PRT車輛維保管理系統研究及應用

鄧心宇

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

1 PRT系統介紹

PRT系統是一種由小型車輛及其專用走行線路所組成的自動化小運量交通系統，可作為機場、碼頭間的客運交通線路，連接大城市和衛星城之間的交通線路，也可作為城市風景觀光游覽線的交通干線。PRT車輛外形尺寸及結構與一般家用車輛類似，采用通用橡膠輪胎。PRT車輛在正線運行時采用自動駕駛方式，由中央控制系統集中控制調度。

2 軌道交通及汽車車輛維保管理系統現狀

PRT系統是一種新型交通系統，缺乏成熟的應用案例和維保經驗。PRT車輛結合了軌道交通車輛和一般汽車車輛兩者的特點。一方面，PRT屬于擁有專用路權的公共交通，使用場景和軌道交通類似；另一方面，PRT車輛的機械、電氣結構和原理與一般汽車車輛類似。為了給PRT這種新型交通系統車輛提供維保經驗，本文對城市軌道交通及汽車車輛既有的維保管理系統進行了調研。

2.1 軌道交通車輛維保管理系統

近年來，我國軌道交通行業發展迅猛，積攢了大量運營維保經驗，軌道交通車輛的維護保養通常采用計劃修與故障修結合的方式，并以計劃修為主，故障修為輔。國內多家軌道交通行業供應商對用于指導車輛維保檢修的管理系統進行了研發，該管理系統一般與軌道交通車輛有一定的數據接口，可實現對軌道交通車輛的健康狀況進行檢測、預測和管理，可根據計劃修規程規范排定檢修維保班組及計劃，提高車輛檢修效率[1]。

2.2 汽車車輛維保管理系統

汽車車輛維保思路與軌道交通車輛大相徑庭，這是由于汽車車輛多為私人駕駛，車況受各車主駕駛習慣、駕駛時長等影響各不相同，無法簡單地依據相對固定的指標對車輛進行維保。故汽車車輛的維保管理系統更依賴于車輛本身裝載的各類診斷裝置，通過診斷裝置獲取車輛上各測量裝置、傳感器的信息，為車主及4S店提供維修保養建議[2]。

2.3 優缺點分析

現有的軌道交通及汽車車輛維保管理系統存在以下不足。

2.3.1 軌道交通車輛

（1）軌道交通車輛結構、子系統龐雜，且各核心部件由不同的供應商提供，核心技術由不同的供應商掌握，收集測量各部件的健康監測信息是很好的想法，但實際中卻難以實施。（2）軌道交通車輛的健康自檢與車輛段（基地）的工作安排結合不好。車輛段（基地）內維保人員的作業計劃、工作安排仍舊基于車輛計劃修的修程修制，車輛部件的健康監測信息對維保工作計劃的安排指導意義不大，沒有突破傳統計劃修的理念。（3）軌道交通車輛維保系統并未考慮維保過程、物資配送等方面，管理上未形成有效閉環。

2.3.2 汽車車輛

（1）現有汽車車輛的維保系統著重于在車上安裝各類診斷裝置，獲取檢測數據，提出維保建議。但這種依靠自檢的方式獲取故障信息，存在部分故障未能提前被診斷或被發現的風險，一旦檢測出故障，可能已經發生安全問題。（2）汽車車輛維保系統同樣未對維保過程、物資配送等工作環節進行管理。

綜上所述，軌道交通車輛的維保基于車輛的修程修制，采用的是計劃修的思路；汽車車輛的維保主要基于車輛部件的診斷，計劃性較弱，采用的是故障修的思路。現有的軌道交通車輛及汽車車輛的維保系統在維保過程管理、物資配送管理方面有所欠缺，PRT車輛結合了兩種車輛的特點，以上任一現有的維保系統在PRT車輛上都不能直接套用。

3 PRT車輛維保管理系統設計構想

一方面，PRT車輛在使用場景、工況上與軌道交通車輛相近，有條件制定相對固定的修程修制，作為PRT車輛維保計劃修的基礎；另一方面，PRT車輛在車輛組成、結構上與汽車車輛相近，且車輛裝載各類傳感器及診斷裝置，可為PRT車輛維保提供更多的信息，有條件基于此探索PRT車輛狀態修的可能性。

本文基于以下思路對PRT車輛維保管理系統進行設計：（1）通過對既有PRT項目的調研，制定PRT車輛專用的修程修制。（2）PRT車輛維保管理系統通過數據通信獲取PRT車輛的實時健康監測信息，與修程修制相結合，通過車輛及部件履歷管理、物資配送管理、維保過程管理等方面實現對PRT車輛維保的閉環管理。（3）通過車輛及部件的基礎履歷錄入及日常維保過程中的數據積累，逐步形成針對PRT車輛維保的大數據庫。通過對大數據庫的數據分析，反哺、指導PRT車輛維保工作，優化PRT車輛的修程修制。

4 PRT車輛維保管理系統構成

4.1 系統結構及內部關系

PRT車輛的維保管理系統包含以下幾個子系統功能模塊：車輛修程修制管理、車輛關鍵設備監控管理、車輛及部件履歷管理、物資配送管理、維保過程管理及大數據分析管理。以上各子系統之間的結構關系如圖1所示。

圖1 各子系統之間關系圖

4.2 子系統功能

4.2.1 車輛修程修制管理

結合對既有PRT項目車輛維保情況的調研，PRT車輛專用的修程修制擬定如表1所示。

表1 擬定的PRT車輛專用修程修制

4.2.2 車輛關鍵設備監控管理

PRT車輛的VCU（車輛控制單元）從各傳感器、驅動電機、轉向電機、車門控制器等重要部件獲取設備的實時運行數據，通過覆蓋PRT線路的無線局域網將所有數據傳輸給后臺的車輛維保管理系統。

4.2.3 車輛及部件履歷管理

該子系統主要提供車輛、部件基礎履歷信息的錄入、更新、查詢和相關信息的統計功能，并可根據PRT車輛配屬信息進行分類統計及查詢。統計信息包含以下幾方面：（1）車輛基礎履歷信息：包含生產日期、生產廠家、基本參數、走行公里等。（2）重要部件履歷信息：包含部件編碼、類型、生產廠家、生產日期、使用時長、上下車記錄、出入庫記錄及維修記錄等。（3）車輛維保記錄：包含車輛維修修程、對應檢修人員信息等。（4）車輛故障記錄。

以上履歷信息中有些為基礎履歷，如車輛生產日期、基本參數等；有些為動態履歷，如車輛走行公里、部件上下車記錄等。動態履歷數據在運維過程中發生更新，系統將進行記錄，通過該系統可以進行查詢、統計。每輛車及每個重要部件都將作為獨立的履歷管理對象進行針對性的履歷管理。

由于投入運營的時間不同，各批次車輛的履歷信息會有明顯差異；而隨著運營時間不斷增加，即使是同一批次的車輛，在走行公里、運營時間上的差異也將越來越明顯，故需針對每輛車進行獨立的履歷管理。PRT車輛履歷更新及部件上下車的流程示意圖如圖2所示。

圖2 PRT車輛履歷更新及部件上下車流程示意圖

4.2.4 物資配送管理

該子系統主要提供物資基礎數據管理、倉庫管理和采購計劃管理功能。

在上述車輛部件上下車中，涉及對物資配送的管理。用于更換的車輛的備品備件及易損易耗件統一存放于倉庫內，當車上設備需要更換時，更換下來的設備掃碼登記進入倉庫，根據設備的實際情況選擇返廠修理或直接報廢；需安裝上車的設備通過掃碼登記出庫。當某物件的庫存較少時，系統將發出警報，提醒工作人員及時采購相關物料，以確保生產經營活動高效有序進行，PRT生產過程中不會出現物資供應不足的問題。

系統還提供采購計劃功能，包括需求清單、詢價、采購計劃一系列采購管理流程。

4.2.5 維保過程管理

該子系統主要包含作業計劃管理、作業過程卡控、作業質量卡控以及作業人員管理綜合分析幾個方面。

由于車輛修程修制、維保人員崗位及分工、計劃修的維保流程基本是固定的，故系統可根據修程修制自動生成作業計劃，可根據人員分工和各修程的維保工作量自動生成作業工單，下發至個人，完成對作業計劃的管理。系統也可以根據臨時作業需要，填報臨時作業工單，下達至作業人員。車輛在運行過程中或檢修過程中發現了故障，系統將進入故障修的管理流程，對故障、涉及部件進行登記。對故障進行維修、處理后，將對車輛進行全面檢查，經過試驗驗證故障不再存在，系統再進行故障銷項登記，完成故障修的流程。完成故障修后的車輛重新投入運營，并重新計算計劃修的修程。

在各項維保作業開始前和完成后，工作人員在系統中進行登錄和登出，系統將記錄本次作業的時間和人員信息。在作業過程中，對于關鍵維保步驟，系統可提供作業指導。作業人員完成關鍵維保步驟后，將關鍵信息、照片上傳至系統，形成作業記錄。其他作業人員可通過系統對作業記錄進行復核、簽字，達到作業過程及作業質量卡控的效果。系統將針對性地給各崗位的工作人員賦予系統權限，各工作人員將無法在系統中做超越其權限的工作，保證了管理的嚴謹性。

通過以上對作業工單、過程卡控、質量卡控的管理，可全面地對作業人員的工作量、完成度進行統計，從而達到對作業班組和員工個人進行績效考核與能力評估的目的。維保過程管理子系統流程圖如圖3所示。

圖3 維保過程管理子系統流程圖

4.2.6 大數據分析管理

通過以上三個子系統的管理，完成車輛及其部件的履歷錄入以及維保過程中的數據累積，形成專用于PRT維保的大數據庫。對大數據庫中的各類故障信息進行分析統計，按故障類型、部件類型、維修人員相關性分析、部件廠商，分類統計重要部件常見故障，分析出故障率高的部件，故障產生原因、類別和解決措施，并制定維保方法。通過對故障進行閉環跟蹤和反饋，反哺產品設計和維保策略，逐步優化PRT的運維方式，降低PRT的運維費用。

對采購的新PRT車輛和修竣的PRT車輛進行質量檢查和驗收登記；結合PRT車輛運用情況，統計和分析不同采購來源和生產批次的PRT車輛質量總體情況，總結PRT車輛應用、檢修的相關規律，作為PRT車輛采購和供應商評估的依據。統計分析不同采購來源和生產批次的PRT車輛RAMS狀況，制定評價策略。結合平均無故障工作時間、平均維修時間、故障率、平均使用壽命等，綜合評價PRT質量。

4.3 系統數據傳輸流程

綜上所述，用于PRT車輛的維保管理系統數據傳輸流程圖如圖4所示。

圖4 PRT車輛維保管理系統數據傳輸流程圖

5 PRT車輛維保管理系統的應用

5.1 既有PRT系統中的應用

根據上述對PRT車輛維保管理系統的研究，本系統需要車輛履歷數據（包含基礎履歷和動態履歷）及故障信息的錄入，其中動態履歷及故障數據需由PRT系統向本系統提供并進行實時更新。根據調研情況，目前投入商業運營的希思羅機場PRT系統中不包含車輛維保管理系統，PRT車輛動態履歷信息均存儲在PRT控制系統內，通過PRT控制系統的開放接口，可獲取PRT車輛維保管理系統所需的動態履歷及故障數據。

針對PRT車輛維保管理系統對各類數據的實時性有不同要求，擬定的數據接口傳輸流程如圖5所示，依托該數據接口，PRT車輛維保管理系統可有效應用于既有的PRT系統。

圖5 PRT控制系統與PRT車輛維保管理系統間數據接口

5.2 未來PRT系統中的應用展望

根據上文的研究內容，可在未來PRT系統設計中考慮PRT車輛維保管理系統功能，提高系統集成度，將其與PRT控制系統融合，形成集調度、運營、維保于一體的PRT智能運維系統。

6 結語

目前，無人駕駛汽車在公共道路開放路權上的應用仍受制于技術、經濟、法規、倫理等多維度的影響，PRT系統是無人駕駛汽車與軌道交通的結合，具備一定的市場競爭力。本文通過對PRT車輛特點的剖析，結合軌道交通既有做法，提出了適用于PRT車輛的維保管理系統，有利于推動PRT系統的工程應用。