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随着我国高速铁路和城市轨道交通运营规模的迅速扩大和“一带一路”战略的实施,轨道交通行业对于保障运营安全、提高服务质量及降低运营成本,开始显现巨大的刚性需求,轨道交通运维业务日益成为全行业关注的新焦点。这给轨道交通运维技术的创新提出了更高的要求,也给运维产业开辟了极其广阔的发展空间和良好的发展机遇。在这种环境下,轨道交通智能运维产业应运而生。

随着无锡地铁3、4号线紧锣密鼓的建设,不远的将来,无锡地铁将进入网络化运营时代,地铁运营里程将达到100km以上。未来无锡地铁将形成“8+1支”骨干线网格局,将与上位的高速(城际)铁路网、都市圈城际铁路网、市域(郊)快速轨道交通等形成层次分明、功能清晰、一体融合的轨道交通网络体系。在网络化运营规模迅速扩大的新形势下,行业内设备设施运维管理人员的大量增加和粗放的运维管理模式,使得运维成本居高不下,并保持上升态势。为改善地铁运维“苦脏累”岗位的现状,提高运维自动化水平,提升无锡地铁运维效率并降低成本,无锡地铁集团积极尝试并寻求新的运维模式,开展了一系列围绕智能运维的高质量发展重点专项课题研究。

最新进展

全生命周期检测维修平台研究:持续对平台前期暴露出的问题进行软件功能调整,新增了本年度新增的三项测试点位(EPS测温、电梯电流检测以及水泵液位检测),并就相关功能进行调整和测试。

设备设施维修方式研究:对第二阶段形成的成果就行梳理总结,形成项目初步总结材料,做好专家评审准备工作。

到岗维修管理:完成工班到岗维修模型搭建,持续推进工班试点。继续深化和完善系统功能需求书。

列车网络一体化研究:已基本完成列车各系统的故障注入性测试,筹备网络的一体化的装车试验

轨道综合检测小车:完成轨道、供电、结构等专业技术清单和技术规格书的撰写。

巡检机器人:已完成检修作业项点的梳理,为下一步研究做好准备。

设备房在线巡检:完成东亭站网线敷设,无锡火车站、人民医院站风水电值守间综合监控复示工作站调试。

一、全生命周期检测维修平台研究

以无锡地铁1号线三阳广场和南湖家园为试点站搭建平台,集成机电的通风、给排水、低压、自动扶梯以及自动化的BAS系统等业务内容。平台基于现有的综合监控光纤环网和核心交换机,实现对试点站的链路集成;借助成熟的OPC技术,实现对现场多样的设备和协议的生产数据采集;依照 “数据采集机+实时/历史数据服务器+应用服务器+工作站”的模块化架构,实现实时数据和历史数据的呈现和分析,同时提高系统稳定性,降低风险。该方案基于现有综合监控的系统架构,模块化逐步实施以保证稳定和可行性,采用整合方案,即:专业的实时/历史数据库平台,专门针对时序化数据进行管理、存储和应用,实现生产过程数据的长期管理、实时监控和数据分析服务,再与现有的图形工作站软件搭配使用或者开发独立的图形界面,将数据、报表、趋势等信息形象地呈现。

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通过分析处理生产数据,补充部分设备接口和监控需求,开放系统内部信息,并标识设备应有的状态和阈值,提前预警风险状态,从而形成面向设备系统维护管理部门的运维功能。平台客户端可远程获取设备实时运行状态和具体故障信息,有助于第一时间做出预判和响应;存储和分析生产数据,用于设备维护周期和全寿命周期的研究;所呈现的系统内部信息,加深维护人员对系统的认识;通过科学的数据统计分析,积累设备维护经验,可为相关专业的“回头看”及“新线提资”提供数据支持。

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该平台实现了“生产数据”至“管理数据”的无缝转换,将有助于机电设备及自动化系统的深层维护,缩短故障闭环周期,今后将更利于公司及专业合理安排人力和物力资源,提高专业管理的科学性和针对性.该平台也是对相关设备系统“生命周期”和“状态修”研究的一种尝试与实践。

二、设备设施维修方式研究

目前,国内轨道交通设备维修方式的选择主要依赖设备生产厂家所提供的技术指导文件以及行业内积累的主观经验,未考虑设备的实际工作环境和使用情况。随着城市轨道交通的快速发展,出现了设备维护管理薄弱、故障多样化和维修难以协同、维修成本和效率难以度量、定期维修少而故障维修多、精细化运营转型难等问题,使得现有城轨设备维修管理系统已经无法满足城市轨道交通运营管理的实际需求。本课题对城轨设备的维修策略优化开展深入研究,并通过实例对优化方案进行验证。相关研究成果可以为相关设备的维修策略优化提供理论支撑和应用参考。

研究内容

结合无锡地铁的实际情况,对无锡地铁设备设施状态修进行研究。具体研究内容包括:

(1)无锡地铁既有设备设施维修方式及策略的需求分析;

(2)轨道交通设备维修方式选择的研究:在设备设施有效度、维修方式、维修优化的目标分析等基础上,研究设备维修方式选择;

(3)轨道交通设备设施状态维修研究:基于无锡地铁既有设备设施使用现状,分析适用于状态修的设备设施,分析各类设备设施状态修所需要的条件,提出具有符合无锡地铁现状的合理及实用建议;

(4)轨道交通设备设施定期维修策略优化的研究:对适用定期维修策略的设备设施,结合故障数据、实际使用情况、维修的深度等研究其定期维修的周期及维修内容。

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三、列车网络一体化研究

列车控制网络是地铁车辆的重要组成部分,负责车辆制动、车门、牵引、空调、辅助供电等诸多系统的控制、诊断和监视。

随着列车控制网络应用的不断扩展,以及列车诊断数据的不断增多,同时乘客及相关技术人员均对列车控制网络系统提出了新的需求,这些新应用都需要列车网络系统具有较高的实时性和较好的可维护性。而传统的MVB列车网络控制技术无法满足上述要求,这就迫切需要一种新的列车控制网络技术的诞生。

庞巴迪公司给了我们一个很好的启发,该公司设计出了一列把以太网作为列车控制和维护的网络的列车,首次将所有车载智能设备集成到了完全以以太网作为列车通信网络的控制系统上。以太网逐渐走进我们的视线中。以太网成本相对较低,可靠性方面性能突出,以太网技术开放性较好,能够与其他技术联合应用,不会产生较多冲突。运用以太网作为列车的控制网络是一个很好的解决方案。

近年来,随着以太网技术的不断发展,其通信速率已从10Mb/s、100Mb/s提高到如今的1000Mb/s、10Gb/s甚至更大,以太网带宽完全满足列车控制网络对带宽的需求。再加之以太网具有成本低、组网容易、资源共享能力强等优势,于是以太网技术能够更广泛的应用到列车控制网络中。

网路一体化将原有的基于MVB总线的列车控制与诊断网络、以太网维护网络以及乘客信息网络融合成一张基于实时以太网网的列车控制诊断与列车信息网络,将TCMS原有的MVB中继器、二层非网管交换机,PIS的二层网管交换机,替换成了更高性能的二层网管交换机以及三层网管交换机,有效的提高了设备的集成度,减少了列车数据电缆布线,减少了设备与总线的种类,从而减少备品备件的种类与数量,同时网络通信制式的统一也给维护带了方便,在维护维修时不用再区分是哪种总线的问题。此外扩展简单化,采用标准工业以太网接口,任意增删设备直接通过交换机接口进行增删,无需通过额外的网关设备或者改变原有的线路结构。

在基于一体化承载网高速服务的情况下,列车能实现精细化诊断(获取子系统更多的底层传感器的原始数据及诊断数据),并将所有车载数据上传至地面服务系统(智能运维系统),并由地面服务系统实现故障分析、数据统计以及故障预测等服务,对列车的智能运营与智能维护提供精准的决策支持,从而有效提高列车的利用率,降低列车的在线故障率,并能提高维护效率,从而现实维护成本的降低。

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四、到岗维修管理

随着地铁线路的不断增加,点多面广。随着城市土地的节约化管理,未来地铁物资管理将由仓储中心向仓储物流中心转变,物资配送地位会更加凸显。

目前地铁物资配送过程中,由于仓储作业为长白班制,生产部门作业方式为24小时倒班制度。在物资配送前,过程中,配送需耗费大量的时间沟通及等待物资接收人员完成交接,特别是部分生产部门人员上夜班完成为了接收物资也需要耗费时间来等待物资配送。同时在车间、工班的工器具管理过程中,工器具管理现有的模式借用人员需到保管人员那里签字登记,在使用完后需到登记台账上关闭流程,程序繁琐,需专人专管。工器具管理必须依靠保管人的责任心、业务技能,才能确保工器具有效管理,保证工器具的账实相符问题。

为确保物资交接的严谨性,减少工器具管理的繁琐流程,实现物资配送快捷、方便等功能;工器具管理借用、归还的智能化管理;通过RFID实现对公司重点物资的监管功能。同时为未来线网下的物资管理模式迈出坚实的第一步,深化地铁行业仓储管理的功能,开发出适应地铁行业仓储管理的系统,强化仓储物资的现场监管功能,为地铁物流的应用打造初步的设施基础。

项目将规划解决当前主要的配送问题和工器具管理问题,实现对公司重点物资的监管功能以及工器具的智能化管理,在此基础上扩展业务功能,加入移动端、人脸识别、RFID等辅助功能,结合相应的业务管理模式进行系统设备的适应性研究设计,并加以实验性应用。

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五、轨道综合检测小车

在地铁运营过程中,设备维护部门需通过一系列的检测手段对相关设备各项参数、指标进行周期性(周检、月检、年检)检测,以准确评判设备状态,科学、合理的组织设备养护维修。当前城市轨道交通的检测方式大多数仍采用较为传统的人工或人工加手持仪器的检测方式。传统的检测方式不光效率低下,且劳动强度大,存在一定的漏检、误检。因此开展无锡地铁自走行式综合检测小车课题探究,将统的人工或人工加手持仪器的检测方式转化为自走行式综合检测小车,提高检修效率,降低劳动强度,对保证无锡地铁安全运行具有重要的经济意义和社会意义。

在根据现场轨道、接触轨等专业区间巡检项目及内容,研究其中可用机械和智能手段代替人工检查的可能性的过程中,借鉴于目前已由京港地铁、广州地铁、南京地铁、上海地铁等多家地铁单位装备使用的自走行式探伤小车平台,采用对市场上已有的轨道检测模块、轨道零配件检查模块与接触轨检测模块,基于小车平台进行集成式整合,开展自走行式综合检测小车课题。

六、巡检机器人

随着地铁线路、规模不断的扩大,车型逐渐增多,列车开行调整及调配日益频繁,这对列车运用检修的生产组织、技术管理、安全质量控制等工作提出了更高的要求。另一方面,随着计算机技术和通讯技术的发展,基于视频识别、音频识别的计算机识别算法日益成熟与普及。在目前的技术条件下,以合理的成本可以获得与人工相同甚至更优的效能。因此如何通过先进的检修手段来提高检修质量,确保地铁车辆各类设施的正常工作,是本课题研究的目的。

电客车车辆结构复杂,作业部件不统一,对机器人全列车操作作业要求极高,目前轨道交通行业仍无机器人操作先例,因此对于车底吹扫清洁作业、螺栓清洁拆装目前仍未寻找到合适的可行性代替方式。

对车底无电检查,尺寸测量等工作可通过自主移动机器人平台结合图像识别处理技术,对车底关键检修点及所需测量项点进行精确成像,智能判断车底关键部件异常状态及测量尺寸情况。采用智能机器人技术、自主导航技术、高清光学成像技术、深度学习算法等前沿技术,高效解决人工作业存在的高风险、易疲劳、效率低等问题。

检修运作模式

目前日检常规作业分为车底无电作业、车上有电作业、其他临时性事务。因无锡采用三轨受电方式,在列车全部回库后,需全场断电一次进行车底无电检查,车上有电检查之前需全场送电一次。各阶段情况如下:

(1)车底无电作业包括车底目视作业检查及车辆两侧外观检查,大致作业时间为70min。

(2)车上有电作业包括车上有电检查、功能性测试,大致作业时间为60min。

(3)全场断送电两次,大致作业时间为80min。

(4)其他临时性事务包括车辆数据下载分析查看、日常故障修、普查整改、临时配合作业(广告上画、下载PIS视频、保洁验收)等,具体视生产合理安排。

均衡修分为12个子修程,检查部分较为脏苦累部分为车底无电检查与部件尺寸测量。作业较为繁重,且工作环境较为恶劣,尤其在酷热天气,员工负担尤为沉重。

作业痛点

1. 日检痛点

(1)检修作业时间多在凌晨,身体容易疲劳,地沟闷热夏季易出现中暑情况,长期大负荷工作对责任心、精神及身体状态影响大。

(2)地铁车辆结构复杂,细小部件数量多,检修作业量大作业时间短,且由于夜间作业,检修作业会出现遗漏情况,质量无法得到保障。

(3)集中断送电面临着较大的安全把控压力。

2. 均衡修痛点

(1)检修作业劳动强度高,需要人员具有较高的技能水平,部分测量工具在使用过程中搬运较为困难。

(2)部分工作重复且耗时较长,工作量巨大,且有些作业受到作业位置和高温严寒影响,给检修人员带来极大不舒适感。

研究意义

(1)减轻工作负荷。通过机器代替人工,明显改善员工的作业环境,把员工从脏苦累的工作中解放出来,提高员工幸福感

(2)提高工作质量。列车智能检修设备可以年复一年日复一日地认真检修,完全实现7 * 24小时检修,无休息、生病时间。没有人工方式可能出现的漏检,更没有因为检修人员情绪的变化导致工作质量的变化。

(3)降低维修成本。通过使用地铁列车智能检修设备后,可以将日检人员大大减少,可合理优化人员配置,节省人力成本。

(4)增强安全把控。由于地铁列车三轨受流的特殊环境,作业人员需要频繁的断送电,穿戴各类防护用具,始终处在高压危险环境下工作,而智能检修设备无需担心此类问题,可在各种复杂环境下工作,人员只需要在安全环境下远程操作即可。

(5)增加健康管理。通过对检修数据一段时间的积累,可以统计出各种维度与关注点的统计数据,实现安全运营、科学管理、资源最大利用目标。

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七、设备房在线巡检

目前,无锡地铁机电、自动化设备房主要采用人工巡检为主,在线巡检为辅的方式进行日常检查,其中人工巡检包括设备房消防、环境、设备物理外观巡查以及对未实现在线监测的设备参数进行检查记录,在线巡检主要包括对已实现在线监测设备的电流、电压、功率、温度、运行状态等异常参数或状态的巡查。

本课题主要工作有以下两个方面,一是评估整合现阶段设备房人工巡检内容,减少机械性巡检工作量,以达到优化设备房巡检周期、提高巡检效率的目的,二是梳理设备房在线巡检需求,在现有设备在线监测功能的基础上,通过试点改造进行二次开发及功能补强,以提升设备房巡检效率及故障处置及时性,最终达到优化设备房巡检管理体系的目的。

本课题旨在通过研究优化现阶段机电、自动化设备房巡检模式,将线下巡检为主,在线巡检为辅的设备房巡检现状优化调整为线下线下巡检与在线巡检并重的模式,以减少机械性人工巡检工作量,达到提高巡检效率,优化资源配置的目的。

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总结

目前,国内轨道交通已进入高速黄金建设期和安全运维期,但是行业内各轨道交通由于建设进程不同,对智能运维业务的认识也存在较大差异。要打造完善的轨道交通智能运维产业体系,需要整个产业链中的各方携手合作,共同推动智能运维业务的进步。轨道交通的急速发展给轨道交通运维市场带来了广阔的前景,但目前轨道建设和运维管理尚未高效化、信息化和智能化。面对轨道交通运维智能化这一大趋势,只有提前布局、提前研究,才能更好地适应发展的需要。