為：

(1) 設備臺賬管理。包括建立設備臺賬，管理設備技術規范、作業指導書、圖紙資料等；設備臺賬按北京地方標準DB 11/T 717《城市軌道交通設施設備分類與代碼》進行規范和編碼。

(2) 故障知識庫管理。借助于故障代碼體系，提供故障管理知識庫模塊，對設備系統/子系統/零部件的故障類別進行編碼和規范，形成完整的故障現象、原因、措施知識庫，為設備故障診斷和分析提供支持。

(3) 設備運行及故障管理。記錄設備運行狀態和故障信息。該模塊由設備運行日志管理、與綜合監控系統集成獲取設備實時運行數據及狀態、設備故障報警生成等模塊構成。

(4) 設備維護管理。結合故障代碼知識庫，從故障上報、生成維修工單到故障解決，建立完整的設備故障管理機制，并在日常的維修維護過程中，不斷完善形成知識庫和專家庫。

(5) 統計查詢管理。對運營維護管理信息系統中設備的所有故障相關數據進行統計、查詢以及匯總。

運營維護管理工作中的故障管理體系應用范圍如圖1所示。在實際的運營維護管理工作中，從實時系統設備故障報警、中心調度人員報警或巡檢人員發現設備故障，到維修派工、完工匯報、統計分析，這些環節均與故障代碼體系緊密銜接。

2 設備管理故障代碼體系

2.1 傳統設備管理故障代碼體系

傳統的設備管理故障代碼體系為三層結構(如圖2所示)。這種體系結構簡單，可統計的數據少。因城市軌道交通設備零部件種類繁多，故障模式多樣，故傳統的故障代碼體系不能精確匯總設備的故障情況，其統計數據對分析設備狀況及消除設備隱患起到的作用不大。

圖2 傳統設備管理故障代碼體系

2.2 新設備管理故障代碼體系

2.2.1 新設備管理故障代碼體系結構

根據DB11/T 717—2010《北京市城市軌道交通設施設備分類與代碼》，對設備設施進行系統分類，并在保留傳統設備管理故障代碼體系三層樹狀結構的基礎上進行改進優化，從而得到運營維護管理信息系統的新故障代碼體系結構(如圖3所示)。

圖3 含有設備系統/零部件分類的設備管理故障代碼體系

2.2.2 新設備管理故障代碼體系特點

2.2.2.1 采用線分類和面分類結合的方式

采用線分類法的故障代碼，體現了典型故障設備的縱向層級和容量，在原有3～4層體系結構的基礎上，能較好反映出層級之間的邏輯關系，但也有結構擴展性差的缺點。如果修改分類深度，也將影響整個代碼體系規則及規范。

面分類是在縱向故障代碼結構基礎上進行平行擴展，將所在層級的故障代碼進行信息擴充，形成復合結構的故障特性。每個組合特性都包含故障信息的多個具體描述。故障代碼應用時，可根據擴展信息進行精準定位。

面分類的優點是代碼結構具備較大柔性，橫向信息的改變和擴充，不影響縱向結構的定義。同時，平行結構的故障體系適用性更強，可供用于統計分析的信息更豐富。

2.2.2.2 基于故障字典的標準化定義

基于運營維護管理信息系統建立系統零部件分類、故障類、故障模式等相關數據字典，并應用到故障代碼結構中。故障字典對各項故障描述進行語言文字規范化描述。

新設備管理故障代碼體系定義的數據字典涵蓋系統及零部件、故障模式、故障原因、解決措施及應急措施。

將城市軌道交通中具有獨立完整某項功能的主系統及零部件類別進行定義、分類、編碼并形成字典(如10 kV開關子系統)。數據字典中的擴展信息可集成到新的故障代碼體系中，與對應的故障類、故障原因綁定。

故障現象是設備故障的具體表現，對應特定的故障表現形式。相同或相近的故障現象，具備相同的故障特征，即“故障模式”。

根據故障的重要等級程度，故障字典還可給出對應的解決措施和應急措施以區分響應動作。

2.2.2.3 增加故障等級定義

車輛、通信、信號、供電等專業設備在地鐵運輸服務中具有重要作用，一旦發生故障，將給公共交通出行帶來嚴重影響。按各設備及系統故障的危害性，設備管理故障代碼體系將故障分為一、二、三類故障。一類故障為對運營安全、人身安全、消防安全等產生影響的嚴重故障。一類故障發生后，在司機或車站人員直接向行車調度人員報告時，運營維護管理信息系統會同步接收到綜合監控系統自動發出的報警，還會收到發出報警的設備、可能的故障原因和應急措施等信息，并通知調度人員和責任單位積極響應處理，以盡快恢復運行。二類故障，可由車站人員報告行車調度人員或維修調度人員，由維修調度人員安排處理。三類故障只要求在一定時間內修復即可。

2.2.3 故障字典編碼規則

根據設備管理信息系統編碼原則及城市軌道交通故障管理特點，制定設備管理故障代碼體系編碼規則。

系統及零部件編碼定義由S(System首字段)+大類(車輛)+小類(電動客車)+大組(牽引系統)+小組(子系統/零部件)數字構成。部分系統及零部件編碼見表1。

表1 部分系統及零部件編碼

故障類編碼定義由FC(Failure Code首字母)+流水號構成。為區分故障類所屬系統設備，流水號可以該類系統數字開頭，如FC03XXXX，表示車輛設備故障類，以下各層級編碼可采用相同方法處理。部分故障類編碼見表2。

表2 部分故障類編碼

故障現象編碼定義由P(Problem首字母)+流水號構成。同一故障現象可對應多個故障類。故障現象描述通常包含該故障的故障模式內容。部分故障現象編碼見表3。

表3 部分故障現象編碼

故障模式編碼由M(Model首字母)+流水號構成。故障模式字典規范定義了各項故障的準備描述，如“無法啟動”、“沒響應”、“啟動失敗”均為相同或相似含義，在這里進行規范化表述。部分故障模式編碼見表4。

表4 部分故障模式編碼

故障原因編碼定義由C(Cause首字母)+流水號構成。由于某些故障可能會引起設備的多個故障表象，故同一故障原因可對應多個故障現象。部分故障原因編碼見表5。

表5 部分故障原因編碼

故障措施編碼定義由R(Remedy首字母)+流水號構成。緊急措施的編碼，末尾以E表示。部分故障措施編碼見表6。

表6 部分故障措施編碼

完整的設備管理故障代碼結構示例見表7。

3 新設備管理故障代碼體系的應用及優點

3.1 基于新設備管理故障代碼體系的故障統計分析

新設備管理故障代碼體系可通過數據積累，完整反映所有系統及子系統設備一定時間內的故障頻數、同類型故障出現的次數、引起故障次數較多的系統零部件類別、引起故障的主要原因及零部件等。

表7 完整的設備管理故障代碼體系數據

運營維護管理信息系統可將歷史數據通過報表匯總的方式展示，將數據轉化為數據分析，可為用戶提供某系統零部件運行狀況、故障率等動態數據指標，直觀反映某類系統或資產故障情況，為進一步預防維護提供決策性支持。依托設備管理故障代碼體系，運營維護管理信息系統支持以多種方式對數據進行統計分析，并支持用戶通過高級查詢功能進行數據篩選。

3.1.1 按引起故障的零部件進行統計

引起故障最多的前五個設備系統及占其故障比重如圖4 所示。

注：ATS——列車自動監控

圖4 故障統計量最多的5個子系統及零部件

基于引起故障零部件的統計，可生成月度零部件故障次數排名前五名，直觀展示多次產生故障的子系統及零部件，便于管理人員對對應設備做出評價，制定及更新維修策略。

3.1.2 按故障原因及解決措施進行統計

在運營維護管理工作中，通過按故障原因及解決措施進行統計(見表8)，可以解讀系統零部件的故障原因及出現頻次，綜合分析設備故障特征，采取具有針對性的解決方式，利用故障知識庫提供準確的維修建議和應急措施，為設備管理人員做出準確、有效的決策提供技術支持，并可避免相同或類似的故障再次發生。

表8 故障原因特征統計

3.2 新設備管理故障代碼體系優點

新設備管理故障代碼體系有龐大的故障字典和嚴謹高效的數據結構和正反向關聯，可規范編碼管理及使用，還可在減輕維護量的同時保證數據的完整性和標準化。此外，規范化的系統零部件數據和故障編碼，還能實現與外部系統的完美銜接。

通過積累的歷史數據，用戶可獲取某系統零部件的運行狀況、故障率，可對數據進行分析，進而實現對某類系統或設備的深入了解。基于系統及零部件類型，建立在設備基礎上的故障模式管理，可幫助用戶在故障發生后，快捷檢索故障原因、尋找解決措施、匯報故障解決情況，并可便捷查詢設備的歷史故障記錄，為下一步設備維護做出初步分析。

新設備管理故障代碼體系具有充分的靈活性，能使用戶在復雜善變的業務環境中運用自如。在人員增長或組織及流程變更的情況下，新設備管理故障代碼體系可隨之調整，而不必做大量的重寫程序工作。

4 結語

目前，運營維護管理信息系統廣泛應用于地鐵設備管理中。完善的設備管理故障代碼體系應用能有效地按不同需求對設備故障信息進行分類統計，是管理和優化改造設備，提供維修決策支持的重要途徑之一。通過長期收集運營維護信息、合理有效的故障代碼體系，能建立起完善的故障知識庫，可以找到科學的設備管理方法和維修方法，為軌道交通運營企業的設備維護提供強有力的信息化支持。

(本文為“北京市國資委2016年度科技創新團隊項目”。)