成果编号：4644

完成单位：中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所、北京经纬信息技术有限公司、中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所、北京纵横机电科技有限公司

登记编号：CAPE-CXCG-2024-J-1- 

登记年份：2024年

发布时间：2024-07-17

成果主要完成人：张惟皎、王辉、李燕、贾志凯、李超旭、陆航、邵军、牟增旭、余飞、赵士伟

一、成果项目背景

高速动车组是我国现代化综合交通运输体系的核心装备，动车组安全稳定运行、高效精益运维是保障铁路运输安全、提升路网运营效率、降低运维成本的关键核心。随着我国高铁路网规模持续扩大、动车组保有量逐年攀升、车辆服役年限不断增长，设备部件老化、隐性故障、偶发隐患等运维问题逐步凸显。传统动车组运维模式以定期检修、事后处置为主，存在故障预判滞后、检修资源浪费、运维精准度不足、数据体系碎片化等短板，难以适配高铁规模化、智能化、精细化、安全化的高质量发展需求。

为深入贯彻交通强国、铁路先行战略部署，健全现代化铁路安全保障体系，完善动车组全寿命周期管理机制，推动动车组检修运维模式迭代升级，国铁集团依托系列重点科研课题，启动高速动车组故障预测与健康管理（PHM）系统专项研发与工程应用工作。项目历经多年技术攻关、试点验证、全路推广，成功构建适配我国动车组运维体系的智能化健康管理技术体系与平台系统，全面破解传统运维痛点，实现动车组运维从被动检修向主动预判、视情维修的跨越式升级。

二、核心研发内容与关键技术

本成果立足动车组全生命周期智能运维需求，围绕数据融合、模型研发、平台搭建、标准构建、业务贯通五大核心方向，突破多项行业关键技术，搭建全谱系、全覆盖、全流程的动车组PHM智能健康管理体系，形成可落地、可推广、标准化的铁路智能运维解决方案。

1、搭建全谱系开放式动车组PHM一体化平台

项目首次构建覆盖全谱系车型的动车组故障预测与健康管理统一平台，创新打造“平台开放、模型多源、应用统一”的新型运维架构，打破传统动车组运维系统分散、数据孤立、模型不互通、应用不统一的行业壁垒。平台适配各类动车组车型运维场景，兼容多类监测模型与业务系统接入，实现全路动车组PHM业务统一管控、统一应用、统一标准，为规模化智能运维提供核心平台支撑。

2、构建动车组全生命周期大数据数据底座

针对动车组运维数据海量、多源、异构、低值冗余的处理难题，项目研发多源数据融合、清洗、提纯、归集一体化技术，搭建动车组全生命周期标准化数据底座。全面整合动车组运行监测、设备状态、检修记录、部件参数、故障台账等全维度数据，实现海量流式数据高效处理、标准化存储、智能化分析，彻底解决传统数据碎片化、利用率低、无法支撑精准研判的问题，为故障预测、健康评估、智能检修提供坚实数据基础。

3、研发关键部件PHM机理诊断与预警模型

依托动车组核心部件运行机理与故障演化规律，自主构建动车组关键设备专属PHM机理模型，实现设备隐性故障早期识别、故障趋势超前预警、设备健康状态精准评估。通过模型精准研判设备老化趋势、潜在隐患与运行状态，彻底改变传统定期检修、故障后维修的粗放模式，推动动车组运维体系全面向数字化视情维修模式转型，大幅提升运维精准度与设备安全性。

4、突破海量流式模型高速并行计算技术

针对动车组高频次、高并发、海量实时监测数据处理需求，创新构建PHM模型高速计算框架，攻克高维、复杂机理模型快速求解技术难题。实现全路海量PHM监测模型毫秒级并行运算，保障设备状态实时研判、故障隐患秒级预警、运维指令快速下发，满足高铁实时性、高可靠的在线运维管控需求。

5、建立动车组PHM成套标准化规范体系

项目牵头构建国内首套动车组PHM专项标准体系，覆盖数据规范、算法模型、接口协议、应用流程、运维管理等全维度系列化标准，填补了我国高铁PHM技术领域标准化空白，为行业技术研发、系统建设、运维应用、成果推广提供统一规范依据，引领铁路智能运维行业标准化、规范化发展。

6、打通监测-决策-执行全流程业务闭环

依托一体化平台与数据底座，打通动车组状态监测、故障研判、决策分析、检修执行、结果复核全链条信息链路，实现多业务深度联动、数据全程贯通、流程闭环管控。构建形成基于PHM大数据的动车组数字化精准维修新模式，有效规避无效检修、过度运维、漏检误检等问题，在保障行车安全的同时，大幅节约运维成本、提升检修效率。

三、项目创新亮点

1、平台架构创新：建成全谱系、开放式统一PHM运维平台

突破传统分车型、分路段、分系统的分散运维模式，首创全谱系动车组统一PHM平台架构，实现模型多源接入、业务统一应用、资源开放共享，适配全国高铁规模化运维场景，通用性与扩展性行业领先。

2、数据技术创新：解决海量多源异构数据融合难题

攻克高铁海量流式低值数据提纯、融合、分析核心技术，搭建标准化全生命周期数据底座，实现数据资源价值最大化，为智能研判、精准运维、质量追溯提供核心数据支撑。

3、运维模式创新：实现从定期检修向视情维修跨越

依托机理模型+大数据算法，实现故障早期预警、健康状态精准评估，彻底颠覆传统经验化、周期化检修模式，构建数字化、智能化、精准化的视情运维新体系。

4、标准体系创新：填补国内动车组PHM行业标准空白

形成成套化、系列化PHM技术标准与规范体系，统一行业建设与应用标准，为我国高铁智能运维技术规范化、产业化发展奠定重要基础。

四、成果应用成效

本项目自2018年启动技术研究，2020年在智能京张高铁率先试点应用，随后在全路逐步推广落地，2022年完成全路系统整合与检修业务贯通，实现全国动车组PHM系统统一部署、全面应用。成果覆盖动车组运用调度、计划编排、设备检修、状态监测、质量追溯等全业务场景，系统功能完善、模型覆盖面广、数据集成度高、运行稳定性强，完全适配我国高铁动车组运维管理体系。

在安全效益层面，通过故障超前预警、隐患精准识别、状态实时监测，有效防范动车组设备故障引发的行车安全风险，全面提升高铁运行安全稳定性；在运维效益层面，精准视情维修模式大幅减少无效检修作业，优化检修资源配置，降低设备运维与备件消耗成本，实现提质增效、降本减负；在管理效益层面，实现动车组全生命周期质量可追溯、状态可研判、运维可量化，全面提升高铁设备精益化、数字化、智能化管理水平。

项目科研成果丰硕、知识产权体系完善，累计形成国家标准2项、国铁集团技术标准5项，授权发明专利8项、计算机软件著作权7项，发表高水平学术论文40余篇，构建起技术、标准、专利、论文全方位完善的成果体系，行业技术引领性突出。

五、成果推广价值

本成果紧扣我国高铁智能化升级、智慧铁路建设、设备全生命周期精益管控的行业发展趋势，系统性解决动车组故障预判难、运维精度低、数据利用弱、标准体系缺、业务联动差等行业共性难题，打造了国内领先、成熟可靠的动车组PHM智能运维技术体系与平台方案。

成果适配全国高铁、城际铁路动车组全品类运维场景，技术成熟度高、落地性强、覆盖面广、可复制性突出，可为轨道交通装备故障预测、健康管理、智能检修、全生命周期管控提供标准化示范范例。对健全现代化铁路安全保障体系、推动高铁运维技术迭代升级、提升我国高铁装备自主运维能力、巩固中国高铁技术领先优势、带动轨道交通智能运维产业链协同发展具有重大的工程应用价值与行业推广价值。