鐵路是國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈。據(jù)權(quán)威預(yù)測(cè)，2020年我國(guó)鐵路總里程預(yù)計(jì)達(dá)到15萬公里，城市軌道交通運(yùn)營(yíng)里程將超過6000公里，鐵路固定資產(chǎn)投資規(guī)模將達(dá)3.5至3.8萬億元，城市軌道交通投資規(guī)模也將達(dá)到3-4萬億元，可謂是最令人振奮的基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)。

來源：中國(guó)e車網(wǎng)

隨著軌道交通市場(chǎng)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，其運(yùn)營(yíng)方式正向網(wǎng)絡(luò)化和多樣化發(fā)展，運(yùn)營(yíng)速度也在不斷提升，這對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)管理和設(shè)備的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性提出了更高要求。如何運(yùn)用PHM（故障預(yù)測(cè)與健康管理）等智能化技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、預(yù)測(cè)潛在故障的發(fā)生，從而保障列車更安全可靠地運(yùn)行變得越來越重要。

在4月11日-13日深圳召開的2019年中國(guó)（國(guó)際）智慧軌道交通春季大會(huì)上，PHM亦作為熱門技術(shù)被多次提及。

PHM的實(shí)現(xiàn)需要狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)診斷、預(yù)測(cè)、運(yùn)維優(yōu)化等多項(xiàng)技術(shù)的支撐。其本質(zhì)是信息的融合，即將運(yùn)行過程中不同維度的數(shù)據(jù)整合到模型中，再量化成能夠反映系統(tǒng)衰退的健康值指標(biāo)，把不確定的信息確定化，并將這些信息傳遞給客戶來做決策。

在大會(huì)上，天澤智云首席數(shù)據(jù)科學(xué)家晉文靜博士基于PHM技術(shù)，結(jié)合親身參與的多個(gè)智能運(yùn)維實(shí)踐案例，發(fā)表“工業(yè)智能技術(shù)在軌道交通的應(yīng)用實(shí)踐”主題演講，分享牽引電機(jī)、車門系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用案例，及道岔器等設(shè)備的監(jiān)測(cè)、鐵路軌道在線健康監(jiān)測(cè)等解決方案。

>> 軸箱軸承故障預(yù)測(cè)

軸箱軸承是動(dòng)車組的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)部件，其健康狀態(tài)直接影響動(dòng)車組的安全運(yùn)行。但由于軸承的壽命受溫度、濕度等環(huán)境因素，及行車路線、經(jīng)停站等運(yùn)行因素的影響，目前通常只能基于運(yùn)行公里數(shù)，通過緊急修甚至過維護(hù)的方式進(jìn)行維護(hù)，以保障列車的安全運(yùn)行。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)軸箱軸承故障的精準(zhǔn)定位、識(shí)別及預(yù)測(cè)，天澤智云開發(fā)PHM系統(tǒng)，通過對(duì)軸承運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與分析，用戶可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸箱軸承的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀況；通過信號(hào)處理、增強(qiáng)和去噪技術(shù)識(shí)別軸承早期、中期、晚期的故障，并診斷出內(nèi)圈、外圈、滾子和保持架四種故障模式，及健康、輕微故障、中度故障、嚴(yán)重故障等不同健康級(jí)別。

該系統(tǒng)在中車青島四方的滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)新軸承及實(shí)際軸承運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行盲測(cè)，比對(duì)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確率高達(dá)100%。同時(shí)幫助中車青島四方在 NI Week 2018 中斬獲 Intel IoT Engineering Impact Award。

>> 牽引電機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)

感應(yīng)電機(jī)廣泛應(yīng)用于高鐵、航空航天、EV、機(jī)械臂等多個(gè)領(lǐng)域，針對(duì)感應(yīng)電機(jī)的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警，能夠保障系統(tǒng)的可靠性和有效的提升系統(tǒng)的可用性。晉文靜博士曾深度參與阿爾斯通（意大利）牽引電機(jī)故障模式分析項(xiàng)目，研發(fā)牽引電機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，幫助他們?cè)\斷牽引電機(jī)的潛在故障。

阿爾斯通（意大利）提供了其某段城鐵一年半時(shí)間里車載數(shù)據(jù)——列車組8個(gè)機(jī)車（32個(gè)牽引電機(jī)）三相電壓和電流信號(hào)，但由于列車工作環(huán)境復(fù)雜，天氣、溫度、客流量等諸多因素會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)處理分析工作造成影響，因此需結(jié)合機(jī)理及數(shù)據(jù)背景信息進(jìn)行分析。

在恒定轉(zhuǎn)速下單的負(fù)序阻抗是反映牽引電機(jī)繞組衰退的良好健康指標(biāo)，該預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)基于每節(jié)車上4個(gè)電機(jī)數(shù)據(jù)分布變化，運(yùn)用故障識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)對(duì)其絕緣衰退故障的判斷。

>> 軌道門系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)

為了緩解日益加重的交通壓力，各大城市縮短地鐵行車間隔，致使地鐵客室側(cè)門（內(nèi)藏門）開關(guān)次數(shù)增多、磨損量增大，在使用過程中極易出現(xiàn)故障。

天澤智云與國(guó)內(nèi)某廠商合作，開發(fā)地鐵門系統(tǒng)的故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)，基于采集到的車載原始信號(hào)，評(píng)估傳動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的性能衰退狀態(tài)，預(yù)測(cè)可能發(fā)生故障的原因，進(jìn)而指導(dǎo)運(yùn)維人員的維護(hù)操作，如在什么時(shí)間點(diǎn)需要進(jìn)行潤(rùn)滑等。

>> 道岔器故障診斷

道岔器分布零散，對(duì)可靠性和安全性有著相當(dāng)高的要求。目前已有的維護(hù)系統(tǒng)偏向于預(yù)防性維護(hù)，一般都是進(jìn)行常規(guī)檢查，耗時(shí)多、風(fēng)險(xiǎn)高、費(fèi)用高，且人影響因素較多。

晉文靜博士在IMS期間參與開發(fā)的阿爾斯通道岔器故障診斷系統(tǒng)，無需額外安裝傳感器，能夠有效識(shí)別32種不同類型和不同程度的故障模式，適應(yīng)于不同的外界環(huán)境條件，且能預(yù)測(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)性能衰退與壽命預(yù)測(cè)。GE收購(gòu)阿爾斯通之后，將這套系統(tǒng)應(yīng)用于意大利米蘭中心站。

>> 鐵路軌道在線健康監(jiān)測(cè)

以往通常用目檢或光學(xué)傳感器的方法對(duì)鐵路軌道進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)，耗時(shí)多、實(shí)時(shí)性和效率低，且成本較高。

鐵路軌道在線健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為解決該問題而生，通過智能回檢車的方式，分析包括軌道波紋狀磨損、軌道凹槽、焊接點(diǎn)等少于1米的短波長(zhǎng)的缺陷，以及包括基準(zhǔn)線測(cè)量、彎曲度檢測(cè)、直線度檢測(cè)、寬度變化檢測(cè)等垂直和側(cè)面缺陷兩大類故障。

經(jīng)驗(yàn)證，檢測(cè)出的鐵軌小磨損缺陷達(dá)到低于10%的誤報(bào)率；基于時(shí)頻域分析的特征分析方法，能夠做到93%準(zhǔn)確率。

>> 輔助設(shè)備能耗優(yōu)化

地鐵、高鐵等運(yùn)營(yíng)場(chǎng)所的空調(diào)、冰機(jī)等輔助設(shè)備是整個(gè)系統(tǒng)的耗能大戶，且維護(hù)成本較高。

天澤智云無憂能管系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控空調(diào)、空壓機(jī)、冰機(jī)等系統(tǒng)的耗能狀態(tài)，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行情況及環(huán)境（如客流量大小等），通過算法模型提供智能化決策建議（如在什么時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行空調(diào)調(diào)溫等），從原來的維修人員必須到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)、檢修保養(yǎng)，轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)智能群控，對(duì)能耗進(jìn)行預(yù)警和優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)。

該系統(tǒng)也可支持空壓機(jī)、干燥機(jī)、冰水主機(jī)、冷卻水塔、水泵、過濾器及其他附屬設(shè)備等多種類設(shè)備。

天澤智云基于在軌道交通領(lǐng)域的豐富探索及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)建立的智能運(yùn)維解決方案，通過車載PHM系統(tǒng)進(jìn)行高速采集數(shù)據(jù)，用邊緣計(jì)算技術(shù)將數(shù)據(jù)處理成有效的信息，傳輸?shù)降孛嬷行?，用戶可以運(yùn)用模式識(shí)別算法等實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集方案配置，并且可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的故障的診斷、預(yù)測(cè)及健康管理。

天澤智云在軌道交通的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐

該方案已被應(yīng)用于車輛、軌道等多個(gè)系統(tǒng)，并獲得了用戶和業(yè)界的廣泛認(rèn)可。

2019年中國(guó)（國(guó)際）智慧軌道交通春季大會(huì)上，天澤智云構(gòu)建的高鐵PHM系統(tǒng)在由榮獲“2018年度中國(guó)智慧軌道交通優(yōu)秀解決方案獎(jiǎng)”。