车辆智能运维系统设计与应用

车辆智能运维系统设计与应用

张超

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摘要：随着科技水平的快速提高，车辆智能运维系统是针对广州地铁车辆运营需求，基于业界先进的大数据、人工智能、微服务等技术设计的。通过介绍该系统的功能要求，以及设计与应用情况。实际应用表明，该系统能支撑实时监测、应急响应、健康评估、关联运营检修业务等功能，为运营和检修人员提供车辆健康评估和精确检修指导，达到减少运营车辆故障率、降低运维检修成本的效果。

关键词：智能运维系统；地铁车辆；设计与应用

引言

近年来，我国城市轨道交通发展迅速，截至2022年1月，内地开通轨道交通运营线路的城市有51个，运营里程达8819km。随着城市轨道交通里程数的增加，车辆的运维问题也成为行业关注的焦点:车辆的架大修等模式与线路车辆呈现供需矛盾;云计算、大数据、人工智能等技术与行业的深度融合，为运维技术在车辆上的创新应用提供了良好条件。因此，车辆运维技术既面临创新挑战，但也获得了发展机遇。

1车辆智能运维系统需求及功能

基于上述地铁车辆运营和检修的现状分析，针对广州地铁列车构建的车辆智能运维系统需包含以下的基本功能。1）车载数据采集与传输：增加车载数据网关设备，实现车辆的控制数据和运维数据的采集和实时传输。2）数据处理：由地面数据处理平台接收车载设备数据，通过大数据技术实现大容量、高并发的数据解析、计算、存储和分析，为智能运维系统提供数据支撑。3）实时状态监视：对线路（网）级、车辆级及各子系统级状态进行监视，实现实时故障和异常状态报警。4）故障诊断及原因追溯：根据故障相关联的状态数据，快速定位故障原因，给出故障处置建议。5）车辆健康管理：依据列车故障统计、状态预警、各子系统故障预测结果，对车辆的健康状态进行综合评估，指导车辆运营排班和精确检修。

1.2整车基本功能

从设计和运营管理角度来分析，整车功能包含远程监控、故障管理、应急响应、履历管理、主要指标统计和整车健康度评价等基本功能。1）远程监控：线路级、列车级、子系统级的多级远程监控；支持对接入历史数据回溯查询、故障关联、图形化展示及导出；故障报警、预警提示等功能。2）故障管理：以车辆故障为中心，实现故障诊断、故障报警、故障闭环管控、故障统计分析等功能。3）应急响应：车辆在运营过程中发生严重故障，系统应提供应急处置建议、司机操作等决策支持。4）履历管理：实现车辆全生命周期履历管理，完成对车辆全生命周期的履历查询，为健康管理和运维支持提供数据服务。5）主要指标统计：实现报表设计，直观反映车辆的运维质量和效率，主要包括里程、旅速能耗和列车子系统可靠性等数据。6）整车健康度评价：整车企业应设计开发整车健康度评价方法及模型，为车辆的运用及维护提供科学精准的决策支撑。

2车辆智能运维发展存在的问题

2.1 智能化应用的适应性不足

智能运维系统从本质来说是产品全生命周期的管理，通过状态数据表征车辆设备的劣化程度，数据和模型是其核心内容。目前行业有一个观点：通过增加传感器提升设备的数字化水平，采用人工智能、机器学习算法提升设备的故障诊断及预测能力。相关的研究趋于白热化，但从应用的结果来看不能有效解决关键设备的寿命预测问题。

2.2 智能诊断技术不成熟

当前的研究及应用多数从某一具体问题开展工作，没有从系统层面考虑来确定研究内容、建立行业标准。城轨车辆的智能运维系统是软硬件基础设施和运营过程管理的信息集成，它不仅仅是技术平台，也是一个管理平台，其核心是业务梳理、流程化的建模管理、故障诊断、运营管理、检修管理、专家知识和信息化的有机结合，是一个长期验证过程，现有技术水平还无法有效支撑需求。

2.3功能扩展性和开放性不足

当前应用的城轨车辆智能运维系统的功能扩展性和开放性普遍存在以下不足：模块烟囱式开发、重用性低、开发迭代周期较慢和第三方的接口支持不友好。智能运维系统涉及到城轨车辆的多领域，必须多方协同开发才能够完成，如智能运维平台数据管理架构需要专业的大数据公司提供，业务功能则需要整车企业、运营公司、供应商和高校院所等完成，因此系统架构需满足模块的快速迭代开发，具备开放的的第三方接口。针对当前存在的问题，需要确认智能运维系统的主要研究内容，从业务、技术和管理的角度系统规划建立规范和行业标准，搭建智能运维系统平台，在该平台上实现业务数据、诊断模型和各子系统功能模块的集成及管理。

3车辆智能运维系统发展方向

3.1优化监测设计，提升生产效能

车辆智能运维系统发展对优化系统监测设计的推动作用明显。(1)要具备以大数据、云平台等信息化为基础的应用平台，梳理车辆设备监测的关键部件－核心部件－系统级的架构，考虑跨专业接口的扩展，明确要达到的效果;(2)基于性能监测的柔性运维技术，统筹考虑监测设备的布置、数据传输方式、通道、接口，以及各网络线路数据融合等问题;(3)兼顾系统监测的创新型、可靠性设计，解决好运维数字化构建、组件化技术、信息化分发、策略化适配的共性问题，在系统的各个环节重视智能化、人性化处理，用互联网思维和技术为运维业务的开展与管理提供良好的拓展应用环境。

3.2建立标准体系，规范智能运维管理

在智能运维系统建设过程中，各专业基本是分离建设的，缺乏统一的标准和互联互通的设计，使系统的整体优势无法充分发挥，且存在系统间联动性弱、“信息孤结语岛”等缺陷，亟须加快完善规范的智能化标准体系建设。各地铁公司在推进车辆部件名称、失效形式、检修标准值制定方面已取得阶段性成果，今后要基于故障告警、故障预警、寿命评估等制定车载及轨旁在线监测数据结构及接口标准;通过车辆故障数据、故障处理工单、维修信息及备件信息编制设备台账标准;结合不同的车辆类型、设备供应商及线路的特点和数据的采集应用，开展管理体系标准、管理技术标准、管理评价标准建设，未来还要持续推进车辆智能运维系统的架构及功能标准。

3.3专业融合应用，优化指导修程

各专业智能运维系统及数据建设相对孤立，难以跨专业形成详细的车辆故障运维信息。未来车辆智能运维系统的发展要考虑与通号、票务等专业技术平台兼容的问题，实现数据互通互用。打破单一的系统架构模式，依托云边端协同的互联网平台新模式，实现车辆智能运维系统弹性扩展和资源动态平衡;基于容器、微服务等云原生技术，实现设备状态全面感知、全系统集成、多专业协同联动、智能场景深度融合，建立全面的能力开放体系，支撑产业生态化发展。

结语

车辆智能运维系统是根据车辆运维的业务功能需求，采用业界先进的大数据、人工智能、微服务等技术设计的，能够支撑实时监视、应急响应、健康评估并关联运营检修业务，为地铁运营指挥、检修维护提供应急处置和精准检修指导。提升了车辆故障判断和预测的精确性、车辆运营可靠性，减少了车辆检修工作量。进一步的工作将依据现有的智能运维平台架构丰富车辆状态判断的规则库，集成更多子系统数据分析模块，实现地铁列车全方位、多层次的诊断分析，为运营指挥和检修维护提供更为精确的指导依据。

参考文献

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[3]郭建伟，司军民，赵梦露，等.基于全要素、全过程数据融合的城市轨道交通车辆智能运维系统[J].城市轨道交通研究，2022，25（1）：210-215.