于建游 1 吴建波 1 刘家俊 1 刘畅 1 刘荣 2 母佳 2
1、河北省高速公路延崇管理中心，河北 延崇 075400 2、西南交通大学，四川 成都 610000
摘 要：目前，高速公路大量的PPP项目进入了运营维护阶段，如何“以有限的运营维护费用实现项目的全过程、全寿命周期管理，最终以合格的产品顺利移交”成为各方高度关注的问题。本文以基础设施项目的辅助专业设备为研究对象，研究其在运营维护期的准时制状态检修技术，实现“以设备状态为基础，制定科学的检修策略，使各设备始终保持良好的技术状态运行，最终以合格的产品顺利移交”的目标。
关键词：高速公路；准时制状态检修技术；设备运维
中图分类号：P628，TP391.9 文献标识码：A 文章编号：2096-4390（2020）08-0091-03
根据高速公路在建项目多年的运营维护实践表明，现有辅助专业的设备在运营期处于“亚健康”状态，特别是其检测和故障诊断手段具有明显的局限性，主要表现在：一是不预知性，即不能详细掌握设备的健康状况，不能确定故障的发生时间，常常导致突发性故障，对运维系统的稳定造成严重影响；二是不确定性，即没有相应的故障诊断技术对设备的故障进行定量地分析和综合判断，不能准确定位故障类型和故障点，常常延误故障处理时机，造成经济损失；三是不连续性，即仅凭技术人员的工作经验，没有形成系统、科学的检测方法和制度，常常造成主观臆断。
1、准时制的定义
按照准时制（Just In Time--JIT）的标准定义指的是一种生产方式，即在所需的时刻，按照需要的数量生产所需要的产品的生产模式。其目的是加速半成品的流转，将库存的积压减少到最低的限度，从而提高企业的生产效益。
应用于状态检修的准时制，我们定义为以时间为前置参数，在PPP合同确认的时间范畴内（运营期），以优质的服务提供“一个流”的同步条件下的设备技术状态，确保设备始终良好运行，最终以合格的产品顺利移交。
2、状态检修的定义
状态检修（State Maintenance）是在准时制和前瞻性的前置条件下，将新的设备诊断技术应用于设备运营维护期的管理，根据设备状态监测和故障诊断所预知的设备状态，来确定设备维修工作的时间和内容，制定出科学的维修策略，提高设备运行维护的可靠度。
3、状态检修的组成
我们认为，设备状态检修模式主要由五部分组成：一是先进的设备故障诊断技术。它包含相关理论和检测仪器两部分，以相关理论作为实施的指南，检测仪器作为支持的手段，两者结合成为有效预知状设备状态的基础；二是科学、系统的维修管理。依托各类检测仪器，结合先进的诊断技术，对设备进行状态检测和健康评估，绘出设备运行的发展趋势图，结合全系统的运行工况和运营维护工作实际，制定单台设备的运行表，确定维修时间，形成全状态的预知维修；三是系统的信息处理技术。建立完整的设备历史状态信息库，实现检测信息统计、分析、处理、归档的全过程管理，为设备的状态评估提供可靠的信息保证，为设备的经济可靠运行提供技术支持；四是经验丰富的专业技术人员。培养一支结构合理的专业人员队伍，完成使用检测仪器、分析检测结果、管理设备和开展学术研究等工作；五是完善的规章制度。从设备的设计、选型、制造、安装、投运、运行和退役等各个环节入手，建立完善的制度，科学使用和管理试验仪器，实现人机结合，为设备的经济可靠运行提供完备的制度支撑。
4、状态检修的特点
通过分析，我们认为，状态检修具有三个显著的特征：一是预知性，即用先进的诊断技术检测设备的状态，提前掌握设备健康度的第一手资料；二是系统性，即依据对设备的状态检测，给出设备运行趋势，制定维修计划，充分体现系统化的集成度，展示其经济性价比；三是安全性，即通过状态检测，判断设备运行状态，提高设备健康水平，保持运维系统稳定运行。这三个特征，我们感到，这种新型设备检修模式预示着将成为今后基础设施建设项目运营维护的发展趋势。
5、状态检修与运营维护的关系
随着公路设备运维技术的发展，基础设施建设实现了跨越式发展：一是全新的项目管理模式结束了“以单纯施工为主的单一管理模式”的历史，使项目管理发生了质的变化；二是全新的项目管理理念和施工技术取代了“人工＋设备”的施工手段，使项目建设的安全性、精益化水平大大提高；三是全新的商业运营模式转变了“传统”的项目建设管理方式，为现代化企业管理创造了有利条件。
目前，大量的PPP项目进入了运营维护阶段，特别是在各新建项目中辅助专业具有设备类型多、数量大、系统复杂、自动化程度高的特点。“如何保证辅助专业设备在运营维护期安全稳定运行”就成为项目建成后设备运营维护管理的首要课题。我们认为，必须以全新的理念，按照现代化的设备管理模式，以“连续运行的数轴单边理论”为基础，以提高设备稳定运行能力为立足点，以建立辅助专业实验室为切入点，以全方位实施设备状态维修为着眼点，逐步完善“技术总师系统宏观调控、系统抓总，路桥总部机关规划协调、分类指导，检测中心实验室微观调节、技术把关”的功能，使设备始终在良好的技术状态下运行，在项目运营维护期具备持续可靠的经济运行能力，最终以合格的产品顺利移交，实现基础设施建设设备运营维护管理的新突破。
6、连续运行状态的数轴单边理论研究
（1）数轴单边示意图：
.png)
我们研究认为：
一是数轴的每个数值点微积分的连续性，形成了状态；
二是数轴的连续运行（即数值点在时间轴的运动）与时间有关系，与状态点的数值有关系；
三是状态参数在以时间轴进行单向运行。原有的数轴取值是在一个方向上的数学体现。而状态参数是与时间参数有着“一对一”的关系，即一个时间参数对应着一个状态参数。这就是数轴单边理论的核心－－在时间参数的基础上还有状态参数的实现，也就是在数轴上以（α,t）表示了单边的状态参数与时间参数的取值问题。这是我们的原创理论，其核心是数轴的数值显示用（α,t）表示，即“状态”的确认。
四是（α,t）=（0,0）的意义在于时间原点和状态原点在运行条件下，其负值（-α,-t）代表了建设期，正值（+α,+t）代表了运营期，而原点就是PPP项目主合同确认的回购期计取的时间值和经济值。
五是以时间起始原点进行平面旋转，可以得到状态参数的运动轨迹，也就是状态参数与时间参数的“对冲”，其代表了状态参数的经济运行曲线。
（2）理论公式（Theory and formula）：
（3）状态的参数（α，t）（Status parameter）
以上为连续运行状态的数轴单边理论，可引用于PPP项目现实状态下的项目管理运营维护工作。
PPP项目的建设期、运营期这两个标志性的时间节点代表了数轴单边运动的时间与状态的参数值，为我们策划其经济运行曲线提供了理论计算依据。由此，我们可以证明：
.png)
（5）PPP项目的建设成果可以用“连续运行状态的数轴单边理论”展示为“状态参数在时间轴的单边方向下的连续运动，其旋转运动轨迹形成了项目管理的经济运行曲线 ”。
其中，我们通常所说的设备状态的“浴盆曲线”，其理论解释可以就是：根据时间的单边运动，状态由弱变强，再趋于稳定。（浴盆曲线的示意图）
浴盆曲线示意图
（4）状态参数的经济运行曲线
.png)
经济运行曲线图
此曲线采用工程计算法，以（1+X）×n=λ与（1+X）n=λ对比计算反推出状态参数的经济运行曲线，再由理论值进行计算。从t1到 t2的运动轨迹可以得出“倒浴盆曲线”，用实践证明了“连续运行状态下的数轴单边理论”。
7、状态检修的实施策略
（1）基础设施建设辅助专业的确认
近年来，随着公路维护新型项目的全面建设实施，全新的项目管理模式使得基础设施主专业（道路、桥梁、隧道）的新技术含量剧增，从而对其所属的辅助专业的技术要求也越来越高，投入到辅助专业的新型设备和新增检测项目对设备运维管理提出了更新的要求。因此，为了实现设备标准化、制度化和系统化管理，从系统需求、专业需求、设备需求、人员需求、技术需求、任务需求等六个方面对辅助专业进行划分，体现系统运行管理和设备检测维修两条主线，基本包含了电力配网运行监测、动力设备故障诊断与预防性试验、给排水管网状态检测、综合自动化系统和仪器仪表维修校验、照明系统、绿化养护等六个子系统。从而，为掌握辅助专业设备运行状态、全员额了解设备技术细节，顺利开展状态检修提供专业技术依据。
（2）成立基础设施建设辅助专业实验室的必要性
在研究“连续运行状态的数轴单边理论”的基础上，为了更好地为理论研究提供支持性成果，我们认为，应该在中电建路桥检测中心成立辅助专业实验室，这是开展辅助专业设备状态检修技术支撑性的关键，其中仪器、技术、人员和制度是成立实验室的基础。因此，我们认为，辅助专业实验室必须具备状态检测、故障诊断、信息管理、学术研究和专业培训五个基本功能。
1）状态检测功能
通过辅助专业实验室技术人员对设备的日常巡检和定期检测工作，分析处理各类检测数据，绘制设备的“健康”曲线，为掌握设备运行状态提供预知信息，确定设备维修及使用意见。
2）故障诊断功能
通过辅助专业实验室各类先进的检测仪器，对故障设备进行诊断，经过数据分析，界定故障机理，判明故障原因，给出故障处理意见。
3）信息管理功能
编制设备信息处理系统，建立设备历史状态信息数据库，实现对检测信息的统计、分析、处理、归档的全过程管理，为设备的状态评估提供可靠的信息保证。
4）学术研究功能
结合辅助专业设备的运行情况，组织专业技术人员有针对性地开展学术研究，不断提高对设备的检测能力，完善实验室的功能。
5）专业培训功能
依托辅助专业实验室，开展各种实际操作训练、理论分析训练和系统模拟训练，培养一批操作型人才、分析型人才和总体型人才。
.png)
（3）状态检修策略的确认
状态检修涉及了管理模式、监测技术、设备诊断、状态评估、经济分析、人员素质等多个方面，其核心是建立一套相应的管理体制来保证先进的检修策略的实施，以实现对设备运维期的全方位现代化管理。
1）制定状态检修研究“三步走”目标
为确定状态检修的研究方向，加强工作的整体规划，按照“总体规划、分步实施、先行试点、稳步推进”的原则，制定状态检修研究“三步走”的目标：第一步，成立研究小组，进行基础理论研究，形成论文底稿，开展学术交流，不断丰富和完善基础理论部分；第二步，根据理论研究成果，成立课题组，申报课题。同时，持续推进状态检修研究，根据辅助专业设备的类别、重要程度、健康状态和故障情况，依托重点在建的PPP项目，选择部分辅助专业设备开展状态检修试点，建立健全状态检修工作组织机构和相关制度、工作标准，重点放在设备状态检测技术的应用与分析上；第三步，全面深化状态检修，将其研究成果涵盖到所有辅助专业设备，进一步丰富、完善检测手段和管理手段，形成具有自身特色的基础设施建设辅助专业设备运营维护管理模式。
2）建立状态检修组织机构和检测网络
为加强对设备状态检修工作的组织领导，应该采取集中控制与分级管理相结合的方法，成立了状态检修的三层组织机构和两级检测网络。三层组织机构为决策层、管理层和操作层。决策层由设备运营维护管理主管领导和技术专家组成，负责状态检修的规划、管理，作出检修决策，评估实施效果等；管理层为检测诊断中心，具体负责获取设备状态信息，分析评估后提出检修建议，制定或审查检修方案、工艺等，同时负责检修的实施监督和检查验收；操作层为运营检修班组，负责设备状态检测、检修和维护，制订检修项目的具体实施方案，对检修项目的质量负责。两级检测网络即为检测中心和检修班组，分别负责设备动态信息（运行信息）的监测和静态信息（常规试验）的检测。
3）制定状态检修管理制度和技术标准
与传统计划检修管理模式相比，设备状态检修是一项更为科学、更为严谨的系统工程，需要有健全、完善的制度作保障。为此，必须制定设备状态检修管理办法、状态检修控制程序、状态检修实施细则、状态诊断管理办法等管理制度，编制设备状态检测标准化作业指导书、状态诊断标准、设备状态评定分级与检修策略、设备维修技术标准等5技术标准，为推行设备状态检修提供可靠的制度保证。
4）配置先进的检测仪器及监测设备
全面、系统的状态监测数据是状态检修的信息基础，能否用先进的检测技术预先掌握设备所处的状态，查明缺陷性质及其严重程度是状态检修的前提。因此，必须高度重视检测手段建设，配置相应的检测仪器设备。如配备电气设备绝缘检测装置、电气特性检测装置、动力设备特性检测装置、红外监测装置，以及故障诊断装置等仪器，在设备现场安装了电能品质监测系统、机组振动监测系统等在线监测装置。
.png)
（4）采取技术联合的实践方法，实现对专业的全覆盖
状态检修的图表、计划、方案
.png)
（5）形成基于实践检验的评价体系，构建智能分析的专家系统
1）设备状态信息处理
一是信息来源。设备信息由三部分组成：设备原始随机资料、设备检测信息、设备运行检修信息。设备原始随机资料主要来源是设备改造和新建时的竣工资料，并将其中可依据的设备原始信息进行分类和整理，形成设备状态原始信息，如原始数据、设备铭牌等。设备检测信息在进行检测过程中采集。设备运行检修信息由运行和检修提供，包括设备检测时的运行工况，包括故障、出力、异常与缺陷处理等信息。
二是信息处理的任务。辅助专业实验室进行设备信息处理的主要任务是将各类信息进行收集、整理和鉴别，并结合检修运行信息将检测信息进行处理，并与设备原始信息和历史数据比较得出可供状态诊断的变化量、状态参数曲线等诊断信息。
三是信息处理的方法。建立设备信息档案，对设备信息实施档案化管理，通过整理和鉴别后输入计算机管理，形成设备状态信息库，对各类信息利用软件和处理模型进行处理形成状态诊断信息。其工作流程见下图。
.png)
2）设备状态诊断
设备状态诊断是依据设备状态诊断规程和状态判据对状态诊断信息进行分析和判定，从而进行设备状态诊断、故障预测、故障诊断的过程，最终确定设备状态、故障性质机理、故障预测时间等结论，提供设备检修计划、故障处理意见和设备运行意见。状态诊断一般结合检修、状态测试进行，其工作流程见下图。
.png)
设备状态检修智能分析专家决策系统
参考文献