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王小磊:人工智能技术在新能源公交车维修中的应用

2024-07-10 来源:公共交通资讯 作者:千川

王小磊:高级工程师,中国土木工程学会城市公共交通分会智库专家,曾经任重庆市公共交通控股(集团)有限公司电车公司总工程师、BRT公司书记兼副总经理、公交维修公司总经理、恒通客车顾问、吉尔吉斯斯坦共和国史德洲(Шыдыр Жол Кей Джи)有限责任公司总机械师等。王小磊先生是实现中国公交第一笔碳交易的参与者。

1. 新能源公交车的除尘

2023年12月13日上午在阿联酋迪拜,有167个国家参加的《联合国气候变化框架公约(United Nations Framework Convention on Climate Change,UNFCCC)》第二十八次缔约方大会(UNFCCC COP28)由阿联酋工业和先进技术部长、COP28主席苏尔坦·贾比尔宣布了最终协议《阿联酋共识,UAE Consensus》。《阿联酋共识》明确提出各国要“以公正、有序和公平的方式,在能源系统中转型摆脱化石燃料”。如果直接从公交的角度解读,使用化石燃料的车辆将逐渐退出公共交通服务,新能源将重构公共交通服务系统。新能源公交车的大规模使用,运维的工作会相应的增加,对车载电气设备的除尘就是就是其中的重要工序之一。

1.1 粉尘对电气设备的影响

新能源公交车载的电气设备,因运行中产生的静电和气候环境等因素影响,极易在电气设备表面累积覆盖各种粉尘(如矿物、化学、纤维等粉尘),这些粉尘的其主要影响如下:

i. 降低绝缘性能

粉尘的积聚在电气设备表面,极易造成绝缘强度降低,增加了引发漏电、电弧等事故的风险,尤其是在环境潮湿的地区;

ii. 降低散热性能

粉尘在需散热的电气设备表面堆积会形成隔热层,进而导致设备温度升高,引发过热故障和火灾风险;

iii. 设备运行不稳定

粉尘的积聚会影响电气设备的正常运行,导致设备的各种“软”故障频繁不能正常运行。

1.2   最原始的除尘工艺及影响

i. 车辆维修作业“吹尘”的历史

最早的维修除尘源于无轨电车维修时,是用压缩空气对车载电气设备(电机及控制系统)除尘的,因为是人工使用压缩空气对设备表面的粉尘直接吹,故而被称为“吹尘”。

ii. “吹尘”的 影响

因条件所限,几乎所有“吹尘”作业都是在户外进行的。作业时整个作业区粉尘漫天飞舞, 如遇有风气候则将对周边环境带来严重的污染;在此环境下工作的作业人员,患尘肺病的风险非常大。

iii. 二次“吹尘”

因为无法控制“吹尘”产生的粉尘气流,作业区的漫天飞舞的尘埃紊流会在第一次“吹尘”之后,回落至设备表面,就需要进行二次“吹尘”。

2. 维修企业将面临的问题

在使用化石燃料的车辆将逐渐退出公共交通服务,新能源公交车的数量将急剧增长,其维修工作量也将大幅度增加的背景下。2023年9月7日全国汽车维修标准化技术委员会公布了《新能源汽车维修维护技术要求(征求意见稿)》,指出:在新能源车的维修作业中,必须对“三电”、转向、空调等主要总成和系统进行除尘。这一法规性文件显然已经把除尘作为电动车维修的重要工艺之一。

另外,根据目前政府的环境保护和社会保障政策,设立在城市核心区和周边的新能源公交车维修企业,将不可能在维修作业中再进行“吹尘”作业,如何进行有效、环保的除尘,已成为各地公交维修企业研究的课题。

3. 采用人工智能技术的智能化除尘设备

鉴于新能源公交车维修市场的需求,已经有企业把人工智能机器人技术,用到新能源公交的电气设备进行除尘,其作业效率与人工“吹尘”相比,提高一倍以上。

3.1 智能化除尘设备采用的人工智能技术

i. 定位

采用已经非常成熟的自动驾驶车辆的导航技术,配合除尘空间内的定位装置,可以弥补各种型号公交车在室内停车位置差异,其位置差异可以控制在标准要求的±10cm范围以内;

ii. 涵道风机

涵道风机是一种能量转化机械,它将机械能转换为气体的动能和压力能。相对于其它类型的风机,涵道风机的叶轮外径较小,旋转速度较高,内部具有多个流道,现代流体力学的设计可以使气体在叶轮中获得更多的动能和压力能,在同样功率消耗下, 涵道风机会产生更大的推力。更适合在公交车狭小的电气设备舱的吹尘作业;

iii. 机器人

涵道风机安装在协作机械臂或直线坐标机器人上,配合自主移动的底盘扩大机器人的运动范围,可以将涵道风机运动到新能源公交车需要除尘的电气设备的位置,由于其运动非常灵活,可以在各种车型狭小的电气设备舱进行作业。此项技术的难点在于重度粉尘下的定位方法及其重复定位精度应达到毫米级,避免与车体部件的碰撞,目前已经取得突破并验证成功。

3.2 专用除尘室除尘的作业场景

将需要除尘的车开进密闭的除尘室,自主移动的机器人把体积小、风力强的涵道风机运动到需要除尘的位置吹尘。车间两侧及后部正对舱门布置多台集尘设备或分布式集尘系统,在粉尘溢出舱门的方向,集尘系统的负压配合粉尘运动的速度进行快速的粉尘收集。相较于一般的顶部压风及底部吸风的方案,有效避免了由于气流紊乱导致的效率降低,大幅度降低了车间用于集尘的能耗。由于空间内粉尘被收集,有效减少粉尘回落导致的二次污染,提升清洁质量。应用这种除尘方式,除了能够保证除尘质量,避免了了该岗位的劳动卫生安全的风险,减少了维修时间、提高了工作效率,节约了该工序所需能源,还消除了除尘作业对周边环境可能产生的污染。

3.3 维保工位除尘的作业场景

把直线坐标机器人、涵道风机、集尘器、集尘罩等设备安装在可移动底盘上(小车可以自动导航,也可以人工手动),成为一体化移动除尘机器人。除尘时将机器人靠近新能源公交车电气舱并根据车体电气舱门高度调整集尘罩高度,使集尘罩与车体间形成密闭空间,机器人可以根据作业舱门的尺寸选择选择作业区域范围。启动自动除尘后,集尘器,直线坐标机器人末端安装的涵道风机顺序启动,自动执行选择的作业范围。裹挟着粉尘的气流在集尘器负压的作用下进入集尘器。作业完成后,程序控制依序关闭涵道风机及集尘器。

这种小型的自动化除尘设备既可以用于维修厂、也可以用于车队停车场的维保工位除尘作业。已经有城市在新能源公交车运维规范中明确规定,在气候环境较差区域运营的车辆,为了能够安全运营,车辆的电气设备的除尘会作为车辆“例保”的一个内容,这种除尘设备正好满足了需求。

4. 智能化除尘的优势

智能化除尘设备已经过多家城市公共交通维修企业试用验证,其产生的优势如下:

4.1 劳动安全卫生

用智能化除尘设备采用的技术进行新能源车的维修除尘作业,以智能机器人取代人工“吹尘”。除尘工序期间,实现操作人员与粉尘的完全隔离,避免了人工作业带来患尘肺病的风险,符合《中华人民共和国劳动法》中关于“劳动安全卫生”法律规定。

4.2 环境保护

新能源车的维修作业中如果产生的粉尘污染,属生产过程中粉尘排放,是《中华人民共和国大气污染防治法》规定的“工业污染防治”范畴,人工智能技术的智能化除尘技术,工作场所粉尘浓度远远低于国家标准(车间空气中一般粉尘的最高允许浓度为10毫克/立方米)的要求,能彻底解决在新能源车的维修作业中产生的粉尘污染,而且对作业区周边的环境没有任何影响,符合该法的第四十三、四十八条之规定。

4.3   节能减碳

i. 降低辅助时间成本

公交企业最大的问题莫过于安全运营,加强车辆的运维是安全运营的保障措施之一,采用智能化除尘设备,每辆车的除尘作业时间可以缩短到5-10-分钟,整个车队几十辆车的辅助业务时间将大大缩短,增加车辆的出勤率,可以有更多的时间来投入到运营中,进而可提高新能源公交车的使用效率。

ii. 降低能耗

利用粉尘的运动速度进行粉尘收集,以及通过与机器人作业区间联动的分布式集尘系统方案,大幅度降低用于降尘及粉尘收集的功率消耗,更高的作业效率带来的更短的系统运行时间,避免粉尘回落导致的二次“吹尘”等,都意味着除尘所消耗的能源的降低。

iii. 减碳效应

a) 新能源公交车出勤率的增加,不仅将降低km/车成本,还会因为增加载客量扩大碳普惠数据与覆盖面,并增加公交在城市交通出行中的分担率;

b) 除尘所消耗能源的降低数据,可以按节约标准煤直接折算减碳数据。

5. 结语

新能源公交车的维修与传统公交车的维修,存在一定程度上的差别,除尘工艺就是其中之一。在新能源公交车维修过程中,采用人工智能技术的智能化除尘技术,将人工智能机器人、自动驾驶车辆等技术与新能源公交车维修作业进行了优化组合,是多行业跨界融合的技术创新结晶,其具有的高科技含量、高效能和高质量的特征。该技术给公交车辆维修企业通过创新性配置了生产要素,为除尘这项新能源公交车维修重要作业的劳动安全性和环境保护安全保障,是公交企业形成新质生产力的途径之一。

为进一步推动“环保、健康、高效”的维修生产方式发展,由中国土木工程学会学术与标准工作委员会立项的《新能源公交车电气舱除尘作业技术要求》,目前已完成大部分前期编制工作,预期2024年发布。相信随着标准建设工作的推进及未来更多的推广应用,通过大量的验证及技术迭代,智能化除尘技术将会更加完善,相关解决方案会更加丰富。可以肯定的是,应用这项技术可以为公交企业提供健康、环保、高效的维修生产环境,具有非常大的可持续发展空间。

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