国家发展改革委2018年发布《增强制造业核心竞争力三年行动计划(2018-2020年)》,上海申通地铁集团积极响应,申报的“上海轨道交通车辆智能运维系统”于2018年5月获批中国城市轨道交通协会示范工程,2019年1月被国家发展改革委批复为增强制造业核心竞争力关键技术产业化项目,成为轨道交通行业又一个国家示范工程。
目前,上海轨道交通运营总里程已增至705公里,日客流量超过1200万人次,占公共交通出行量的60%,运营网络规模领跑全球,上海地铁车辆保有量也在不断扩大。回望20年前,上海地铁的列车仅有45列,270辆;2018年,列车达到856列,5116辆,增加了接近20倍。未来,上海地铁列车总量仍将快速增长,到2021年底,上海地铁列车数达到近1200列,7400辆,稳居全球前列。
围绕上海地铁“国内领先,国际一流”战略目标,在车辆数跃升的同时,对列车运维保障工作也提出了新的要求。当前,车辆运维保障工作除了需要满足“安全性、可用性、可靠性”等要求外,还需兼顾经济性和支持性指标,对运维的效率、质量和技术提出了更高要求。然而摆在面前的瓶颈显而易见:一是设备压力大,长期的高负荷运行,对车辆运维造成极大风险挑战;二是力量摊薄,随着线路的不断延伸,包括管理、技术、技能等在内的骨干力量逐渐摊薄;三是检修效率低,由于体量增加、夜间作业时间缩短等情况,要求检修作业确保质量,提高效率;四是资源占用多,仅是列车检修基地占地就有5788922.3平方米,在寸土寸金的城市地域,价值可观。
在此背景下,“上海轨道交通车辆智能运维系统”应运而生。上海地铁根据列车运营和检修需求,联合国内专业院所、高校和生产厂,采用物联网、大数据、人工智能等技术,开发了车辆智能运维系统。对于城市轨道交通来说,该系统的主要目的在于减少运营故障、缩小运营影响、降低故障等级,确保运营安全;同时应对超大体量的轨道交通网络减少人工作业、降低劳动强度、减少人为影响、提升智能化程度。
图1 车辆智能运维平台
一、系统组成
“上海轨道交通车辆智能运维系统”包括车联网系统、轨旁车辆综合检测系统、车辆维护轨迹系统三大组块。
1、车联网系统通过在列车上安装无线传输设备,对列车运行的状态数据与故障数据进行实时采集、传输,利用Netty、Kafka、Spark Streaming等大数据技术实现列车状态实时监控及超大规模数据处理。车联网系统所采集的数据是车辆智能运维系统最重要的数据基础。新模式下,其取代了列车故障只能依靠入库后手动下载、离线分析数据、判断列车故障状态的传统模式。新模式涵盖列车速度、线网电压、车门开关状态、电机转速、轮轨振动状态等4000余项核心信号、信息,实现了列车95%的子系统远程故障监控。
图2 车联网系统
2、轨旁车辆综合检测系统主要包括轮对尺寸检测模块、车下设备温度检测模块、受流器/受电弓检测模块、360°车辆外观检测模块、踏面缺陷动态图像监测模块、车轮失圆检测模块、车轮深层次探伤模块、轨边声学诊断系统模块等。轨旁车辆检测系统利用机器视觉、先进传感、人工智能等技术实现了列车不停车自动检测,覆盖了不低于60%的人工目视检查作业和100%轮对尺寸测量作业,提高了受电弓、车轮等关键部件的检测频率,延长了受电弓、车门、牵引装置、轴箱、电机、齿轮箱、制动单元、构架等关键部件的人工检查周期。
图3 轨旁车辆综合检测系统
3、车辆维护轨迹系统主要包括移动点巡检、鹰眼系统、工具管理系统、物料管理系统、以及基于物联网的工艺设备管理系统。将原来人工作业产生的各类数据电子化,同时补充了工具使用信息、物料流转信息、员工维修行为等数据的采集。系统在新模式下完成生产过程、物料移动、工具流转、生产质量等业务的过程数字化,通过网络加工生成新的信息资源,提供给各层次的人们洞悉、观察生产活动中的全部信息,以作出有利于生产要素组合优化的决策,使企业资源合理配置,求得最大的经济效益。
图4 车辆维护轨迹系统
二、应用情况
目前车联网已覆盖上海地铁多个车型,总计超过240余列列车已纳入车联网。
轨旁车辆检测系统已在17号线朱家角基地、9号线金桥基地投入使用,5号线、7号线、12号线也将在近期建成投用。
维护轨迹系统中的移动点巡检已在超过7条线路使用,工具管理系统已在17号线投用,物料管理系统在筹备中。
2017年底17号线开线伊始,“上海轨道交通车辆智能运维系统”同步上线。在该系统的支持下,车辆检修由日检演变为8日检,检修内容和频次增加,而人员却大大减少,人车比由0.6减为0.33,为历史最低。同时17号线的运营质量处于较高水平,2018年17号线列车无运营故障间隔里程超过10万公里,相比过去新线开通首年的运营水平提升63.7%。在延长检修间隔的基础上,列车不回库检修也成为可能,土地作为不可再生资源,检修基地可缓建或占地面积减少。
三、产业推广
2021年底,智能运维系统覆盖上海全路网18条线路1000余列车和全部27个检修基地。
围绕轨道交通装备产业化战略实施,上海地铁将顺应我国制造业智能化、绿色化、服务化、国际化发展趋势,借助大数据系统和云计算,促进轨道交通车辆检修向数字化和智能化发展。以核心装备、系统软件、机器视觉等关键领域为重点,突破和掌握一批关键核心技术。上海地铁支持智能关键技术装备和核心支撑软件在轨道交通领域的推广应用,不断提高轨道交通检修的智能化水平。利用上海的地域优势,加强与科研单位进行产、学、研、用合作,以自主创新产业技术突破,促进行业整体发展,带动大数据、机器视觉等相关产业的发展。
上海地铁车辆智能运维系统的建成,将加速城市轨道交通智能运维系统的标准化及模块化,有助于建立全行业城市轨道交通各类运维数据采集、传输和应用体系规范,提高系统推广的可行性,并最终实现产业化的目的。
四、结束语
上海城市轨道交通的高速发展,改变了人们的城市出行和生活方式,极大助力了上海经济社会的发展。我们相信,“上海轨道交通车辆智能运维系统”将牢牢把握上海地铁“数字化、信息化、智能化”的后发优势,探索和引领城市轨道交通的技术发展方向,满足新时代人们美好生活需求,努力把地铁打造成为上海这座国际化大都市的新名片。
(文章来源:上海地铁)