工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)賦能軌道交通行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法論

信息化與軟件產(chǎn)業(yè)研究所

軌道交通行業(yè)具有安全性能要求高、集約化管理、供應(yīng)鏈系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立、產(chǎn)品種類(lèi)多、專(zhuān)業(yè)化程度高的行業(yè)特征，面臨資源調(diào)配效率低下、車(chē)輛運(yùn)維困難、客戶(hù)需求不斷提高等痛點(diǎn)，亟需加快基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐，提升企業(yè)綜合實(shí)力。中車(chē)四方、中車(chē)株機(jī)、中車(chē)浦鎮(zhèn)等企業(yè)正以車(chē)輛遠(yuǎn)程運(yùn)維為切入點(diǎn)，加速推動(dòng)軌道車(chē)輛向研發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)字化、生產(chǎn)制造柔性化、產(chǎn)業(yè)鏈管理一體化、車(chē)輛運(yùn)維智能化等方向轉(zhuǎn)型。基于此，本文深入剖析了軌道交通行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢(shì)、平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)景以及業(yè)務(wù)落地解決方案。

軌道交通行業(yè)

數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢(shì)分析

研發(fā)設(shè)計(jì)從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證向平臺(tái)仿真轉(zhuǎn)變。軌道車(chē)輛行業(yè)傳統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)是基于實(shí)地實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的，每種新的零部件都需要經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際線路試驗(yàn)檢測(cè)、數(shù)據(jù)提取、統(tǒng)計(jì)分析來(lái)確定它的安全性、可靠性，期間耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，且效率較低。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建虛擬仿真環(huán)境，在賽博空間構(gòu)建軌道車(chē)輛數(shù)字孿生體，通過(guò)工況設(shè)置、參數(shù)輸入等進(jìn)行虛擬仿真，不斷迭代優(yōu)化，將持續(xù)推動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)完善，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

生產(chǎn)制造從大批量向柔性化轉(zhuǎn)變。近年來(lái)，我國(guó)軌道車(chē)輛行業(yè)正處在快速發(fā)展時(shí)期，國(guó)內(nèi)的需求量猛增、訂單量巨大，軌道車(chē)輛供應(yīng)商規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大、供給能力不斷提升。但是，隨著市場(chǎng)趨向飽和，地鐵等多樣性城市軌道交通的興起，軌道車(chē)輛的產(chǎn)業(yè)需求逐漸升級(jí)，倒逼軌道車(chē)輛供應(yīng)商積極尋求轉(zhuǎn)型，從單純的車(chē)輛制造商逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛谲?chē)輛制造的服務(wù)商，探索車(chē)輛制造車(chē)間智能化改造，加速向柔性化生產(chǎn)的方式轉(zhuǎn)變。

業(yè)務(wù)管理從以人為主向精益化轉(zhuǎn)變。軌道車(chē)輛行業(yè)傳統(tǒng)的管理模式以人為主，具有變動(dòng)性太大、作業(yè)管理混亂、管理無(wú)法落地且追溯性差等弊端，管理效率較低。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行實(shí)時(shí)把控，有利于打通部門(mén)之間、人機(jī)之間、設(shè)備之間的數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)以節(jié)拍式拉動(dòng)、看板式管理、流水化作業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)化工位等精益化管理模式，推動(dòng)生產(chǎn)制造透明化、部門(mén)合作協(xié)同化、資源調(diào)配高效化，節(jié)約管理成本、提高管理效率。

設(shè)備運(yùn)維從定時(shí)維修向按需維修轉(zhuǎn)變。軌道交通行業(yè)的車(chē)輛設(shè)備安全性能要求高，必須嚴(yán)格保障車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的健康水平。傳統(tǒng)的高速鐵路車(chē)輛運(yùn)維建立了一套按照里程數(shù)維修的制度，每當(dāng)車(chē)輛運(yùn)行到標(biāo)準(zhǔn)里程數(shù)，必須進(jìn)行健康水平檢測(cè)，大大增加了運(yùn)維的時(shí)間成本、經(jīng)濟(jì)成本。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在線采集車(chē)輛運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)算法統(tǒng)計(jì)和模型分析，有利于發(fā)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的健康狀態(tài)和存在的問(wèn)題，安排維修計(jì)劃，保障車(chē)輛運(yùn)行效率。

工程機(jī)械行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)景及實(shí)踐

虛擬仿真。軌道交通行業(yè)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)搭建虛擬仿真平臺(tái)，構(gòu)建車(chē)輛數(shù)字孿生體，在線上虛擬空間中進(jìn)行工況模擬，可以實(shí)現(xiàn)研發(fā)設(shè)計(jì)迭代式優(yōu)化。一是建立仿真模型。通過(guò)賽博空間和物理空間的映射，構(gòu)建車(chē)輛系統(tǒng)虛擬模型，用來(lái)展示車(chē)輛系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)。二是進(jìn)行工況模擬。設(shè)立不同的線路，輸入工況參數(shù)，進(jìn)行虛擬空間實(shí)驗(yàn)，確定數(shù)字孿生體的車(chē)輛性能，為物理實(shí)體提供參照。三是進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。依托虛擬仿真得到的大量數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，可以促進(jìn)研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)迭代更新。

例如，中車(chē)株洲機(jī)車(chē)使用ESI集團(tuán)IC.IDO 3D仿真分析平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)，為客戶(hù)提供1∶1 3D虛擬樣機(jī)審查設(shè)計(jì)并實(shí)時(shí)傳達(dá)修改，節(jié)省了大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。中車(chē)四方基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)協(xié)同仿真，提升資源利用率和研發(fā)仿真驗(yàn)證效率。

協(xié)同制造。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈連接能力，打通人與機(jī)器之間、機(jī)器與機(jī)器之間、產(chǎn)線與產(chǎn)線之間的信息壁壘，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程最大化的協(xié)同平衡。一是人機(jī)協(xié)同。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、指揮、維護(hù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同作業(yè)。二是設(shè)備協(xié)同。基于平臺(tái)采集生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行智能化改造，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備最優(yōu)布局，讓設(shè)備發(fā)揮最大效能。三是產(chǎn)線協(xié)同。基于平臺(tái)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析、智能決策，統(tǒng)一調(diào)配生產(chǎn)要素，推動(dòng)跨產(chǎn)線協(xié)同制造。

例如，中車(chē)株機(jī)基于軌道交通行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，建設(shè)轉(zhuǎn)向架智能制造車(chē)間，實(shí)現(xiàn)人員、AGV設(shè)備、物料、產(chǎn)線全部數(shù)字化對(duì)接，解決了智能制造產(chǎn)線之間的協(xié)作問(wèn)題。11條子生產(chǎn)線可達(dá)到最大化的協(xié)同平衡，轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架、車(chē)輪和車(chē)軸3條生產(chǎn)線之間的相互等待時(shí)間基本為零。同時(shí)，基于平臺(tái)開(kāi)展柔性化生產(chǎn)，使小批量試制與大批量投產(chǎn)同步進(jìn)行，推動(dòng)人員成本減少50%，生產(chǎn)效率提升30.1%。

產(chǎn)業(yè)鏈管理。軌道交通作為一個(gè)綜合性產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)重S富，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的有效管理，將促進(jìn)軌道交通行業(yè)資源配置優(yōu)化、服務(wù)能力提升。一是供應(yīng)鏈管理。建立供應(yīng)商關(guān)系維護(hù)、對(duì)接、交流平臺(tái)，嚴(yán)密把控市場(chǎng)動(dòng)向，確保零部件高效供應(yīng)，保障生產(chǎn)維修需求。二是制造鏈管理。加強(qiáng)生產(chǎn)制造過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集、智能分析，提高生產(chǎn)車(chē)間的洞察力。三是服務(wù)鏈管理。建立客戶(hù)對(duì)接平臺(tái)，積極交流，根據(jù)客戶(hù)不斷升級(jí)的需求推出個(gè)性化產(chǎn)品，提高企業(yè)服務(wù)能力，塑造綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

例如，中車(chē)信息技術(shù)有限公司結(jié)合中國(guó)中車(chē)供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求，優(yōu)化整合中車(chē)電商平臺(tái)和中車(chē)供應(yīng)鏈采購(gòu)管理資源，建設(shè)“中車(chē)購(gòu)”供應(yīng)鏈電子商務(wù)協(xié)同平臺(tái)，加強(qiáng)供應(yīng)鏈管理。截止到2017年7月，平臺(tái)交易總規(guī)模超過(guò)640億元，合格供應(yīng)商用戶(hù)總數(shù)超過(guò)2萬(wàn)家。

設(shè)備健康管理。基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)軌道車(chē)輛設(shè)備進(jìn)行深刻洞察、設(shè)備故障精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、事故風(fēng)險(xiǎn)有效評(píng)估，按需安排維修計(jì)劃。一是狀態(tài)監(jiān)測(cè)。通過(guò)傳感器等感知設(shè)備，采集車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，確保車(chē)輛安全運(yùn)行。二是建模仿真。利用虛擬仿真平臺(tái)，進(jìn)行不同工況的狀態(tài)模擬，從而不斷優(yōu)化車(chē)輛性能。三是大數(shù)據(jù)分析。結(jié)合工作日志、歷史故障、運(yùn)行軌跡、實(shí)時(shí)位置等海量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，判斷可能出現(xiàn)故障的時(shí)間和部位，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)。

例如，中車(chē)株機(jī)使用先進(jìn)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)，搭建數(shù)據(jù)采集和分析平臺(tái)。及時(shí)了解機(jī)車(chē)的健康參數(shù)，確保車(chē)輛在安全可控的狀態(tài)下運(yùn)行。中車(chē)四方和國(guó)信會(huì)視合作，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)了軌道交通裝備智能運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理。對(duì)列車(chē)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和故障快速告警，降低列車(chē)運(yùn)維成本，保障列車(chē)的健康安全運(yùn)行。

推進(jìn)應(yīng)用場(chǎng)景落地的著力點(diǎn)

進(jìn)行生產(chǎn)車(chē)間改造，提高生產(chǎn)效率。一是依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)車(chē)間全要素進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)過(guò)程透明化的制造全過(guò)程動(dòng)態(tài)管控。二是基于大數(shù)據(jù)分析，對(duì)生產(chǎn)車(chē)間資源進(jìn)行智能化調(diào)配，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線協(xié)同，提高生產(chǎn)資源利用率。三是基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，結(jié)合5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，對(duì)車(chē)間進(jìn)行智能化改造，提高生產(chǎn)制造數(shù)字化水平。

開(kāi)發(fā)智能業(yè)務(wù)系統(tǒng)，增強(qiáng)管理水平。一是生產(chǎn)安全管理，對(duì)生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)應(yīng)參照，排查安全隱患，提供安全報(bào)警服務(wù)。二是質(zhì)量管理，利用傳感器、攝像頭等設(shè)備，對(duì)各工序進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，完善不合格品處理、質(zhì)量分析、售后質(zhì)量信息處置等工作，三是業(yè)務(wù)管理，開(kāi)發(fā)基于平臺(tái)的一體化管理系統(tǒng)，打通供應(yīng)商、服務(wù)商、經(jīng)銷(xiāo)商等合作伙伴間的信息壁壘，提高管理效率，降低管理成本。

提供車(chē)輛遠(yuǎn)程運(yùn)維，確保運(yùn)行安全。一是建立實(shí)時(shí)狀態(tài)感知系統(tǒng)，利用各種傳感器探測(cè)、采集車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的參數(shù)信息，將收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換和傳輸。二是建立車(chē)輛實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，直接展示線上所有運(yùn)行列車(chē)的速度、狀態(tài)、運(yùn)營(yíng)等參數(shù)，有效提升車(chē)輛的統(tǒng)籌、調(diào)度、管理效率。三是建立故障預(yù)警系統(tǒng)，依據(jù)歷史數(shù)據(jù)建立各參數(shù)變化與故障損傷的概率模型，結(jié)合當(dāng)前車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行健康狀態(tài)判斷、趨勢(shì)分析與異常情況自動(dòng)報(bào)警，降低運(yùn)維成本。