智能运维与智慧监测助力城轨高技能人才培养

　　一、总体介绍

　　在交通运输领域，轨道车辆传统的故障检测方式以事后维修为主，这种模式存在诸多弊端。轨道车辆故障预测与远程诊断技术(PHM)作为保障轨道交通安全运行的关键新兴技术，正逐渐被地铁车辆设计单位与运营企业所重视并应用。然而，在人才培养方面，市面上现有的轨道车辆类实训设备大多局限于结构认知和功能装调层面，无法满足收集和处理现场应用数据的需求，难以让学生在实践中掌握 PHM 技术的核心技能。

　　在数据获取方面，轨道车辆车门、转向架、受电弓等关键部件的运行数据，如温度、压力、振动、电流、电压等实时监测数据，以及设备的历史故障数据、维修记录数据等，对于准确判断部件状态、预测故障至关重要。但现有的实训设备无法实现对这些数据的有效采集与分析处理，使得教学与实际应用严重脱节。

　　从人才需求来看，PHM 在轨道交通领域尚处于初试应用阶段，各普通高等院校与职业院校均未开设系统的相关课程。而企业在实际运营中，急需大量精通 PHM 系统应用的轨道车辆技术人才，人才的严重短缺极大地阻碍了行业技术的推广和应用进程。

　　二、主要做法

　　(一)思路目标

　　运用 AI 技术构建故障预测模型，通过对各类数据的深度分析，实现对轨道车辆车门、转向架、受电弓等关键部件故障的提前预测和远程诊断，为维修决策提供依据，提高轨道车辆运行的安全性和可靠性，降低维修成本。同时，依托实训平台，为行业培养专业的 PHM 现场工程师，满足企业人才需求。

　　(二)主要举措和具体做法

　　统一数据采集标准，优化传感器选型：深入研究轨道车辆各关键部件的运行特性和数据采集需求，联合行业专家制定统一的数据采集标准，确保实训设备采集数据的规范性和兼容性。针对不同部件的监测要求，严格筛选适配的高精度传感器。以受电弓为例，选用具备高灵敏度和抗干扰能力的360摄像头，能够精准捕捉受电弓在不同工况下的电气参数变化。同时，对传感器进行优化安装布局，确保其能稳定、准确地采集数据。

　　搭建数据中心，强化数据管理：搭建功能强大的数据中心，采用先进的大数据存储和管理技术，如分布式存储和并行计算技术，实现对海量数据的高效存储和快速检索。对采集到的数据进行实时清洗和预处理，去除异常值和噪声数据，确保数据质量。通过建立数据索引和分类机制，方便后续的数据查询和分析，提高数据利用效率。

　　运用深度学习算法，构建故障预测模型：采用深度学习算法，对预处理后的数据进行特征提取和模型训练。这些算法能够自动学习数据中的复杂特征和规律，提高故障预测的准确性。以转向架故障预测为例，将转向架的振动、应力等数据输入到经过优化训练的模型中，模型能够有效捕捉数据中的时间序列特征，提前预测转向架可能出现的故障。

　　开发实训平台，开展实践教学：开发轨道车辆 PHM 实训平台，模拟真实的轨道车辆运行场景，如图1-2所示。在车门 PHM 实训平台上，学生可以亲身体验传感器数据采集、数据处理和故障预测的全过程。通过设置不同的故障场景，让学生掌握故障诊断和维修决策的方法。同时，配备专业的教师团队进行指导，将理论知识与实践操作紧密结合，提高学生的实际操作能力和解决问题的能力。

图 轨道车辆PHM实训平台

　　(三)模式

　　建立“数据采集-数据处理-故障预测-远程诊断-维修决策”的一体化服务模式，开发轨道车辆 PHM 实训平台。加强与轨道车辆制造企业、运营企业的合作，将企业实际需求融入实训平台建设，实现产学研一体化。与企业共同制定人才培养方案，为企业定向培养 PHM 现场工程师，企业为学生提供实习和就业机会，形成互利共赢的合作模式。同时，通过举办行业培训和技术交流活动，推广实训平台的建设经验和技术成果，提升行业整体技术水平。

　　三、取得成效

　　(一)经济效益

　　通过故障预测和远程诊断实训系统每年可培养 PHM 现场工程师 60 名，这些专业人才进入企业后，可凭借所学技能提前安排维修计划。据统计，能够减少车辆因突发故障导致的停运时间约30%，大幅提高运营效率，增加运营收入。同时，精准的故障预测避免了过度维修，降低了维修成本，预计每年可为企业节省600万元。此外，实训平台的建设和运营还带动了相关设备采购、技术服务等产业的发展，创造了新的经济增长点。

　　(二)社会效益

　　提升轨道车辆运行的安全性，减少因故障引发的安全事故，保障乘客的生命财产安全。培养的专业人才为交通运输行业注入了新的活力，推动行业技术进步。通过与企业合作，促进了教育资源与产业需求的紧密结合，为职业院校人才培养提供了新的思路和模式，带动了职业教育的发展，提升了行业整体的社会形象和影响力。

　　实训平台开发通过 2024 年全球数字经济大会进行宣传推广，获得广泛关注，如图3所示。在大会现场，通过实物展示、模拟演示等方式，向参会的国内外企业代表、专家学者等展示了实训平台的功能和优势，吸引了众多行业人士的关注和咨询。多家企业表示对实训平台的技术成果和人才培养模式感兴趣，希望与北京交通运输职业学院开展合作，进一步推动 PHM 技术在轨道交通领域的应用和发展。

　　(三)创新引领

　　1.技术创新

　　将实际应用中的轨道交通列车 PHM 技术开发为实训设备，通过改善工装、适配传感器选型、设备软硬件调试等工作开发了国内首套轨道车辆 PHM 实训平台。该平台集成了多种先进技术，实现了对轨道车辆关键部件的实时监测、故障预测和远程诊断功能，为教学和实践提供了有力支持。同时，平台具备开放性和可扩展性，能够根据行业发展和技术进步不断进行升级和优化。

　　2.模式创新

　　构建了产学研一体化的实训平台应用模式，促进了教育资源与产业需求的紧密结合。院校、企业和科研机构共同参与实训平台建设，形成了协同创新的良好局面。企业为院校提供实践场所和真实项目案例，院校为企业输送专业人才，科研机构提供技术支持，实现了各方资源的优势互补，为职业院校培养高素质技术技能人才提供了新途径。