軌道交通車輛智能運(yùn)維技術(shù)狀態(tài)修分析

晉浩奇,陳平安,薛 鑫,肖 勇

中車株洲電力機(jī)車有限公司,湖南 株洲 412000

0 引言

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用,智能技術(shù)如當(dāng)初的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一樣,形成了類似于“互聯(lián)網(wǎng)+”的“智能+”的“萬(wàn)物智能”局面,智能機(jī)器人、智能穿戴、智能家居、智能汽車、智慧工廠、智能運(yùn)維等“智能+”產(chǎn)物層出不窮,智能運(yùn)維的應(yīng)用研究也百花齊放,各行各業(yè)都在與“智能”形成化學(xué)反應(yīng),以求通過(guò)技術(shù)革新提升產(chǎn)品綜合競(jìng)爭(zhēng)力,從而不會(huì)被市場(chǎng)淘汰。

隨著我國(guó)軌道交通車輛保有量的不斷激增,以計(jì)劃修為主要方式的運(yùn)維工作需要更多的人力、物力、財(cái)力投入,來(lái)保障車輛的正常運(yùn)行。而為了貫徹綠色、低碳、環(huán)保的新發(fā)展理念,軌道交通車輛運(yùn)維工作需要新的方式。軌道交通車輛是科技變革發(fā)展的典型代表,每一次科技變革都會(huì)對(duì)軌道交通車輛產(chǎn)生巨大的影響[1],同時(shí),軌道交通車輛從工業(yè)革命開始就一直是技術(shù)革新的排頭兵,是技術(shù)革新的重要代表之一,所以,在“智能+”時(shí)代,軌道交通車輛既不能缺席,更不能落后。“智慧+軌道交通車輛”的新方向給軌道交通車輛行業(yè)帶來(lái)了新的活力和發(fā)展機(jī)遇,是一次阻止熵增的技術(shù)革命實(shí)踐活動(dòng)。

智能技術(shù)的飛速發(fā)展,為軌道交通車輛的科技變革帶來(lái)了新機(jī)遇,當(dāng)然也包括智能運(yùn)維技術(shù)。智能運(yùn)維技術(shù)的出現(xiàn),從技術(shù)應(yīng)用的角度來(lái)看,其核心業(yè)務(wù)之一就是要把計(jì)劃修或一部分計(jì)劃修變成狀態(tài)修,以實(shí)現(xiàn)“普遍撒網(wǎng)”粗放型運(yùn)維向“重點(diǎn)抓魚”精準(zhǔn)型運(yùn)維轉(zhuǎn)變,進(jìn)而在運(yùn)維工作中貫徹和落實(shí)新發(fā)展理念。

為了實(shí)現(xiàn)這一變革,首先需要結(jié)合軌道車輛的實(shí)際情況,明確軌道交通車輛的狀態(tài)范疇和技術(shù)研究范疇。本文基于軌道交通車輛,以體現(xiàn)智能運(yùn)維技術(shù)重要應(yīng)用的狀態(tài)修為研究對(duì)象,明確軌道交通車輛狀態(tài)類型,從狀態(tài)可靠性和狀態(tài)失常影響2個(gè)維度出發(fā),提出狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概念及判斷依據(jù),并通過(guò)實(shí)例進(jìn)行狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)用分析,為軌道交通車輛各子系統(tǒng)在狀態(tài)修選擇上提供了一種創(chuàng)新性的理論指導(dǎo)。

1 狀態(tài)分類

智能運(yùn)維技術(shù)既然要驅(qū)使計(jì)劃修向狀態(tài)修轉(zhuǎn)變,首先應(yīng)該明確影響軌道交通車輛的狀態(tài)類型。車輛的狀態(tài)類型總體可分為結(jié)構(gòu)狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、安裝狀態(tài)、電氣狀態(tài)、通信狀態(tài)和其他狀態(tài),而每種狀態(tài)類型又包含多種不同的狀態(tài),如圖1所示。

圖1 軌道交通車輛狀態(tài)類型

軌道交通車輛是由許多功能不同的子系統(tǒng)組成,每種子系統(tǒng)的狀態(tài)類型和狀態(tài)異常導(dǎo)致的破壞對(duì)車輛的影響程度不同。如表1所示,列舉了軌道交通車輛一般情況下主要子系統(tǒng)狀態(tài)類型的可能情況。

表1 軌道交通車主要子系統(tǒng)狀態(tài)類型示例

2 狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)判斷分析

對(duì)于任何一個(gè)產(chǎn)品,它的狀態(tài)都是多方面的,目前既做不到對(duì)所有狀態(tài)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè),也沒(méi)必要對(duì)所有狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。所以,對(duì)各種狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的分析,才是狀態(tài)監(jiān)測(cè)的首要任務(wù)。

產(chǎn)品運(yùn)維的目的是為了保證功能正常而不發(fā)生失效狀態(tài)或者出現(xiàn)失效狀態(tài)能夠通過(guò)維修恢復(fù)正常。因此,研究智能運(yùn)維技術(shù)狀態(tài)修,就要明確哪些狀態(tài)需要監(jiān)測(cè),在此之前,需先明確產(chǎn)品狀態(tài)的可靠性以及狀態(tài)失常對(duì)車輛的影響程度。

1)狀態(tài)可靠性。產(chǎn)品的狀態(tài)可靠性一般可分為高可靠性狀態(tài)、中可靠性狀態(tài)和低可靠性狀態(tài)。

2)狀態(tài)失常影響。狀態(tài)失常一般會(huì)對(duì)車輛產(chǎn)生安全、運(yùn)行和舒適性3個(gè)方面的影響,這3個(gè)方面的影響程度從重到輕依次遞減。

綜上所述,一個(gè)狀態(tài)是否需要被監(jiān)測(cè)應(yīng)該以2個(gè)維度去考量,一是狀態(tài)的可靠性,二是狀態(tài)失常的影響程度。根據(jù)以上分析,引入狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的概念,即狀態(tài)被監(jiān)測(cè)的需求程度,為了分析狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn),建立了狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)矩陣,如表2所示。狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí),其中Ⅰ級(jí)最輕,Ⅳ級(jí)最重。

表2 狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)矩陣

2.2 狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用分析

通過(guò)狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)矩陣,可以初步判斷一個(gè)狀態(tài)是否需要被監(jiān)測(cè),然后結(jié)合綜合情況進(jìn)行分析,最終確定該狀態(tài)是否最終被監(jiān)測(cè)。下面舉例分析一些系統(tǒng)狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及監(jiān)測(cè)情況。

2.2.1 轉(zhuǎn)向架車輪

轉(zhuǎn)向架車輪作為與軌面接觸的車輛部件,其結(jié)構(gòu)狀態(tài)非常重要,影響著車輛的安全和運(yùn)行,不僅如此,車輪作為車輛運(yùn)行中的持續(xù)運(yùn)動(dòng)部件,經(jīng)常承受著來(lái)自外界的沖擊、車輛的振動(dòng),軌面的磨損等,導(dǎo)致車輛損傷、破裂、磨損等不良狀態(tài)的發(fā)生。雖然隨著科技的發(fā)展,車輪設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)具備相當(dāng)可靠的質(zhì)量,但是車輪的不良狀態(tài)仍有可能發(fā)生,發(fā)生后存在著影響車輛安全的風(fēng)險(xiǎn),因此,該狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別應(yīng)為Ⅲ級(jí)。但隨著轉(zhuǎn)向架車輪的探傷檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展應(yīng)用以及智能運(yùn)維的進(jìn)一步發(fā)展,更優(yōu)的車輪探傷檢測(cè)技術(shù)能夠?yàn)檐囕v的安全運(yùn)行更好地保駕護(hù)航。

2.2.2 車體結(jié)構(gòu)

車體結(jié)構(gòu)狀態(tài)雖然影響著車輛的安全和運(yùn)行,但是從設(shè)計(jì)驗(yàn)證和可靠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,車體結(jié)構(gòu)狀態(tài)失效導(dǎo)致的重大安全問(wèn)題是極不可能發(fā)生的,是高可靠性狀態(tài)的性能。所以,車體狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別應(yīng)該為Ⅰ級(jí)。如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)車體的監(jiān)測(cè)不僅需要對(duì)監(jiān)測(cè)手段提出更高的要求,同時(shí)要增加更多的傳感器和檢測(cè)設(shè)備,這必定會(huì)導(dǎo)致成本急劇增加和產(chǎn)品復(fù)雜化。因此,從分析上看,車體的結(jié)構(gòu)狀態(tài)目前不建議監(jiān)測(cè)。

2.2.3 車門的安裝狀態(tài)

車門的安裝狀態(tài)受車體變形和外力影響較大,根據(jù)車門安裝狀態(tài)情況,車門安裝狀態(tài)應(yīng)是中等可靠性狀態(tài),也有可能產(chǎn)生低可靠性的情況,而車門安裝狀態(tài)失常就會(huì)可能會(huì)導(dǎo)致車門功能失效,可能會(huì)影響列車運(yùn)行,該狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別為Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)。因此,可以通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)分析,盡可能地獲取車門的安裝狀態(tài),對(duì)影響列車運(yùn)行的車門安裝狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有研究意義。

2.2.4 內(nèi)部裝飾

內(nèi)裝作為車輛內(nèi)飾件,經(jīng)常與外界接觸,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不如車體那樣重要,相對(duì)其他零部件,出現(xiàn)損壞的概率較高,但是,這些結(jié)構(gòu)狀態(tài)都不可能造成車輛安全問(wèn)題或者列車無(wú)法運(yùn)行的情況,屬于Ⅰ級(jí)狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。一般情況下,內(nèi)裝問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)相對(duì)容易,對(duì)內(nèi)裝問(wèn)題的處理也簡(jiǎn)單直接,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理即可。所以,其狀態(tài)監(jiān)測(cè)一般不建議實(shí)施。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合軌道交通車輛的實(shí)際情況,分析了軌道交通車輛的狀態(tài)類型,并通過(guò)歸納總結(jié),將狀態(tài)類型進(jìn)行了一定的分類,為后續(xù)狀態(tài)修研究明確了狀態(tài)范疇。

本文在軌道交通車輛狀態(tài)范疇的基礎(chǔ)上,從狀態(tài)可靠性和狀態(tài)失常影響2個(gè)維度,科學(xué)地提出了狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)矩陣,根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)程度并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行了應(yīng)用分析,為指導(dǎo)軌道交通車輛智能運(yùn)維技術(shù)狀態(tài)修研究提供了一定的理論依據(jù)。

軌道交通車輛是一個(gè)大系統(tǒng),每個(gè)子系統(tǒng)都有其特有的功能和特點(diǎn),在研究和應(yīng)用智能運(yùn)維技術(shù)上要根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇研究?jī)?nèi)容,盲目的研究是沒(méi)有意義的。

智能運(yùn)維仍是軌道交通行業(yè)不斷探索和研究的領(lǐng)域,其發(fā)展還需要相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間,需要廣大從業(yè)者的共同努力。