城市軌道車輛智慧化發(fā)展趨勢探討

陳林泉

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣州 510000）

隨著城市地鐵發(fā)展成網(wǎng)，地鐵出行在公共交通出行中所占的比例呈逐年上升趨勢，市民對地鐵的準(zhǔn)點、安全要求也越來越高。與此同時，隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口素質(zhì)提升，人力成本占地鐵運(yùn)維成本的比重也越來越突出。基于以上背景，提高地鐵車輛運(yùn)行安全以及可靠性，同時進(jìn)一步降低運(yùn)維成本成為地鐵車輛運(yùn)維發(fā)展不能回避的問題。

1 現(xiàn)狀

城市地鐵朝著智能化、智慧化方向發(fā)展，列車維護(hù)由計劃修向狀態(tài)修方向發(fā)展。一方面，檢視設(shè)備，如果從計劃修過渡到狀態(tài)修，如何全面自動化獲取設(shè)備的狀態(tài)。另一方面，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，如何確保設(shè)備的冗余功能完全滿足運(yùn)維要求。根據(jù)此思路，對當(dāng)下的地鐵車輛及其維護(hù)管理進(jìn)行全面分析。

1.1 設(shè)備監(jiān)測手段有限

按照傳統(tǒng)的專業(yè)劃分方法，列車主要劃分為電氣系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)目前主要實現(xiàn)了電氣化控制、存儲功能，但系統(tǒng)的自診斷監(jiān)測功能仍然不夠。例如，對于關(guān)鍵列車線沒有實時監(jiān)測，仍然依賴作業(yè)人員定期檢測對線路的電阻測量；對于列車的繼電器檢查，也依賴作業(yè)人員定期對繼電器的接通電阻進(jìn)行測量。機(jī)械系統(tǒng)現(xiàn)階段的監(jiān)測裝置主要集中在旋轉(zhuǎn)部件的軸承振動監(jiān)測，如圖1所示，對于關(guān)鍵部件的應(yīng)力監(jiān)測、疲勞監(jiān)測、壽命監(jiān)測仍比較缺乏。

1.2 關(guān)鍵設(shè)備的冗余度較低

目前，列車的蓄電池、輔助系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)和制動系統(tǒng)都具有一定的冗余性，但仍然存在很多咽喉設(shè)備沒有冗余功能，成為地鐵列車運(yùn)行重大隱患點。

例如，列車線是110V系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，但整車的列車線基本沒有冗余，尤其是關(guān)鍵列車線。如牽引列車線、制動列車線貫穿整車，途徑多個車鉤連接點，一旦某個車鉤連接點出現(xiàn)異常，將造成列車緊制或無法動車，給地鐵運(yùn)營帶來較大影響。

圖1 走行部車載故障診斷系統(tǒng)總體圖

1.3 列車子系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)未接入數(shù)據(jù)平臺

地鐵列車智慧化，離不開列車數(shù)據(jù)智慧化處理，數(shù)據(jù)是智慧化分析系統(tǒng)的基本要素。

目前，部分列車已布置了IP維護(hù)網(wǎng)，列車的狀態(tài)數(shù)據(jù)已逐步同步到云端，為后續(xù)分析處理提供了處理基礎(chǔ)。但是，部分底層環(huán)境數(shù)據(jù)仍留在列車本地，成為大數(shù)據(jù)分析的瓶頸。例如，廣播系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、車門系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)僅僅存儲在本地的記錄，云端僅能接收到系統(tǒng)的診斷結(jié)果數(shù)據(jù)。如此一來，一旦出現(xiàn)出門故障，缺乏環(huán)境數(shù)據(jù)，依然依賴檢修人員到現(xiàn)場下載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.4 列車檢修自動化程度低

列車智慧化發(fā)展，一方面要求列車本身變得更智能，列車能自動生產(chǎn)數(shù)據(jù)；另一方面，與列車關(guān)聯(lián)的維修業(yè)務(wù)也需要生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

目前，檢修所使用的工器具尚未完成更新迭代，不具備數(shù)據(jù)通信功能，缺乏數(shù)據(jù)交互能力。數(shù)據(jù)源頭依靠業(yè)務(wù)人員手工輸入，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)自動化采集率低。車輛智慧化，離不開檢修的工器具革命。同時，列車檢修是一項高度重復(fù)的工作，這與人追求新鮮事物的天性存在一定的矛盾，人力成本逐年上升。因此，人員應(yīng)朝精簡方向發(fā)展，重復(fù)的工作需向自動化發(fā)展。

2 發(fā)展趨勢

2.1 列車咽喉設(shè)備冗余度提高

檢視列車可知，列車的通信網(wǎng)絡(luò)、110V供電系統(tǒng)仍然存在咽喉區(qū)。以列車通信網(wǎng)絡(luò)為例，如圖2所示，列車通信網(wǎng)絡(luò)盡管采用了雙通道傳輸，但雙通道的硬線均集成在同一個車鉤插頭上，一旦插頭出現(xiàn)問題，網(wǎng)絡(luò)的冗余功能將失效。

未來，在無線通信技術(shù)的安全性以及抗干擾性進(jìn)一步發(fā)展成熟后，可以借助無線通信技術(shù)，在列車傳輸介質(zhì)方面，為列車通信提供冗余的條件。

圖2 列車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.2 列車子系統(tǒng)更智能

智能運(yùn)維平臺是一個面向業(yè)務(wù)的平臺，對于列車級以下的設(shè)備無法專業(yè)判斷設(shè)備的健康水平，無法判斷設(shè)備的壽命情況，因此，智能運(yùn)維平臺是一個綜合平臺。它的任務(wù)是完成中央級的任務(wù)、收集各子系統(tǒng)設(shè)備的信息。

對于列車級以下的子設(shè)備，如牽引電機(jī)、轉(zhuǎn)向架的全生命周期維護(hù)監(jiān)測，應(yīng)由子級的設(shè)備管理平臺進(jìn)行監(jiān)測、診斷。

未來，子系統(tǒng)的供貨商應(yīng)將設(shè)備的可靠性分析，將理論搬到列車上，實時利用自身的監(jiān)測數(shù)據(jù)，自主分析設(shè)備的健康狀態(tài)。

2.3 專業(yè)維護(hù)系統(tǒng)上線

列車檢修維護(hù)，跟工廠的流水線生產(chǎn)具有一定的相似性。但目前，維修的電子化、信息化程度較低。未來，在檢修計劃安排、檢修要素準(zhǔn)備等方面，不再需要設(shè)備技術(shù)管理人員干預(yù)，而是由專業(yè)維護(hù)系統(tǒng)驅(qū)動。

2.4 大型綜合管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生

地鐵列車智慧化發(fā)展，涉及列車自身狀態(tài)透明化、檢修計劃自動化、檢修過程信息化、檢修要素準(zhǔn)備自動化等。

車輛檢修是一個龐大的系統(tǒng)，涉及調(diào)度員、技術(shù)工程師、檢修班組，涉及檢修計劃、要求的流轉(zhuǎn)，需要朝智慧化發(fā)展，減少人的干預(yù)。因此，必然存在多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)并行發(fā)展的趨勢。

智慧化發(fā)展，意味著業(yè)務(wù)流程信息化程度越來越高，必然需要進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)自動化采集能力。同時，打通各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交流，減少人工手工錄入，也是智慧化發(fā)展的要求。因此，也必然催生服務(wù)于業(yè)務(wù)系統(tǒng)整合的大系統(tǒng)，系統(tǒng)框架如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)框架

3 結(jié)語

本文根據(jù)中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要，分析當(dāng)前地鐵列車設(shè)備以及列車檢修業(yè)務(wù)存在的不足，提出列車設(shè)備以及智能維護(hù)系統(tǒng)建設(shè)未來提升的方向，為城市軌道車輛智慧化發(fā)展提供參考思路。