國家發(fā)展改革委2018年發(fā)布《增強(qiáng)制造業(yè)核心競爭力三年行動計劃（2018-2020年）》，上海申通地鐵集團(tuán)積極響應(yīng)，申報的“上海軌道交通車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)”于2018年5月獲批中國城市軌道交通協(xié)會示范工程，2019年1月被國家發(fā)展改革委批復(fù)為增強(qiáng)制造業(yè)核心競爭力關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目，成為軌道交通行業(yè)又一個國家示范工程。
目前，上海軌道交通運(yùn)營總里程已增至705公里，日客流量超過1200萬人次，占公共交通出行量的60%，運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)規(guī)模領(lǐng)跑全球，上海地鐵車輛保有量也在不斷擴(kuò)大。回望20年前，上海地鐵的列車僅有45列，270輛；2018年，列車達(dá)到856列，5116輛，增加了接近20倍。未來，上海地鐵列車總量仍將快速增長，到2021年底，上海地鐵列車數(shù)達(dá)到近1200列，7400輛，穩(wěn)居全球前列。
圍繞上海地鐵“國內(nèi)領(lǐng)先，國際一流”戰(zhàn)略目標(biāo)，在車輛數(shù)躍升的同時，對列車運(yùn)維保障工作也提出了新的要求。當(dāng)前，車輛運(yùn)維保障工作除了需要滿足“安全性、可用性、可靠性”等要求外，還需兼顧經(jīng)濟(jì)性和支持性指標(biāo)，對運(yùn)維的效率、質(zhì)量和技術(shù)提出了更高要求。然而擺在面前的瓶頸顯而易見：一是設(shè)備壓力大，長期的高負(fù)荷運(yùn)行，對車輛運(yùn)維造成極大風(fēng)險挑戰(zhàn)；二是力量攤薄，隨著線路的不斷延伸，包括管理、技術(shù)、技能等在內(nèi)的骨干力量逐漸攤??；三是檢修效率低，由于體量增加、夜間作業(yè)時間縮短等情況，要求檢修作業(yè)確保質(zhì)量，提高效率；四是資源占用多，僅是列車檢修基地占地就有5788922.3平方米，在寸土寸金的城市地域，價值可觀。
在此背景下，“上海軌道交通車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)”應(yīng)運(yùn)而生。上海地鐵根據(jù)列車運(yùn)營和檢修需求，聯(lián)合國內(nèi)專業(yè)院所、高校和生產(chǎn)廠，采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，開發(fā)了車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)。對于城市軌道交通來說，該系統(tǒng)的主要目的在于減少運(yùn)營故障、縮小運(yùn)營影響、降低故障等級，確保運(yùn)營安全；同時應(yīng)對超大體量的軌道交通網(wǎng)絡(luò)減少人工作業(yè)、降低勞動強(qiáng)度、減少人為影響、提升智能化程度。
圖1 車輛智能運(yùn)維平臺
一、系統(tǒng)組成
“上海軌道交通車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)”包括車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)、車輛維護(hù)軌跡系統(tǒng)三大組塊。
1、車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過在列車上安裝無線傳輸設(shè)備，對列車運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集、傳輸，利用Netty、Kafka、Spark Streaming等大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控及超大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)是車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。新模式下，其取代了列車故障只能依靠入庫后手動下載、離線分析數(shù)據(jù)、判斷列車故障狀態(tài)的傳統(tǒng)模式。新模式涵蓋列車速度、線網(wǎng)電壓、車門開關(guān)狀態(tài)、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輪軌振動狀態(tài)等4000余項核心信號、信息，實(shí)現(xiàn)了列車95%的子系統(tǒng)遠(yuǎn)程故障監(jiān)控。
圖2 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
2、軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)主要包括輪對尺寸檢測模塊、車下設(shè)備溫度檢測模塊、受流器/受電弓檢測模塊、360°車輛外觀檢測模塊、踏面缺陷動態(tài)圖像監(jiān)測模塊、車輪失圓檢測模塊、車輪深層次探傷模塊、軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)模塊等。軌旁車輛檢測系統(tǒng)利用機(jī)器視覺、先進(jìn)傳感、人工智能等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了列車不停車自動檢測，覆蓋了不低于60%的人工目視檢查作業(yè)和100%輪對尺寸測量作業(yè)，提高了受電弓、車輪等關(guān)鍵部件的檢測頻率，延長了受電弓、車門、牽引裝置、軸箱、電機(jī)、齒輪箱、制動單元、構(gòu)架等關(guān)鍵部件的人工檢查周期。
圖3 軌旁車輛綜合檢測系統(tǒng)
3、車輛維護(hù)軌跡系統(tǒng)主要包括移動點(diǎn)巡檢、鷹眼系統(tǒng)、工具管理系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)、以及基于物聯(lián)網(wǎng)的工藝設(shè)備管理系統(tǒng)。將原來人工作業(yè)產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)電子化，同時補(bǔ)充了工具使用信息、物料流轉(zhuǎn)信息、員工維修行為等數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)在新模式下完成生產(chǎn)過程、物料移動、工具流轉(zhuǎn)、生產(chǎn)質(zhì)量等業(yè)務(wù)的過程數(shù)字化，通過網(wǎng)絡(luò)加工生成新的信息資源，提供給各層次的人們洞悉、觀察生產(chǎn)活動中的全部信息，以作出有利于生產(chǎn)要素組合優(yōu)化的決策，使企業(yè)資源合理配置，求得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
圖4 車輛維護(hù)軌跡系統(tǒng)
二、應(yīng)用情況
目前車聯(lián)網(wǎng)已覆蓋上海地鐵多個車型，總計超過240余列列車已納入車聯(lián)網(wǎng)。
軌旁車輛檢測系統(tǒng)已在17號線朱家角基地、9號線金橋基地投入使用，5號線、7號線、12號線也將在近期建成投用。
維護(hù)軌跡系統(tǒng)中的移動點(diǎn)巡檢已在超過7條線路使用，工具管理系統(tǒng)已在17號線投用，物料管理系統(tǒng)在籌備中。
2017年底17號線開線伊始，“上海軌道交通車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)”同步上線。在該系統(tǒng)的支持下，車輛檢修由日檢演變?yōu)?日檢，檢修內(nèi)容和頻次增加，而人員卻大大減少，人車比由0.6減為0.33，為歷史最低。同時17號線的運(yùn)營質(zhì)量處于較高水平，2018年17號線列車無運(yùn)營故障間隔里程超過10萬公里，相比過去新線開通首年的運(yùn)營水平提升63.7%。在延長檢修間隔的基礎(chǔ)上，列車不回庫檢修也成為可能，土地作為不可再生資源，檢修基地可緩建或占地面積減少。
三、產(chǎn)業(yè)推廣
2021年底，智能運(yùn)維系統(tǒng)覆蓋上海全路網(wǎng)18條線路1000余列車和全部27個檢修基地。
圍繞軌道交通裝備產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略實(shí)施，上海地鐵將順應(yīng)我國制造業(yè)智能化、綠色化、服務(wù)化、國際化發(fā)展趨勢，借助大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和云計算，促進(jìn)軌道交通車輛檢修向數(shù)字化和智能化發(fā)展。以核心裝備、系統(tǒng)軟件、機(jī)器視覺等關(guān)鍵領(lǐng)域為重點(diǎn)，突破和掌握一批關(guān)鍵核心技術(shù)。上海地鐵支持智能關(guān)鍵技術(shù)裝備和核心支撐軟件在軌道交通領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，不斷提高軌道交通檢修的智能化水平。利用上海的地域優(yōu)勢，加強(qiáng)與科研單位進(jìn)行產(chǎn)、學(xué)、研、用合作，以自主創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)技術(shù)突破，促進(jìn)行業(yè)整體發(fā)展，帶動大數(shù)據(jù)、機(jī)器視覺等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
上海地鐵車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)的建成，將加速城市軌道交通智能運(yùn)維系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化，有助于建立全行業(yè)城市軌道交通各類運(yùn)維數(shù)據(jù)采集、傳輸和應(yīng)用體系規(guī)范，提高系統(tǒng)推廣的可行性，并最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的目的。
四、結(jié)束語
上海城市軌道交通的高速發(fā)展，改變了人們的城市出行和生活方式，極大助力了上海經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。我們相信，“上海軌道交通車輛智能運(yùn)維系統(tǒng)”將牢牢把握上海地鐵“數(shù)字化、信息化、智能化”的后發(fā)優(yōu)勢，探索和引領(lǐng)城市軌道交通的技術(shù)發(fā)展方向，滿足新時代人們美好生活需求，努力把地鐵打造成為上海這座國際化大都市的新名片。