动车组一级检修人机交替作业模式研究

陈 澄，金永祥，姜 陈

（1.中国铁路上海局集团有限公司 上海动车段，上海 201812；2.中国铁路上海局集团有限公司科信部，上海 200071)

2007年，全国铁路实施第六次大提速[1]，在提速干线开行动车组旅客列车，部分线路列车运行速度达到200 km/h以上，我国从此进入了高速铁路时代。2017年，复兴号动车组列车上线运营，运行速度提升至350 km/h[2]。随着中国高速铁路迅速发展，新线路不断建成，动车组上线运营的数量与日俱增，动车组检修工作量也随之快速增长。由于高速动车组运行速度快，安全运行要求高，因而与之配套的动车组运用检修[3]工作压力倍增，动车组检修体制、设备设施等亟待优化与提升[4-5]。目前，动车组一级检修使用的单一人工检查维护作业模式已经不能满足日常运营的需要。因此，需要研究利用智能机器人技术部分代替人工检修维护工作[6-7]，形成现代化的动车组检修人机交替作业模式，适应未来高速铁路动车组的运用与检修需要。

1 动车组一级检修现状

我国动车组实行以走行公里周期为主，以时间周期为辅(先到为准)的计划预防修，动车组修程分为5级。一、二级检修为运用检修，在动车运用所内进行；三、四、五级检修为高级检修，在具备相应车型检修资质的检修单位进行[8-9]。

动车组一级检修是对动车组的车顶、车下、车体两侧、车内和司机室等部位实施的快速例行检查、试验和故障处理的检修作业，以动车组技术状态检查为主，还包括吸污、外皮清洗、室内保洁等整备作业。动车组一级检修是涉及多单位、多工种的一体化作业，可以采用“无电(可外接电源)—有电”或“有电—无电—有电”作业模式。检修时，短编(8辆编组)由1个作业小组实施，长编(16辆编组)由2个作业小组实施。以CRH380B型动车组为例，每次一级修作业在检修库内需要安排4名作业人员，作业耗时约2.5 h。各动车组型号一级检修周期如表1所示。

目前，我国高速铁路动车组一级检修存在以下问题。

（1）检修能力趋于饱和。随着高速铁路迅速发展，动车组需求量呈上升趋势。以中国铁路上海局集团有限公司上海动车段为例，截至2019年6月共配属动车组279列(折合标准组419组)，平均每日夜间需要进行一级检修的动车组达到120～130组。受到各动车所人员数量、库线能力、检修班制等制约，大部分动车所夜间检修能力已达到饱和状态。例如，虹桥动车所共配属180组动车组，14条检修股道，实际日均检修量约66组/d。综合调车作业、股道占用、一体化联劳协作、动车组回所时间(每日20 : 00之前回所的占20%，其余80%都集中在21 : 00—23 : 00回所，时间不均衡)等因素，经写实测算，虹桥动车所夜间最大检修能力为70组/d左右，已基本饱和。

表1 各动车组型号一级检修周期Tab.1 Level-1 repair cycle of different types of EMU

（2）作业人员利用率较低。按照目前的一级检修作业模式，检修作业主要由①至④号位作业人员承担。由于作业内容和分工不同，各作业人员的作业时间存在差异。例如，CRH380B型动车组一级检修作业中，①②号位完成每组动车组的检修任务需要约2 h，而③④号位则需要约2.5 h，①②号位的作业人员在无电作业区间存在0.5 h左右的等待时间。同时，现有一级检修临修任务由检查人员承担，“检、修”同人，存在专业性不强、检查进度不流畅等问题，导致检查流程时常中断，影响检修质量及效率。

（3）生产效率存在瓶颈。近几年，新造配属的高速铁路动车组数量逐年递增，传统的人力检修作业模式存在作业总量大、作业强度高、职业病高发等问题。例如，虹桥动车所夜间日常检修任务量为66组左右，夜班作业时长共12 h，其中夜班检修共设14个作业小组，平均每个作业组需要检修4 ～ 5个标准组，按照一级修检修作业标准，每组车需要作业2.5 h计算，每人平均需要连续工作约11 h，几乎没有间休时间。其次，夜班检修压力过大，人员在夜间作业较为疲劳，存在检修质量下降的安全风险。因此，在目前修程修制框架范围内，仅使用人力开展一级检修工作的生产效率己经接近极限。

2 动车组一级检修人机交替作业模式

2.1 动车组在线智能检测系统

为了突破人力检修的生产效率瓶颈，需要借鉴智能机器人在工业、农业、国防、航天航空、医药卫生等多个领域的运用经验，研究将智能机器人技术应用在动车组检修领域，以提升动车组一级检修效率。通过不断的研究和实践，将智能机器人技术与动车组一级检修工艺相结合，在虹桥动车所研制并布设了一套“动车组入所在线智能检测系统”(以下简称“检测系统”)，基本实现了动车组一级检修作业中的车顶、车侧、车底相关部件的状态检测和故障自动识别。该系统主要由动车组入库动态检测装置、库内检测机器人系统等组成。检测系统运转流程图如图1所示。其中，入库动态检测装置布设在虹桥动车所虹高B线踏面诊断库内，实现对动车组车顶、车侧及裙板相关部件的检测，适应列车运行速度5 ～ 12 km/h；库内检测机器人布设在检修库J8道地沟内，实现对动车组底板、转向架等走行部部件的检测。同时，辅以信息化管理平台，实现数字化的现场操作和检修信息闭环管理。

2.2 人机交替作业模式

为了更好地发挥检测系统的优势，结合检测系统的特点，提出动车组一级检修人机交替作业模式。该模式中，第一次动车组一级检修作业由检修人员承担(以下简称“人检”)，下一次动车组一级检修作业部分内容由检测系统承担(以下简称“机检”)，人、机循环交替。机检作业时，系统负责对动车组车顶、车下、车体两侧实施快速例行检查；检修人员负责司机室的快速例行检查、试验，故障复核及处理。检测系统的应用逐步实现动车组一级检修作业由“人检”向“人机交替”作业模式的过渡，并形成了一整套功能齐全、运行稳定的动车组检测系统，最终达到在保证安全的前提下，提高动车所检修能力及生产效率的目的。机检作业模式流程图如图2所示。

检测系统于2018年12月14日开始在中国铁路上海局集团有限公司(以下简称“上海局集团公司”)上海动车段开展运用考核工作。在运用考核期间，固化形成了“一次人检、一次机检”的运用检修模式，即人机交替作业模式，明确了检修分工、保障方案等，形成一整套高效完整的检测作业流程。根据2019年中国铁路总公司及上海局集团公司关于动车组修程修制改革的总体方向及指导意见，计划在2020年增配该系统，并逐步推行一级检修人机交替检修模式，进一步提高检修效率，提高经济效益。

3 动车组一级检修人机交替作业模式应用分析

3.1 检测系统可靠性

3.1.1 覆盖车型及检查项目

检测系统目前基本可以覆盖CRH380B，CRH380BL及CR400BF，CR400BF-A型动车组一级检修的车顶、车侧及车底检查项目。各车型一级检修检查项目覆盖率如表2所示。

图1 检测系统运转流程图Fig.1 Detection system operation process

图2 机检作业模式流程图Fig.2 Machine inspection operation process

表2 各车型一级检修检查项目覆盖率 %Tab.2 Inspection item coverage rate of level-1 repair of different types of EMU

对于目前检测系统尚未覆盖的检修项目，对故障的恶化速度、安全风险等级、部件安全冗余度等方面进行安全风险评估，同时对2017—2018年的故障进行统计、类型分析、百万公里故障率计算，判断未覆盖的检修项目在动车组运用过程中发生故障的概率很低，这些部件运行安全稳定，风险可控，可以将该检修项目一级检修周期调整为小于等于10 000+1 000 km或运用96 h。

3.1.2 典型故障识别

基于动车组一级检修作业指导书，结合日常运用过程中发生的常见故障类型，通过实车模拟真实故障，使检测系统不断进行深度学习，了解掌握故障类型，以达到不断提高识别精度及准确率的目的。经过为期半年的测试优化以及3个月的试运用，检测系统对大部分典型故障的识别率已达到100%，基本满足日常一级检修作业要求。同时，对影响行车安全的“松、脱、断”类故障模式的识别率已达到100%。

3.1.3 部件测量数据精度

基于中国铁路总公司下发的《铁路动车组运用维修规则》，梳理日常一级检修作业中需要进行测量的磨耗件及部分车体部件的限度要求。检测系统通过不断识别、学习，逐渐形成相关部件的测量算法。目前，通过不断改进完善，对于动车组闸片、碳滑板、撒砂装置及排障器的测量精度已满足日常运用要求。其中，闸片测量精度基本达到±1 mm的测量误差；碳滑板的测量精度基本达到±1 mm的测量误差；撒砂装置的测量精度基本达到±2 mm的测量误差；排障器的测量精度基本达到±2 mm的测量误差。

3.1.4 人机互控

为提高人机交替检修作业模式的可靠性，不断优化机检作业的稳定性，同时提高人检及机检的作业质量，建立了一套人机互控机制。在人机交替检修作业模式实际运用中，一方面根据人检发现的真实故障反查机检作业是否准确、无遗漏的检查出相应的故障。如果存在机检没有发现的故障，应及时改进系统算法，提高检查精度，弥补机检检查的薄弱环节。另一方面，根据机检发现的真实故障，反查前次人检时的作业情况，依托机器人系统判定作业人员漏检或漏修，发掘人检作业执行和贯彻作业存在的问题。

3.2 经济效益

通过使用动车组入所在线智能检测系统实现人机交替检修的作业模式，能够有效提升动车组一级检修的作业效率和作业质量，产生较大的直接和间接经济效益，具有良好推广运用前景。

（1）直接经济效益。以每个6线库配备1套动车组入库动态检测装置和3条自动检修股道(6台库内检测机器人系统)进行估计，设备投入约680万元/a，使用人机交替作业模式可以节约人工成本约1 000万元/a，每个6线库每年可以节约成本约为320万元/a。如果全面铺开试用，按照目前上海局集团公司共60条检修股道进行测算，折算成10个6线库，可以节约成本约3 200万元/a。

（2）间接经济效益。实行动车组一级检修人机交替作业模式，可以优化目前检修库内的生产组织，减少车组待检时间，最大程度地提高检修股道的使用效率，在同等检修作业时间内能够检修更多数量的动车组。系统可以在动车组供电情况下开展检查作业，相较于现行的作业模式具有明显优势，可以节省股道供断电作业时间。例如，虹桥动车所目前6线检修库每晚约可以检修30组动车组。经初步测算，系统应用后，每晚约可以检修40组动车组，库线检修能力可以提升30%以上，作业效率得到了较大的提升。

4 结束语

经过不断摸索和实践，依托“动车组入所在线智能检测系统”进行的机检作业模式目前已能基本实现动车组一级检修作业车顶、车侧、车底等部件的状态检测和故障自动识别，系统通过运用考核论证，安全可靠。在此基础上，通过探索及实践，逐步形成了一套人机交替检修的作业模式。在此模式下，原一级检修人工检修周期可以延长1 倍，降低了动车组一级检修作业的人工成本，保证了检修作业质量的稳定，同时增加了现有检修库的检修能力，符合中国国家铁路集团有限公司关于动车组修程修制改革的要求，是以设备保安全的有效手段，对将来动车组修程修制的改革和优化带来积极影响。