铁路电务设备全生命周期管理研究与实践

陈建译

全生命周期管理是一种整体的思维方式和管理理念，其核心在于寻求实施一个框架来管理设备、产品或服务开发的每个阶段［1］。设备全生命周期管理以生产经营为目的，通过一系列的技术、经济、组织措施，对设备的规划、设计、制造、选型、购置、安装、使用、维护、维修、改造、更新直至报废的全过程进行管理，以获得设备生命周期费用最经济、设备综合产能最高的理想目标［2］。

设备全生命周期成本（LCC）是在设备全生命周期管理理念实施中，资产全生命周期管理的主要技术和具体化措施，是一种管理理念和方法［3-4］。LCC管理的核心内容是从一开始就将工作做好，对设备项目或系统进行LCC 分析，并进行决策［5］。

1 设备全生命周期管理发展现状

1.1 国外发展历史及应用现状

1904 年，瑞典铁路提出铁路建设维护全生命周期管理理念和全生命周期成本问题。20 世纪60 年代，因通货膨胀影响，美国军事领域的资源和经费预算受到限制，美国国防部在军事装备采购上首次引入了全生命周期管理和LCC 分析，全面评估采购成本、维护成本和废弃成本，以提高资源和经费预算的使用效率。20 世纪70 年代，英国和美国以全生命周期管理为基础，将技术管理与经济管理结合，提出了设备综合工程学。20 世纪80 年代之后，全生命周期管理应用领域更加广泛，其中典型的运用主要为各重要电力设备制造商和各大电力公司，如ABB、 Siemens、英国NG 公司、加拿大 HyDro电力公司等［6-8］。

1.2 国内发展历史及应用现状

国内对设备全生命周期的理论研究和实际应用较晚。直到21 世纪之后，国家电网、南方电网等电力公司才引入国外电力企业资产全生命周期管理理念和管理框架，并进行了应用；2013 年12 月发布了《资产全生命周期管理体系导则》。

1.3 铁路行业的发展史及应用现状

在铁路行业，首先应用集中在欧洲，例如：1999 年，有人将LCC 分析用来评估轨道结构；2001 年，有文献介绍了LCC 分析在荷兰高速铁路的一个实例和维护更新策略；2009 年LCC 分析方法在韩国轻轨领域应用［9］。而国内铁路设备全生命周期管理研究很少，仅能查到寥寥几篇论文或翻译的书籍。

2 广铁电务设备维护现状分析

2.1 存在的主要问题

1）设备监控、监测手段不够全面。如轨旁设备监测、机械室远程自动巡检、环境监测等未全面推广应用。

2）数据存在局限性。目前仅有运维阶段数据，上游设备制造数据、设计与施工数据、设备采购数据以及下游报废再利用数据等仍未共享；电务设备出厂技术参数、检验报告电子信息尚未与设备一同交付；设计文件、设备施工调试记录、施工调试技术参数等仍未进入数据库。

3）存在数据孤岛，部分重要数据遗漏或丢失。车载设备数据、设备入所检测数据、设备履历簿数据等受网络物理隔离或厂家壁垒等影响，仍不能实现实时共享和关联分析；大部分设备安装调试、部件更换等设备重要记录数据没有形成电子记录；设备监测数据循环覆盖存储，设备亚健康数据和设备故障数据尚未实现自动识别和永久存储。

4）尚未形成基于设备唯一身份的信息追踪体系。设备赋码未全面开展，设备基础信息采集尚不全面；实施设备管理的基层站段、车间和工区对设备生命周期过程中的数据采集、归档重视不够；尚未形成根据设备身份二维码一码查询全生命周期信息的查询追踪体系。

2.2 既有研究和应用基础

目前在广州局集团公司，电务8D 已运用，可提供设备全生命周期运维阶段基础数据；高铁车载ATP 一车一档已实施十余年；电务大数据平台已在怀邵衡铁路应用。特别是2017 年以来，在怀邵衡铁路形成了电务大数据平台总体架构（图1），具有电务大数据平台应用功能（图2），并包括全生命周期管理（LCM）和故障预测与健康管理（PHM）接口。

图1 电务大数据平台总体架构

图2 电务大数据平台应用功能

2020年起，设备赋码管理开始在长沙电务段电子设备车间、信号检修车间运用。设备入所检测后，全段统一除尘、编号，给设备赋码，实施设备查询、统计、分析综合管理“一码通”。通过扫描设备上的二维码，即可知设备当前位置和运用检修历史。

国铁集团已颁布电务行业通信信号设备编码规范，为电务设备全生命周期管理奠定了编码基础。其中，信号方面已下发的主要编码规范有：《铁路信号设备单元划分、编码及表征规范（暂行）》（运电信号函［2016］360号）；通信方面有：《铁路通信设备设施单元划分及编码规范（暂行）》（运电通信［2016］330号），《铁路通信设备设施单元划分及编码规范》（运电通信函［2017］269号）等。

3 广铁电务设备全生命周期管理规划

3.1 总体规划

电务设备全生命周期管理现状分析与主要任务总体规划见图3。其中：电务系统设备包括设计、制造、施工、运维和报废共5 个顺序发生的全生命周期阶段；数据来源与业务分析数据显示的是每个全生命周期阶段相关的数据；录入通道显示了每个全生命周期阶段的相关数据的现状，打“×”的部分为存在数据隔离与信息孤岛，需要在全生命周期管理过程中实施打通，实现数据共享；蓝色部分为既有已实现的基础功能，其余部分为规划中需要克服的主要问题和需要实施的主要任务；数据升级运用包括电务全生命周期大数据中心和基于电务全生命周期大数据中心的LCC 管理、按编码一键统计查询、故障预测与健康管理（PHM）等。

图3 电务设备全生命周期管理现状分析与主要任务总体规划

基于设备码的综合大数据库，建立全生命周期管理的电务设备信息模型，见图4。电务设备信息模型以“一码通”为目的，包括设备建档、采购、入档、安装调试、设备运行状态、设备维护、维修、改造、更新、报废处理等10 类数据记录。其中，设备建造档案生成厂家赋的制造码，入档记录则生成用户赋的设备码。

图4 基于设备全生命周期管理的电务设备信息模型

3.2 主要目标

1）信号和通信设备统一编码管理“一码通”。每个设备对应唯一的设备码，全生命周期过程数据采集、数据查询、数据统计等“一码通”。重点和难点在于图3 中正在建设、尚未建设和数据不通的部分。

2）形成电务信息模型和电务大数据库。信号和通信设备数据通过统一的设备码进行关联，形成电务信息模型和电务大数据库。

3）实施信号和通信设备LCC管理。

4）探索电务设备故障预测和健康管理PHM。通过大数据统计分析，继续研究和发展电务设备健康状态评估技术，实施电务设备故障预测和健康管理；应用故障预测技术，进一步减少设备故障，减少应急处置；深化电务设备维修体制改革。

4 电务设备全生命周期管理运用

由于实施全生命周期管理涉及到设备设计、制造、施工、运维和报废各个生命阶段有关的生产流程优化和整合，因此广铁集团电务部决定率先在长沙电务段电子设备车间和信号检修车间试行、完善。

4.1 细化设备编码规则

根据《铁路信号设备单元划分、编码及表征规范（暂行）》（运电信号函［2016］360 号）的基本思想，将电子设备和入所修信号设备中可以独立装配的板卡或部件称为“器材”。将器材作为全生命周期管理的基本单位，为每一个器材设定统一的编码规则。

编码以二维码和字母数据组合2 种形式同时印制在标签上，粘贴在器材合适的位置。考虑到大量部件和板卡尺寸较小，编码尽可能简捷，总长不超过15位。

以设备为单位，设立各种器材的虚拟组合。给每个设备赋予一个唯一的设备码，包括本设备组合的所有器材。当更换设备内的器材时，先解绑设备，将设备变成一个个已经赋予唯一编码的板卡或部件；更换完毕后，再将若干器材组合成设备。设备编码与器材编码之间的关系示例见图5。其中S000000001 为设备编码， 是器材编码000000000000001～000000000000010 的 一 个 虚 拟组合。器材按照种、类、型号、同一型号内的序号等元素统一编码，保证每件器材编码的唯一性。

图5 设备编码与器材编码的关系示例

4.2 设备全生命周期成本评估

器材LCC 主要包括投资成本（CI）、运行成本（CO）、养护成本（CM）、维修成本（CF）和废置处理成本（CD），即LCC＝CI＋CO＋CM＋CF＋CD。

以长沙电子设备车间TYJL-ADX 监控机610为例，投资成本为购买和安装监控机产生的费用；运行成本主要是电费和由监控机故障引发的因耽误行车、被考核扣款等方面的损失；养护成本包括巡视检修人员工资；维修成本主要为更换监控机已坏板卡需要的采购支出；废止处理成本包括拆卸、运输淘汰的监控机产生的费用支出减去处理废旧监控机的收益。

当监控机工作状态不稳，可能引发因继续使用而带来较大损失时，及时采取提前大修更换整机措施，或者维修更换部件。虽然更换整机会增加投资成本，更换部件会增加维修成本，但减少的可能是更大数额的运行成本，则总体上减小了全生命周期成本总额。

另外，加强监控机的养护，虽然可能增加养护成本，但是可在较长时间内保持监控机状态稳定，即减少监控机维修成本。监控机老化后，养护难度加大，养护成本急剧增加，此时则将考虑更换部分老旧部件，以适当增加维修成本的方式来总体上降低全生命周期成本支出。

4.3 设备检修流程优化

1）入所设备检修流程优化。根据设备生命周期理论、设备编一器材的关系和设备劣化规律，入所设备的检修流程优化为：查询设备基础信息→根据基础信息初步评估设备健康状态→根据设备健康状态分类检修，见图6。通过步骤2、步骤3 和步骤4，分别将入所检修设备细分为大修和检修，进一步提高入所检修的精准度，提高检修质量的同时，合理利旧，节约电务设备管理成本。

图6 基于全生命周期的入所修设备检修流程优化

2）新购设备验收流程优化。优化后的新购设备验收流程见图7。增加登记赋码和导入出厂信息，对新购设备全面赋码，做到一件不漏。对设备赋予唯一的编码作为今后设备的唯一识别码。新购设备赋码之后，将设备的生产厂家、出厂日期、验收合格证编号、验收人员、主要技术参数、采购日期、设备原值等信息导入全生命周期管理信息系统。信息导入后，再顺序进行硬件检测、软件检测、检测验收和登记封装程序。

图7 基于全生命周期的新购设备验收流程优化

5 结论与展望

在铁路电务设备管理中研究和实践全生命周期管理，从电务设备合理分类、细化设备编码规则入手，将设备以及组成设备的器材赋予唯一识别码，在电务设备查询统计、故障分析、生产成本优化、设备日常维修、下道设备再利用等方面做到设备和器材“一码通”。

2020 年以来在长沙电务段电子设备车间和信号检修车间试用至今，进一步打通了多个设备管理相关信息孤岛、优化了管理流程、提升了设备质量。其中电子设备车间对25 193 项计算机联锁、TDCS、CTC 和信号集中监测主要电子设备进行赋码管理，根据全生命周期成本理念灵活地区分检修和大修，2021 年一季度设备故障率同比和环比均下降10%左右，而设备维护成本下降约20%。

基于目前电务设备相关系统多、信息孤立、维修数据采集记录不全等现状，全面实施基于电务设备全生命周期信息的LCC 管理，还有一个相关方面共同完善的过程。在长沙电务段试用的基础上，全生命周期管理将在赣深高铁等新建铁路进一步扩大应用。另外，在电务设备全生命周期信息完善的基础上，可以进一步实施设备故障预测与健康管理，提升电务设备维护管理的智能化。