东莞地铁车辆信息化与智能化运维探索

GXF360 2019-09-21

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0 引言

近5年来，信息技术发展迅猛，城市轨道交通行业车辆运维亦顺应趋势，逐渐引入信息化、智能化、自动化的设备与手段，使检修维护数据更精确、故障定位更及时、检修流程更快捷。东莞地铁2号线采用120 km/h B型车，平均站间距2.631 km，国内同类车型成熟运营经验少，车辆公里数上升过快，运维面临较大压力。运营公司统一部署的资产一体化及设备维修维护信息化系统，仅能在流程上满足车辆检修的日常操作需求，目前存在深度维修不足、物资成本统计与管控涉及不深的问题。同时，现有车辆检修检测手段也过于单一，效率不高。

对于未成线网的东莞地铁来说，因为投资与收效不成正比，不宜系统性开展信息化与智能化运维改造升级。但行业信息化创新不能停滞，依靠自我开发、与合作方共同研发2种方式，在4个迫切需求的细分领域，寻找分散性小规模应用信息化与智能化手段的可能性。研究探索期间应给予试错机会，评估效果，以点带面。

1 细分领域

1.1 关键部位状态智能监测

弓网、轮轨关系关乎车辆行车安全，目前业内车载受电弓动态监测系统及轮对在线安全监测系统应用广泛。蓄电池单体内阻、温度、电压等参数能直观反映蓄电池状态，因此蓄电池在线监测系统也被引进试装。

为解决列车无法开展车顶状态日常检查的困境，提升车辆日检时员工的检查效率，东莞地铁运营单位与合作方创新研发车体360°全车检测系统。

1.2 检修故障大数据

车辆运营单位修程制定的依据来自于车辆每个系统的质量表现，质量表现又依赖于故障数据统计，因此大数据的应用是必然。在设备维修维护信息化系统尚未成形前，主要利用EXCEL服务器及SQL数据库进行简易故障数据管理，而在引入信息化系统后，原数据管理方法被融入新的系统当中。

1.3 架大修生产管理与设备物联网

车辆架大修与日常维护有本质区别，属于典型流水线拆装工序作业，须严控生产节拍、物料消耗与工序质量，所以引进车辆架修云平台，对架修生产、质检、物资统一管控。

架大修设备种类繁多且相对独立，引进车辆线网基地架修设备智能管理系统，以物联网形式，将所有架修设备的检修数据进行智能汇总与分析。

1.4 设备与物资管理

设备与物资管理要实现信息化与智能化，二维码与云服务器是基础。东莞地铁搭建车辆相关物资的二维码体系，为每件设备、工器具、物资制作“身份证”，同时也为推行车辆二级仓库无人化值守提供媒介支撑，并尝试与合作单位共同开发无人仓库管理系统。

3.老年教育需求与供给发展不平衡。与会专家就当前我国老年教育供给不足问题达成共识：我国老年教育需求旺盛，但供给严重不足；老年学历教育存在着一定的社会需求，但从总体上看，供给严重不足。据不完全统计，目前全国共有老年教育机构约6.3万个，老年学员1000万人，在学人数约占老龄人口总数的4%。实践表明，无论是从老龄人口基数还是从满足人民群众日益对美好生活的需求看，老年教育的供给严重不足。由于体制机制、资源配置、服务模式等方面存在的问题，也导致了老年大学“一座难求”的现象十分普遍。老年教育事业方兴未艾。

2 实践过程与效果

2.1 在线监测系统

2.1.1 受电弓动态监测系统

地西泮(Diazepam纯度99.4%)、甲硝唑(Metronidazole，MNZ纯度99.9%)、地美硝唑(Dimetridazole，DMZ纯度99.9%)、洛硝哒唑(Ronidazole纯度99%)、羟甲基甲硝咪唑(HMMNI纯度99%)和羟基甲硝唑(MNZOH纯度99.4%)。

为了研究各因子之间的相关性，选取智慧城市市民抱怨(F1)、智慧城市感知质量(F2)、智慧城市预期(F5)和智慧城市市民满意度(S)作为内生潜变量，智慧城市感知价值(F3)和智慧城市发展水平(F4)作为外生潜变量，根据理论假设，构建结构方程模型如图1所示。

受电弓动态监测系统是业内已广泛应用的成熟技术，东莞地铁采用的系统利用200万像素25帧/s成像技术捕捉弓网运动，具有视频采集、离线拉弧检测、高温异常点检测、受电弓电流实时采集、数据分析与报警功能，报警界面如图1所示。现已装车1列，数据报告与报警提示准确直观，应用效果佳，可以准确定位弓网关系异常位置，直接替代接触网周期性热滑。但系统的优势在于监测弓网关系，对于每台受电弓的状态无法一一监测。

实验条件：笔者粗知对联知识，曾做过尝试，2008年2月拙作《对联教学初探》发表在《语文报·教师版》。学生在课本中接触过对联，在生活中耳闻目染，并不陌生，所欠缺的是花时间去实践尝试。

图1 报警界面

2.1.2 轮对在线安全监测系统

东莞地铁2号线配置的轮对在线安全监测系统是利用多线激光技术，提取轮对3D形状和2D擦伤面图像，产生25组可供分析对比数据，具有轮对外形尺寸（轮缘厚度、高度、轮对内侧距、Qr值、轮径差）自动检测、轮对擦伤检测、轴温测量等功能，并首次应用于40～50 km/h的中速监测工况，其准确性与稳定性需要数据积累和时间检验。

2.1.3 蓄电池在线监测系统

铅酸蓄电池组由52节单体组成，1节单体失效就有可能引发全组蓄电池失效甚至燃烧爆炸，所以必须加密蓄电池的检查频次。人工检查的效率极低，加装蓄电池在线监测系统是可行方案，实时监测单节电池电压、温度、内阻和总电压、电流，根据设定的参数门槛值，提示报警并记录数据。通过将近1年的试用，对比系统检测与人工检测结果如下。

第三，物流保鲜技术面临挑战。众所周知，特色农产品的保鲜期较短，如果想实现长距离的运输，在保证新鲜、安全的前提下，最重要的就是物流保鲜技术。但是从现状看，该技术还存在一定问题，技术较为单一，运输效率慢。应加快物流保鲜技术的研发，将GPS技术、互联网技术、保鲜技术等进行融合，为消费者提供实时信息，保证农产品安全送达。

（1）整体电流参数偏差率8%，偏差值较小。单体电压参数偏差率介于0～1.57%之间，单体温度偏差率在20%内浮动，均存在较大偏差，测量精确度具有提升空间。

（2）单体内阻测量值误差率介于0～19.82%之间，偏差较大，主要因为系统采用小电流交流测量法以提高测量频率，但内阻作为最重要的监测指标，需实时监控变化趋势与异常状态，并辅以内阻仪进一步确诊。因此监测系统的内阻测量对于智能运维具有实际意义。

（3）整体试装效果表明，该系统的全车加装与新线普及具有现实作用，但前提须提升单体电压与温度的测量精确度。

2.2 车体360°全车检测系统

车体360°全车检测系统通过在检修库轨道垂直面4个方向安装基于机器视觉、红外线、激光等传感技术的检测装置，利用模式识别、特征匹配等数字图像处理技术，在车辆通过时自动检测车辆的外表故障、识别车底车顶异物及紧固件松动情况，实现不停车列检。

系统重点解决3方面问题：登顶检查车顶状态的繁琐前置工作、日检检查车顶状态条件不足、需耗费大量人力进行夜间重复性目视检查。

如，在教学中要求学生不迟到，教师就要提前到校。当然，学生迟到的时候，教师也需要问清楚原因，避免不分青红皂白就批评学生。如果就是要求学生按时完成作业，那么教师就需要按时批改完成作业。久而久之，教师的所作所为都会表现出来，教师用行动引导学生，用爱感化学生，可以让学生看到美好的教师的同时，效仿教师，成就美好的自己。

目前该系统处于东莞地铁与合作单位共同研发阶段，具有较为广泛的应用前景。应用初期可作为列检辅助手段，减少检修人员走动距离，主动进行车底与车顶关键部位异常报警，提升列检效率。成熟应用后可能颠覆车辆检修模式，取消夜间车辆外观列检，只保留车辆功能检查，甚至简化为故障维修，节约车辆维保费用中人力成本的20%。

施工技术人员在处理软土地基前，应当深入施工现场进行环境勘察，其具体勘察内容包括地形地貌、地质结构条件、地下水文情况等。再者，施工技术人员还需科学分析相关资料，以此作为优化施工方案的参考依据，完善基本内容。

2.3 故障数据管理系统

故障数据管理系统是在运营的特殊时期（公司信息化系统未成形前）由员工自行开发的特殊数据库系统，在运营初期发挥了极其重要的车辆数据支撑作用。系统基于Excel服务器和SQL数据库开发，采用C/S架构。核心功能包括：车辆故障信息管理（故障的填报、处理、遗留故障跟进、审核关闭、分级分类查看、统计分析）、规范故障填报及工作流、大数据层面故障统计分析（图2），为疑难重大故障提供持续性数据支撑。

截至2019年5月，系统收录故障报单8 050项，零部件更换报单2 760项，计划修记录报单5 758项。故障报单平均流转处理时间由10～15 min优化至4～8 min，周、月质量分析报表制作耗时由4～6 h优化为一键生成。

该软件系统是东莞地铁车辆信息化运维的最初尝试，但影响深远。目前，其功能已全部纳入公司设备维修维护系统并启用。

实验组中护理满意度为不满意、满意、很满意的患者分别为1例、3例、38例，护理满意度为97.62%，对照组中护理满意度为不满意、满意、很满意的患者分别为8例、10例、24例，护理满意度为80.95%，实验组和对照组患者护理满意度对比，差异有统计学意义（P＜0.05）。

2.4 车辆架修云平台

东莞地铁2号线于2018年8月开始首列车架修，为实现无纸化与信息化，车辆架修云平台项目的应用成为车辆信息化运维探索的中心任务。

图2 故障数据管理系统部分统计图

平台紧扣车辆架大修全链条，分别实现看板、计划、执行、质检、安全、项目、委外、交扣车、问题台账管理等功能（图3）。操作上划分出3大模块：现场业务操作、全貌图形看板、后台总体管控，分别适用于全体人员、系统管理者、一线作业人员。其中“现场业务操作”模块严格按固化架大修节点进行工作流转，不同节点由不同角色人员进行操作，延伸至6级生产工序，作业节点、工序由一线作业员工通过终端设备在线填写，系统自动监控生产进度（图4）。“全貌图形看板模块”的展示内容足够丰富，包括成本、进度、质量、甘特图、燃尽图、工位和员工贡献度看榜，为管理者提供决策依据，为作业人员提供进度总览与自我预警。

图3 架修云平台架构示意图

图4 生产计划固化与进度监控

2号线车辆架修首3列委外架修、后17列自主架修。委外架修期间，车辆运维部门负责对转向架、车体、车门等部件全程监修，所以云平台只管控上述部件系统的架修全过程、列车分解和总装调试环节，其余无法全程监修的委外修系统部件均列入部件委外项目管理。所以委外修阶段，架修云平台仅作为辅助生产管控工具进行培训和试用，合作研发单位提供现场技术支持，协助系统管理者进行后台设备管理、6级生产工序录入、物资信息录入等工作，确保2019年9月份车辆自主架修时全面启用云平台。

后续还将开发工位现场LED屏电子看板，让重要工位的生产信息一目了然，对于上级管理人员、现场质量巡视人员、参观人员都具有更直观的看板体验。

2.5 架大修基地智能运维应用

车辆架大修厂房有种类繁多的大中型设备，功能及生产厂家各异，无法互通，设备的检测数据只能形成独立报表。得益于物联网技术的兴起，线网综合基地的架大修厂房设备总集成商在设备设计制造和安装阶段，就为所有大型设备预留信息互联接口。实现信息互联可启用设备智能管理系统，将每台架修设备的架修检测数据上传收集到控制服务器，对多类型数据自动进行整理、归纳、分析，提出异常预警，形成统一报表。这些检测数据包括被修件的状态参数、故障点提取、架修设备信息、设备操作人员信息、过程信息、架修完成状态参数信息等，免除人工对数据的二次收集处理，待架大修设备安装完成后正式试用。

2.6 物资二维码

由于二维码具有强容错能力、信息容量大、编码范围广等优势，移动互联催生了二维码的广泛应用。在车辆运维中，二维码可以充当设备、工器具、物资的“身份标识”，通过扫码，可构建以下应用场景：

（1）场景1：获取设备、工器具、物资的基础信息、使用说明、维护指引、报修信息；

（2）场景2：记录及追溯设备、物资的流向、消耗、库存情况；

（3）场景3：实现无人值守二级仓库自助领料出库。

引入“简道云”应用实现场景1，为164个车辆段设备及工程车生成二维码，设定基本信息的基础字段，包括资产编码、资产名称、简要说明、图片、型号规格、品牌、技术负责人、维修负责人、操作持证人员、保修电话、操作说明等，如图5所示。这种应用实现简单，内容理论上可以无限扩展，具有推广性。

场景2和场景3是无人仓库的基础应用，下文将进行阐述。

2.7 无人仓库

地铁运营车辆的无人值守二级仓库，有2种设置流程：

他陪妻子去医院，诊断结果是假孕，他竟然是心里一块石头落了地。他拿到结果的那一刻就想走，想打电话给方晓倩，想下一秒就到她的城市，好像阳光又一点点回到世界里。妻子还在说着如何休养身体，努力要孩子，他看着医院里来来往往的人，思想早已跑远。

2.对分包商管理不到位。大量分包商存在挂靠问题，还有违规分包或超越资质承包工程的现象，许多分包工程现场管理资料不健全，从分包工程的现场交底到供应领料均未出现分包商名称和公章，部分单位未取得职业健康安全和环境管理体系认证，分包商对风险抵押金的缴纳不及时、不到位，不按规定办理意外伤害保险。

（1）领料人员向车辆调度借仓库钥匙→自行开门→根据物料位置指引（电子或纸质文档）找到所需物料→在摄像头监控下如实进行出库领用台账登记→锁门→归还钥匙→仓管员定期盘库并复核监控录像。

（1）桩59-X30井随着注采比的增加，地层平均压力不断增加，采出程度升高，但是含水率也不断升高。综合各项指标，认为注采比为0.965的方案最佳。此时对应的注水井井底压力应保持在40MPa左右。

（2）领料人员用手机扫门锁二维码后系统判定人员权限并自动开门（或通过授权账号远程开门）→通过二级仓库管理小程序（下称“小程序”）搜索功能找到所需物料→在摄像头监控下通过小程序或者扫码枪扫物料上的二维码→领料出库信息自动进行后台物料库存更新→锁门→仓管员定期盘库。

图5 简道云应用设备二维码界面

通过流程上对比可以看出，第一个应用层面属于初级无人值守仓库（无智能管理系统），通过强制规则、摄像威慑、道德约束、事后复核来实现无人值守下的物料领用，前期东莞地铁在工器具库房应用了该种方式。第二个应用层面则充分利用信息系统、移动互联、自动门锁、二维码等信息科技手段，打造高阶的备件、耗材、工器具无人值守仓库，这也是东莞地铁正在践行的工作。

由于已经开发物资二维码，高阶无人值守仓库（应用智能管理系统）的实现还需自动门锁安装与仓库管理小程序开发。其中自动门锁产品市场成熟，已经购买并使用；二级仓库管理小程序也已完成基本功能框架与界面初步设定，可以实现搜索、入库、出库、退库、借用、归还、报表生成等功能，如图6所示。后续还要建立后台库存数据库，才能实现前台功能，并与公司资产一体化系统实现库存数据共享，最终实现高阶无人仓库。

3 结论

前文阐述的车辆运维4个细分领域的9个信息化和智能化探索项目，从技术成熟程度、效果评级、信息化与智能化程度3个维度进行评级，最终得到综合评级结果，详见表1。

图6 二级仓库管理小程序功能界面

从表1的综合评级来看，车辆架修云平台评级“优”，不论从试用效果、信息化程度等方面来说，都具有很强的实用性，是架大修需要重点应用推广的信息化项目；综合评级“良”的项目中，无人仓库与物资二维码最能代表“互联网+”思维，需要持续投入完成软件开发与后台数据库建立，从节约人力成本的角度出发，具有广泛应用前景，值得推广使用；综合评级“中”的项目中，360°全车检测系统属于全新开发的设备，其应用场景可期，具有颠覆车辆运维日检的潜力，但实际效果需等待使用检验，需要持续关注。

表1 综合评价表

注：①技术成熟程度：从高至低分“成熟阶段”、“检验阶段”、“开发阶段”3个阶段，其中检验阶段包括初期使用、持续改善、需加大投入并普及3种不同情况；②效果评级：从高至低分成好、中、差3级，对于尚处于开发阶段还未应用的不进行效果评级；③信息化与智能化程度：从高至低分为高、中、差3级；④综合评级：综合前3个维度的评价结果得出综合评级，从高至低分为优、良、中、差4级。综合评级仅作为该项目的综合评价，不代表其优于或劣于不在本文涉及的其他信息化和智能化运维项目，不作为该项目是否进行推荐普及应用的唯一依据，需根据运营的实际需求来判定是否推荐。

项目名称类别技术成熟程度效果评级信息化与智能化程度综合评级受电弓动态监测系统设备成熟中中中轮对在线安全监测系统设备成熟好中良蓄电池在线监测系统设备检验（持续改善）中中中360°全车检测系统设备开发 — 中中故障数据管理系统软件成熟好中良车辆架修云平台软件检验（初期使用）好高优架修设备智能管理系统软件开发 — 中中物资二维码手段+软件检验（加大投入与普及）好中良无人仓库设备+软件开发 — 高良

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