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AFC设备运维信息管理平台的开发与应用
发布日期:2018-09-05 11:01:06

郭瑞丽, 白  鑫
( 郑州市轨道交通有限公司, 郑州 450000)

 
摘    要: 郑州地铁融合信息化技术提出建设 AFC设备的运维信息管理平台,该平台使用手持终端实现对 AFC 设备维护数据的快速采集,用信息管理系统完成对设备维护数据的快速分析,并通过估算各模块的动作次数 和设备运行状态良好率来预测设备模块的运行稳定度,辅助维修进行决策。 通过对设备和其内部模块进行统 一编码及关联映射,实现从设备到模块的跟踪管理,以及对设备维护记录、运行负荷度、疲劳度的历史追溯。 此外,建立 AFC设备维护保养台账的数据仓库,实现备品备件消耗、设备故障、设备保养记录等数据的快速检 索,从而减少维护人员工作量,提高工作效率。
关键词: 城市轨道交通; AFC; 维护管理; 信息采集; 快速分析
中图分类号: U231      文献标志码: A    文章编号: 1672 - 6073(2017)06  -0089- 06
 

DeveIopmentandAppIicationofInformationManagementand MaintenancePIatform forAFCEquipment
GUO RuiIi, BAIXin
( Zhengzhou  MetroCo., Ltd., Zhengzhou 450000)

Abstract: An information managementand maintenanceplatformisproposed to bebuiltforAFCequipmentin Zhengzhou Met- ro by using information technology.Theplatform adoptsthehandheld terminalto realizethefastacquisition ofAFCequipment maintenancedata, and theinformation managementsystem to makeaquick analysisofthemaintenancedata, and  predictsthe running stability oftheequipmentand assistsmaintenancedecision by estimating theoperation timesofthemodulesand therun- ning stateoftheequipment.TheAFCequipmentand  modulesaremanaged  by  meansofunified  coding  and  association  map- ping, and thereviewofthehistory ofequipmentmaintenance, operating loads, fatiguedegree.In addition, in orderto reduce themaintenanceworkload and improvework efficiency,thewarehouseforrecordsofAFCequipmentmaintenanceisestablished on theplatform.Asaresult, fastretrievalofdataforspareparts, equipmentfailures, and maintenancerecordsand so on can be achieved through theplatform.
Keywords: urban railtransit; AFC; maintenancemanagement; information acquisition; quick analysis
 

1    研究背景
      随着城市的发展,地铁在公共交通中的地位日趋 上升,但地铁系统中的设备种类繁杂,运维难度大,对 于自 动 售 检 票 系 统 ( automaticfareco11ection  system, AFC) ,若想把客服质量持续维持在较高的水平,需要 投入大量的资源用于日常运维[1] 。 多数企业对于 AFC设备管理的模式集中在成本和质量这两方面,虽然压 缩成本可以在短期内使企业取得显著效益,但对于设 备的长期运行来说却十分不利, 不利于企业长远 发 展[2] 。 对于运营服务企业而言,需要合理调配投入的 资源,优化设备维护管理的方法,避免资源浪费,提高 利用率。 传统意义上基于时间的设备维护方法无法及 时地掌握设备磨损程度及机械部件疲劳状态,只有当 设备出现异常情况时才能找到故障点,不可预测的设 备故障给地铁运营带来未知的风险[3] 。 敏捷化和精 益化生产理念提出后,促进了运维管理思路向信息化纵深发展。  为了进一步提高运维效率和设备维护管理 水平,本文提出了设备的集成维护方法[4] 。
      AFC系统设备主要由终端设备、服务器及工作站等组成,涵盖机械结构和软件系统两大部分。  机械结 构的维修主要针对终端设备而言,且终端设备安装位 置比较分散,无法快速发现其潜在的故障点,为了保持 系统正常稳定运行,需要投入更多的管理精力[5] 。  利 用信息化及互联网技术,可以很好地弥补因设备分散 安装导致的设备管理困难局面,并且可以快捷地完成 设备运行状态的监控和维护数据的收集。  此外,设备 的运维数据( 包括存储设备的开关机次数、机械部件动 作次数、故障停机告警等信息),是企业精益化维修管 理的依据[6] ,同时还能向更高层的系统提供接口, 便 于运营公司管理设备资产[7] 。  对于 AFC系统设备而 言,运行状态数据可以清晰地反映设备的稳定性,同时 维护保养数据涵盖设备历史运行参数和部件更换情 况,及时掌握这些数据有助于调整备品备件采购计划 和优 化 资 金 预 算, 节 省 运 营 公 司 的 成 本, 提 高 运 维 效益[8] 。
      目前,地铁运营公司对于 AFC系统的运维方法仍 无法摆脱 20 世纪中叶所提出的计划性维修理念。  基 于该理念制定的维修计划无法准确地契合设备模块及 零部件的维修需求;为了保证设备服务质量,按计划进 行维修往往存在过度维修的情况,不仅增加维护成本, 而且浪费人力成本;此外,在设备维修过程中的信息记 录多数由维修人员填写,存在很大的主观性,不便于后 期数据汇总分析;设备内部模块在调配互换的过程中 很难追踪模块的使用历史,不便于设备系统整体的运 行稳定性评估。  因此本文提出一种设备运维信息管理 平台,可以快速标准化地记录维修数据,检索分析模块 所有的历史状态,并根据历史数据预测出设备及模块 的维修需求,有效地实现了对 AFC设备的维护和管理。

2    需求分析
      AFC系统是地铁系统中直接面向乘客服务的系统 之一,其运行的稳定性直接影响着服务质量。  为使乘 客的满意度保持在较高的水平,需要不间断地做好设 备维修保养工作。
      郑州地铁的 AFC系统设备运维工作内容包括:故 障维修、备品备件申领及更换、保养耗材申领和更换、 设备及模块调配管理、设备故障趋势分析等。通常这 些工作都是单独完成的,当需要关联分析时往往需要 重新统计历史数据,导致重复工作,浪费人力物力;而且,基础数据是人工填写完后再转换成电子台账,受沟 通及数据记录人员主观意识的影响,数据的准确性会 有所降低,在一定程度上影响生产质量分析,把噪声引 入到运维管理中,使得管理决策产生偏差[9] 。
      基于以上不足和对用户需求的调研分析,本文提 出了集现场数据采集与后台数据分析为一体的运维信 息管 理 平 台 ( information  managementand  maintenance p1atform,IMMP) ,该平台需要满足设备维修管理和数据 分析两大功能。

2.1  维修管理
      设备维护管理的数据记录是后期运营质量分析的 基础,也是设备维修保养的主要工作。  IMMP需要满足 快速简便地采集设备的运维数据,并将数据及时准确 地上传到数据库,以便进行相应的数据分析。  基本需 求整理如下:
      1)  为便于管理和易于操作,设备应统一编码,并可通过采集终端快速识别该编码;
      2)  因维修工作环境可能无法实现网络覆盖,终端 软件应满足在线和离线两种运行方式;
      3)  为保证采集数据的准确性,避免维修者主观因素的干扰,数据的输入操作应以选择为主;
      4)  输入的数据应包括设备故障信息、备品备件领 用及更换信息、设备模块新增和调换信息、设备的计划 修信息等;
      5)  设备的故障信息应能涵盖设备 90% 以上故障 类别,并对所有故障进行合理分类,方便在采集终端上 的选取操作;
      6)  数据采集终端应具备故障信息维修方法提示功能,便于操作人员及时有效地修复设备故障。
      7)  提取 AFC系统中各终端设备的交易汇总数据,并同步至 IMMP。

2.2  数据分析
      设备运维管理的质量分析工作主要是对设备运维数据进行分析,数据分析的需求整理如下:
      1)  各车站的故障数量、故障类别、备品备件消耗等数据的分析;
      2)  设备及模块的更换记录、故障数量、故障类别等数据的分析;
      3)  故障信息与备件消耗的关联分析;
      4)  计划修与备件消耗的关联分析;
      5)  设备及模块的故障率分析;
      6)  设备及模块的调配保养数据分析;
      7)  设备及模块的运行状态良好率分析。

3   IMMP设计
      经过调研郑州地铁 AFC专业日常运维及管理工作 中存在的问题及改进方案,结合需求分析结果,确定了 设计本系统的目标,即需要实现设备维护数据的快捷 采集( 输入), 自动同步 AFC终 端设备的交易汇总数 据,减少维修人员的日常工作强度,准确快速地实现数 据的检索及分析,向维护管理的决策工作者提供直观 的统计数据。
      为保证 IMMP顺 利开发及快速实施,该信息管理 平台应密切结合维修工作的业务流程,优化现有工作 内容,且满足易部署、易学、易用、易维护、附属终端使 于携带等特点[10] ,此外,保证各子系统运行稳定可靠, 维修数据安全有效,同时具备一定的可移植性[11] 。

3.1  网络拓扑结构设计
      IMMP实施后把生产专网与互联网相连接,存在生 产专网被攻击的风险.鉴于交易数据是按时间段汇总的,时效性较低,同时考虑数据只需从生产网络发送到互联网,无需相互交互,因此综合信息的安全性及投资的性价比,在生产网络的历史数据库与 IMMP之间加入了安全隔离网闸,网络拓扑结构如图 1 所示。

3.2  系统架构设计
      IMMP应包括数据采集子系统、设备维修管理子系 统、数据处理子系统、数据仓库管理子系统、后台数据维护管理子系统5部分。各子系统的体结构如图2所示。

      数据采集终端采用于机搭载 APP的模式,设备维 护管理子系统采用 BIS 架构,考虑到于机操作系统的 多样性,数据处理子系统采用 Web  Service平台,数 据维护管理子系统采用 CIS 架构, 后台数据库采用MySQL5.7,服务器操作系统兼容 Windows和 Linux,开发语言用 JAVA。


3.3  设备维修管理子系统设计
      该子系统应具备的功能有备品备件管理、设备信 息管理、故障工单管理、用户权限管理、报表分析、操作 日志查询等 6 个模块。
      1)  备品备件管理:对备品备件的规格型号、厂商 信息、到货周期进行管理,对从公司申领的备件及消耗 情况进行管理,并对维修人员的领用、消耗、归还情况 进行记录等;
      2)  设备信息管理:对 AFC系统所有设备及模块进 行编码管理,并建立和维护设备与模块的隶属关系以 及维护设备( 或模块) 的基础信息,实现车站间模块的 调拨;
      3)  故障工单管理: 该模块主要实现故障工单转 办、作废、查询、审核、校验、故障单内容的定义、故障类 别及种类的管理等功能;
      4)  用户权限管理:包括角色的新建、编辑,维修人 员的新增、编辑及权限的分配等;
      5)  报表分析:生成设备故障类型、物资消耗数量及趋势、车站 I线路各设备故障类型的趋势对 比、典型故障和惯性故障的分析、维修人员工作量分析等报表,并具备数据导出及打印功能;
      6)  操 作 日 志 查 询: 查 询 该 子 系 统 的 操 作 历 史记录。

3.4  数据采集子系统设计
      数据采集终端主要完成设备的维护数据、模块的 调换数据、备品备件的消耗数据等维护记录。  它的主 要功能有基础数据同步、 管理维修工单、 物资备件消 耗、维修数据上传 4 个模块。
      1)  基础数据同步:检查设备和模块的基础信息、 设备和模块的隶属关系、故障分类信息的版本,并使其 在终端处于最新版本;
      2) 管理维修工单:管理同维修者相关的计划修工单 和故障修工单,主要功能有获取历史未修复的故障单和 别人转办的故障单,新建故障工单、完成故障工单,新建 和完成计划修工单、记录模块的互换调配信息等;
      3)  物资备件消耗:管理同维修者相关的备品备件信息,包括备品备件的领用情况及消耗情况;
      4)  维修数据上传:把维修者当日的维修数据上传到服务器。

3.5  其他子系统设计
      其他子系统因功能结构单一,在此简单叙述,涵盖 数据处理子系统、数据仓库管理子系统、后台数据维护 管理子系统。  其中,数据处理子系统主要完成对手持 终端上传的数据进行解析、入库和响应手持端的数据 请求;数据仓库管理子系统主要负责处理终端设备的 交易汇总数据,通过汇总数据估算出模块的动作次数( 工作量),对指定时间段内模块的动作次数及设备维 护的历史数据进行回溯,并与同期数据进行对比分析; 后台数据维护管理子系统主要进行系统日志解析、错 误事件分析、异常事务处理等。

3.6  业务流程分析
      经过以上建模分析,结合运维工作内容,可以得出 以下结论:
      1)  维修人员使用手持终端采集设备的维护数据, 及时上传到终端数据处理子系统,经过数据校验、分析 处理后存入数据库。
      2)  数据处理子系统响应手持终端的请求,发送设备及模块、问题分类、物资备件等数据。
      3)  操作员通过设备维护管理子系统完成对用户、 设备模块、物资备件等信息的管理,并通过报表分析模 块查询所需要的报表,为运营决策提供数据支持。
      4)  后台数据维护子系统通过分析终端数据处理 服务器的系统日志及处理因服务器异常导致未完成的 业务数据;通过分析处理设备维护管理子系统的交互 日志,查找导致业务数据异常的原因,并给出各子系统 的异常及稳定性分析报表。  各个子系统的业务流程如 图 3 所示。

3.7  数据输入设计
      快捷准确地输入数据对于 IMMP的成功及应用非 常重要,直接影响用户体验及数据分析。  本系统对影 响分类的数据都用选择的方式进行输入,把故障数据 进行事先的统计分析,结合 3 年内设备故障台账,合理 地进行聚类划分,并制订了三级分类,使得每个小类最 多只有 8 个元素,便于手持端触屏的选择操作。  对于 其他输入皆采取用户的习惯方式。

3.8  数据关联分析方法
      预估设备未来的运行情况,势必会给设备的维护 保养带来很大便利,且可以用定点状态维修代替大批 量的计划维修,节约人力物力,优化运营成本。

3.8.1  设备模块动作次数估算
      因终端设备内各模块的存储容量及处理芯片性能都比较低,通常不能记录全部的日志及动作次数,日常 维护保养中需要在模块自动覆盖历史数据前进行动作 次数采集, 且管理这些零散的数据需要花费很大的 精力。
      乘客购票的意愿、购票时所采取的方法及购票所 持币种都可看作是一个独立随机事件,因此 TVM( 自动 售票机) 内纸币处理、硬币处理和纸币找零模块在服务 乘客时服从泊松分布。
      设任意模块的动作次数为 Mi,任意 TVM的售卖交 易记录为 xi笔,任意 AGM( 闸机) 的回收单程票张数为 yi张,任意 AGM的消费交易记录为 zi笔,各模块动作次 数与交易数据的关联方法如表 1 所示。

3.8.2  设备运行状态良好率分析
      设备运行状态取决于故障停机率、机械运行负荷 度、运行时长等因素。  对于 AFC设备的运行状态可以 用一段时间内的故障率、票卡交易累计处理量、设备连 续运行时长来估算。
      在时间 t内,任意模块共发生 F次故障,其故障率 P1  =FIMi,设 UK为该模块在时间 t内的最大交易处理 量,U为在时间 t内的交易量,则其负荷度 P2  =UIUK, 设 T为该 模块 的 最 大 元 故 障 运 行 时 间, 则 其 疲 劳 度 P3  =tIT,该模块的运行状态良好率 P=P1   +P2   +P3 , 当 P>α( 设备状态阔值) 时该模块需要保养或维修。 其中,模块的最大交易处理量 UK、最大运行时间 T、设 备状态阔值 α都可以通过经验数据估算出。

4   IMMP特点
      为了降低手持终端的实施成本及方便维修人员携 带,手持数据采集终端采用手机搭载 APP的形式,主要 功能有:识别设备二维码,新建维修工单、完成维修工 单,关联消耗的备品备件,调换设备模块等,支持在线 和脱机运行两种模式。  图 4 是手持终端的主界固和新 建故障单的运行界面。

      维护管理子系统的功能主要有备品备件维护模块( 入库、出库、移库、借用、归还等) 及备品备件借用功能( 见图 5);设备维护模块( 二维码管理、设备 I模块关系 管理、设备 I模块信息管理等) ;设备 I模块关系管理( 见 图 6);故障工单处理模块( 故障单的转办、拒绝等);报表分析模块( 车站故障、备品备件消耗、模块故障、设备 故障、故障类型分析、 模块运行良好率等) ( 见图 7 )。 其中,报表分析结果可用于指导生产工作,为将来的生 产决策提供数据支持。  如,下一年度备品备件的申报 数量可以参考历年的消耗情况,下一阶段的重点维修 内容可以从故障类别趋势及模块运行状态良好率报表 中得出,模块的大修工作可以根据故障报表分析结果, 优先编排故障频发模块的保养计划等。

5   结语
      郑州地铁 AFC专业通过实施 IMMP,把维修数据、 备件消耗数据从纸面及电子台账中搬到了信息化系统 内。  用于机 APP扫描二维码和选择维护分类信息的方 式,快速记录维修数据,减少了维修人员输入维修数据 的工作量和噪声,增强了基础数据的准确性和时效性。 用信息管理系统快速完成备品备件消耗量、设备稳定 性、设备故障率等统计数据的检索,提高了工作效率。 通过估算设备模块的运行状态良好率来预测其维修需 求,为生产工作提供数据支持和决策依据,实现了系统 设计的总体目标。  此外,该系统可以便捷地追溯设备 的维修历史,根据故障分类权重的走向分析故障爆发的趋势,摸清设备的整体“ 脉象”,指导设备维修工作,便于实施设备定点化、智能化的维修。



收稿日期: 2017 03 14 修回日期: 2017 05 14
第一作者: 郭瑞丽,女,硕士,高级工程师,从事地铁运营管理及技术 研究,94659471@qq.com

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