轨道交通车辆智能运维技术状态修分析

晋浩奇,陈平安,薛 鑫,肖 勇

中车株洲电力机车有限公司,湖南 株洲 412000

0 引言

随着人工智能技术的不断发展和应用,智能技术如当初的互联网技术一样,形成了类似于“互联网+”的“智能+”的“万物智能”局面,智能机器人、智能穿戴、智能家居、智能汽车、智慧工厂、智能运维等“智能+”产物层出不穷,智能运维的应用研究也百花齐放,各行各业都在与“智能”形成化学反应,以求通过技术革新提升产品综合竞争力,从而不会被市场淘汰。

随着我国轨道交通车辆保有量的不断激增,以计划修为主要方式的运维工作需要更多的人力、物力、财力投入,来保障车辆的正常运行。而为了贯彻绿色、低碳、环保的新发展理念,轨道交通车辆运维工作需要新的方式。轨道交通车辆是科技变革发展的典型代表,每一次科技变革都会对轨道交通车辆产生巨大的影响[1],同时,轨道交通车辆从工业革命开始就一直是技术革新的排头兵,是技术革新的重要代表之一,所以,在“智能+”时代,轨道交通车辆既不能缺席,更不能落后。“智慧+轨道交通车辆”的新方向给轨道交通车辆行业带来了新的活力和发展机遇,是一次阻止熵增的技术革命实践活动。

智能技术的飞速发展,为轨道交通车辆的科技变革带来了新机遇,当然也包括智能运维技术。智能运维技术的出现,从技术应用的角度来看,其核心业务之一就是要把计划修或一部分计划修变成状态修,以实现“普遍撒网”粗放型运维向“重点抓鱼”精准型运维转变,进而在运维工作中贯彻和落实新发展理念。

为了实现这一变革,首先需要结合轨道车辆的实际情况,明确轨道交通车辆的状态范畴和技术研究范畴。本文基于轨道交通车辆,以体现智能运维技术重要应用的状态修为研究对象,明确轨道交通车辆状态类型,从状态可靠性和状态失常影响2个维度出发,提出状态风险概念及判断依据,并通过实例进行状态风险的应用分析,为轨道交通车辆各子系统在状态修选择上提供了一种创新性的理论指导。

1 状态分类

智能运维技术既然要驱使计划修向状态修转变,首先应该明确影响轨道交通车辆的状态类型。车辆的状态类型总体可分为结构状态、环境状态、安装状态、电气状态、通信状态和其他状态,而每种状态类型又包含多种不同的状态,如图1所示。

图1 轨道交通车辆状态类型

轨道交通车辆是由许多功能不同的子系统组成,每种子系统的状态类型和状态异常导致的破坏对车辆的影响程度不同。如表1所示,列举了轨道交通车辆一般情况下主要子系统状态类型的可能情况。

表1 轨道交通车主要子系统状态类型示例

2 状态风险分析

2.1 状态风险判断分析

对于任何一个产品,它的状态都是多方面的,目前既做不到对所有状态实现监测,也没必要对所有状态进行监测。所以,对各种状态进行科学的分析,才是状态监测的首要任务。

产品运维的目的是为了保证功能正常而不发生失效状态或者出现失效状态能够通过维修恢复正常。因此,研究智能运维技术状态修,就要明确哪些状态需要监测,在此之前,需先明确产品状态的可靠性以及状态失常对车辆的影响程度。

1)状态可靠性。产品的状态可靠性一般可分为高可靠性状态、中可靠性状态和低可靠性状态。

2)状态失常影响。状态失常一般会对车辆产生安全、运行和舒适性3个方面的影响,这3个方面的影响程度从重到轻依次递减。

综上所述,一个状态是否需要被监测应该以2个维度去考量,一是状态的可靠性,二是状态失常的影响程度。根据以上分析,引入状态风险的概念,即状态被监测的需求程度,为了分析状态风险,建立了状态风险矩阵,如表2所示。状态风险级别分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级,其中Ⅰ级最轻,Ⅳ级最重。

表2 状态风险矩阵

2.2 状态风险应用分析

通过状态风险矩阵,可以初步判断一个状态是否需要被监测,然后结合综合情况进行分析,最终确定该状态是否最终被监测。下面举例分析一些系统状态风险及监测情况。

2.2.1 转向架车轮

转向架车轮作为与轨面接触的车辆部件,其结构状态非常重要,影响着车辆的安全和运行,不仅如此,车轮作为车辆运行中的持续运动部件,经常承受着来自外界的冲击、车辆的振动,轨面的磨损等,导致车辆损伤、破裂、磨损等不良状态的发生。虽然随着科技的发展,车轮设计和制造已经具备相当可靠的质量,但是车轮的不良状态仍有可能发生,发生后存在着影响车辆安全的风险,因此,该状态风险级别应为Ⅲ级。但随着转向架车轮的探伤检测技术不断发展应用以及智能运维的进一步发展,更优的车轮探伤检测技术能够为车辆的安全运行更好地保驾护航。

2.2.2 车体结构

车体结构状态虽然影响着车辆的安全和运行,但是从设计验证和可靠的运行经验来看,车体结构状态失效导致的重大安全问题是极不可能发生的,是高可靠性状态的性能。所以,车体状态风险级别应该为Ⅰ级。如果要实现对车体的监测不仅需要对监测手段提出更高的要求,同时要增加更多的传感器和检测设备,这必定会导致成本急剧增加和产品复杂化。因此,从分析上看,车体的结构状态目前不建议监测。

2.2.3 车门的安装状态

车门的安装状态受车体变形和外力影响较大,根据车门安装状态情况,车门安装状态应是中等可靠性状态,也有可能产生低可靠性的情况,而车门安装状态失常就会可能会导致车门功能失效,可能会影响列车运行,该状态风险级别为Ⅱ级或Ⅲ级。因此,可以通过对驱动参数的监测分析,尽可能地获取车门的安装状态,对影响列车运行的车门安装状态进行监测具有研究意义。

2.2.4 内部装饰

内装作为车辆内饰件,经常与外界接触,结构强度不如车体那样重要,相对其他零部件,出现损坏的概率较高,但是,这些结构状态都不可能造成车辆安全问题或者列车无法运行的情况,属于Ⅰ级状态风险。一般情况下,内装问题的发现相对容易,对内装问题的处理也简单直接,发现问题及时处理即可。所以,其状态监测一般不建议实施。

3 结束语

本文结合轨道交通车辆的实际情况,分析了轨道交通车辆的状态类型,并通过归纳总结,将状态类型进行了一定的分类,为后续状态修研究明确了状态范畴。

本文在轨道交通车辆状态范畴的基础上,从状态可靠性和状态失常影响2个维度,科学地提出了状态风险矩阵,根据风险程度并结合实际情况进行了应用分析,为指导轨道交通车辆智能运维技术状态修研究提供了一定的理论依据。

轨道交通车辆是一个大系统,每个子系统都有其特有的功能和特点,在研究和应用智能运维技术上要根据自身的实际情况选择研究内容,盲目的研究是没有意义的。

智能运维仍是轨道交通行业不断探索和研究的领域,其发展还需要相当长一段时间,需要广大从业者的共同努力。