物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通設(shè)備設(shè)施維修的探索

何 霖 姚世峰 馮亞琳

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司，510335，廣州//第一作者，教授級(jí)高級(jí)工程師)

1 城市軌道交通行業(yè)維修業(yè)務(wù)特點(diǎn)

城市軌道交通行業(yè)開展維修管理的任務(wù)，就是通過恰當(dāng)?shù)臋z查檢測(cè)、維護(hù)保養(yǎng)及維修手段，用合理的維修成本，保證設(shè)備以良好的運(yùn)行狀態(tài)持續(xù)運(yùn)行，為乘客提供良好的服務(wù)產(chǎn)品。

在維修業(yè)務(wù)的組織中需要選擇恰當(dāng)?shù)木S修策略，統(tǒng)籌考慮維修成本及設(shè)備可用性等管理目標(biāo);在計(jì)劃維修、狀態(tài)修、故障維修等維修方式之間找到恰當(dāng)?shù)钠胶猓绕湟紤]行業(yè)維修業(yè)務(wù)特點(diǎn)。

設(shè)備是承載城市軌道交通服務(wù)的主體。設(shè)備狀態(tài)決定了運(yùn)輸服務(wù)的質(zhì)量與水平，關(guān)系到公共交通安全。對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修的目的，就是為了確保良好的設(shè)備狀態(tài)，降低故障發(fā)生率。

城市軌道交通設(shè)備維護(hù)維修管理具有兩個(gè)最大的特點(diǎn):一是設(shè)備數(shù)量龐大、種類繁多，二是設(shè)備分散，維修作業(yè)區(qū)域廣。以廣州地鐵為例，其一條線路就有20 多種專業(yè)設(shè)備，設(shè)備臺(tái)(套)數(shù)超

過2 萬。

2 網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營環(huán)境下設(shè)備維修面臨的挑戰(zhàn)

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營條件下，設(shè)備維修面臨以下挑戰(zhàn):

(1)技術(shù)多樣化對(duì)線網(wǎng)設(shè)備設(shè)施維護(hù)質(zhì)量提出了更高要求。城市軌道交通技術(shù)發(fā)展日新月異，新設(shè)備與既有老舊設(shè)備、系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)作存在諸多問題與挑戰(zhàn)。

(2)生產(chǎn)組織復(fù)雜程度急劇上升，調(diào)度資源分配難度增大。運(yùn)營線路網(wǎng)絡(luò)化后，各個(gè)作業(yè)組織的協(xié)調(diào)必須站在線網(wǎng)層面統(tǒng)籌考慮，之前的手工管理模式制約了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)效率的提高。

(3)現(xiàn)場(chǎng)維修維護(hù)作業(yè)管理難度加大。各專業(yè)設(shè)備之間接口復(fù)雜、關(guān)聯(lián)度高，容易造成維修人員現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)的誤判，從而產(chǎn)生專業(yè)間配合統(tǒng)籌效率下降等問題。以廣州地鐵為例，日間運(yùn)營結(jié)束后，線網(wǎng)中20 多個(gè)專業(yè)的近20 萬臺(tái)(套)設(shè)備設(shè)施分布在不同的站點(diǎn)和區(qū)間，接口復(fù)雜，有大量的人工測(cè)點(diǎn)、檢修記錄，通過傳統(tǒng)臺(tái)賬管理已經(jīng)難以應(yīng)付現(xiàn)有的維修及設(shè)備維護(hù)需求。

(4)業(yè)務(wù)分散控制，信息集中優(yōu)化的需求日益突出。傳統(tǒng)的獲取信息的模式已難以確保信息的及時(shí)性、完整性和真實(shí)性，如何做到信息集中管控，并基于海量數(shù)據(jù)進(jìn)行策略級(jí)的管理優(yōu)化，是大型城市軌道交通企業(yè)必須解決的問題。

(5)人員急速擴(kuò)張帶來的安全隱患必須通過有效的手段予以控制。線網(wǎng)擴(kuò)張同步帶來人員的急劇增加，而新員工的成長(zhǎng)有一個(gè)逐步提升的過程。如何將新手可能帶來的安全隱患降到最低，則需要有效的工具和手段。

3 對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的認(rèn)識(shí)

3.1 物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)簡(jiǎn)介

1999年移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議最早提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。目前普遍的物聯(lián)網(wǎng)概念是:任何物體以特定的協(xié)議通過紅外感應(yīng)器、射頻識(shí)別、二維碼等智能傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接通信，智能地去識(shí)別、監(jiān)控和管理這些物體。傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展和延伸。網(wǎng)絡(luò)被延伸到了任何物體之間，任何物體之間都能進(jìn)行通信。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已開始廣泛應(yīng)用于電力、交通、公安、農(nóng)漁業(yè)、物流等領(lǐng)域，并進(jìn)一步延伸到其他行業(yè)。

移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，誕生時(shí)間較短，發(fā)展迅猛。其概念在20 世紀(jì)末被提出，目前仍處于明確內(nèi)涵和拓展內(nèi)涵的初期階段，尚未形成比較統(tǒng)一或者被廣泛認(rèn)可的定義。綜合來說，移動(dòng)互聯(lián)是基于移動(dòng)通信技術(shù)以及廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)的各種移動(dòng)信息終端按照一定的通信協(xié)議組成的。移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)呈現(xiàn)出以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì):逐漸超過傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng);社交化趨勢(shì);向移動(dòng)電商端發(fā)展;移動(dòng)互聯(lián)終端趨向多樣化，以及開放平臺(tái)與應(yīng)用的多樣化。

3.2 移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在維修業(yè)務(wù)的可應(yīng)用性思考

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)而言，其核心不在于物與物連接，而在于為什么而連接，以及連接之后可以做什么。其在維修業(yè)務(wù)的可應(yīng)用性可以從以下幾個(gè)方面入手:

(1)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電子標(biāo)簽功能，使每一臺(tái)設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，狀態(tài)可被隨時(shí)獲知，便于管理;

(2)利用移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的移動(dòng)終端作業(yè)方式，讓設(shè)備設(shè)施維護(hù)維修在線作業(yè)“隨時(shí)隨地”變成可能;

(3)整合并設(shè)計(jì)一套基于移動(dòng)互聯(lián)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)級(jí)設(shè)備管理信息系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)維修業(yè)務(wù)管理有標(biāo)準(zhǔn)、操作有指引、計(jì)劃有統(tǒng)籌、執(zhí)行有監(jiān)控、事后可追溯、數(shù)據(jù)可分析的管理目標(biāo)。

4 在維修業(yè)務(wù)中引入物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的設(shè)計(jì)方案

4.1 總體設(shè)計(jì)原則

以維修現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)精細(xì)化為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，將管理標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化與固化，利用先進(jìn)工具有效監(jiān)控作業(yè)過程，提升質(zhì)量管控能力，同時(shí)提供更直觀的工作指引;以此為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)，系統(tǒng)考慮人、財(cái)、物等相關(guān)業(yè)務(wù)的協(xié)同性，設(shè)計(jì)整體的信息化解決方案。

4.2 信息化建設(shè)方案

4.2.1 應(yīng)用架構(gòu)方案

應(yīng)用架構(gòu)共分為4 層，分別為維修業(yè)務(wù)管理層、支撐管理層、決策支持層和渠道接入層。如圖1所示。

4.2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方案

設(shè)備維修數(shù)據(jù)是設(shè)備維修系統(tǒng)的核心。需對(duì)眾多數(shù)據(jù)進(jìn)行全面梳理，制定數(shù)據(jù)規(guī)則，力求其既能滿足管理需求，又符合維修現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)習(xí)慣。所涉及到的核心數(shù)據(jù)包括以下6 類:①公共位置編碼;②位置編碼;③設(shè)備編碼;④預(yù)防性維護(hù)編碼規(guī)則;⑤標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)模板編碼規(guī)則;⑥故障代碼編碼。

4.2.3 技術(shù)架構(gòu)方案

綜合考慮該應(yīng)用的生產(chǎn)支撐性質(zhì)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性、性能、擴(kuò)展性等方面均有較高要求。廣州地鐵采用成熟產(chǎn)品與二次開發(fā)相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案。其基于IBM 公司 MAXIMO 軟件產(chǎn)品，通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了施工管理、手持終端的管理功能。

技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)中著重考慮了物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)在方案中的引入，在實(shí)際的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理應(yīng)用中，將MAXIMO 后臺(tái)功能與前臺(tái)手持終端、標(biāo)簽應(yīng)用有機(jī)融合。技術(shù)架構(gòu)在終端層的實(shí)現(xiàn)情況如圖2所示。

4.2.4 硬件與網(wǎng)絡(luò)部署方案

為了確保系統(tǒng)的高可用性以及安全與穩(wěn)定，廣州地鐵對(duì)應(yīng)用服務(wù)器(APP)和后臺(tái)服務(wù)器(PM)采用負(fù)載均衡方式進(jìn)行部署;數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用主備集群方式進(jìn)行部署，以保證數(shù)據(jù)庫的可靠性。

圖1 廣州地鐵維修業(yè)務(wù)信息化應(yīng)用架構(gòu)

圖2 廣州地鐵維修系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)在終端層的實(shí)現(xiàn)

在每個(gè)車站、車輛段檢修庫及車廠調(diào)度室安裝無線WIFI，方便工單下載與數(shù)據(jù)上傳，實(shí)現(xiàn)當(dāng)晚作業(yè)數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到中央服務(wù)器。

手持終端設(shè)備采用具有較高的穩(wěn)定性、運(yùn)行速度快、適于便攜的民用手機(jī);標(biāo)簽使用二維碼標(biāo)簽，將公共位置、設(shè)備位置、設(shè)備等予以標(biāo)志。利用物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，將維修作業(yè)管理延伸到了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備、位置與人的關(guān)聯(lián)以及與作業(yè)任務(wù)的關(guān)聯(lián)，并實(shí)時(shí)采集設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)積累，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析、利用、預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

5 應(yīng)用成效

廣州地鐵引入物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的新維修信息系統(tǒng)自2013年10月開始建設(shè)，于2014年4月實(shí)現(xiàn)在3號(hào)線北延段上線試運(yùn)行，至今已在4 條線路投入使用。截至2014年12月31日，系統(tǒng)中管理了近9 萬臺(tái)(套)設(shè)備，對(duì)這些設(shè)備的測(cè)點(diǎn)值設(shè)置超過40 萬個(gè);超過3 500 份標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)模板對(duì)各類設(shè)備、各類規(guī)程作業(yè)工序予以標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化管理;根據(jù)維修規(guī)程固化了超過4 萬份預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃。每個(gè)月通過系統(tǒng)自動(dòng)生成的預(yù)防性維修計(jì)劃平均達(dá)28 萬份，極大地規(guī)范了維修作業(yè)。

該系統(tǒng)上線以來對(duì)廣州地鐵設(shè)備維修管理產(chǎn)生的成效主要有以下幾個(gè)方面:

(1)實(shí)現(xiàn)了檢修計(jì)劃精確化及施工計(jì)劃快捷化。設(shè)備檢修周期到期前60 d 由系統(tǒng)自動(dòng)生成工單，并提前一個(gè)月對(duì)檢修工單進(jìn)行計(jì)劃排程，將檢修工單安排到具體檢修時(shí)間和具體維修人員，保證所有檢修工單關(guān)聯(lián)到相關(guān)的檢修作業(yè)，防止漏檢漏修。通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工單與施工計(jì)劃的關(guān)聯(lián)，工班可以通過工單直接申報(bào)施工計(jì)劃，并與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)實(shí)現(xiàn)匹配管理。

(2)強(qiáng)化了設(shè)備檢修作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化管理。通過系統(tǒng)固化了標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)模板，維修作業(yè)時(shí)按照檢修工序進(jìn)行檢修與確認(rèn)，并自動(dòng)記錄檢修人員和檢修時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的精修、細(xì)檢和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。

(3)實(shí)現(xiàn)技術(shù)資料現(xiàn)場(chǎng)化，加強(qiáng)了對(duì)一線作業(yè)的指導(dǎo)。在手持終端上可隨時(shí)查看設(shè)備技術(shù)文檔、應(yīng)急預(yù)案等文件，做到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的就地指導(dǎo)，有利于提高檢修作業(yè)的質(zhì)量。

(4)設(shè)備故障得以更快速響應(yīng)。作業(yè)過程中可通過手持終端采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)，包括現(xiàn)場(chǎng)照片、視頻、音頻等，故障信息可便捷錄入。在系統(tǒng)中，廣州地鐵將AFC(自動(dòng)售檢票)系統(tǒng)的設(shè)備故障信息與維修信息系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)時(shí)獲取AFC 系統(tǒng)的操作日志以及分析結(jié)果，對(duì)判定為故障的信息自動(dòng)轉(zhuǎn)為故障工單，極大地提升了故障的現(xiàn)場(chǎng)快速響應(yīng)能力。

(5)規(guī)范了施工人員到場(chǎng)安全管理，加強(qiáng)了安全防護(hù)與管控。軌行區(qū)作業(yè)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，需掃描車控室的預(yù)請(qǐng)點(diǎn)標(biāo)簽報(bào)到;作業(yè)開始前需在手持終端上對(duì)所帶入的工器具進(jìn)行登記，并完成安全交底，確認(rèn)是否滿足安全作業(yè)的條件;系統(tǒng)將工單的作業(yè)時(shí)間及作業(yè)區(qū)域反饋到終端上，掃描作業(yè)區(qū)域位置標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)作業(yè)區(qū)域的安全防護(hù)與越界提醒。每臺(tái)設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)越限提醒。通過作業(yè)前、作業(yè)中和作業(yè)后的多處提醒設(shè)置，加強(qiáng)了安全防護(hù)。

(6)設(shè)備管理工作更加快捷高效，質(zhì)量得以提升。使用該系統(tǒng)前設(shè)備管理部門需要3 d 時(shí)間層層匯總統(tǒng)計(jì)報(bào)表，使用系統(tǒng)后可實(shí)時(shí)在系統(tǒng)中調(diào)用報(bào)表，耗時(shí)不超過幾分鐘，極大地提高了管理效率，數(shù)據(jù)也更加真實(shí)可靠。

(7)大數(shù)據(jù)分析將提高故障預(yù)防預(yù)控，進(jìn)而降低故障率。通過數(shù)據(jù)的積累與分析提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量隱患，持續(xù)優(yōu)化維修策略與規(guī)程，促進(jìn)狀態(tài)修的推廣;通過對(duì)設(shè)備狀態(tài)信息的全面掌握，提高對(duì)設(shè)備故障的預(yù)防預(yù)控能力，進(jìn)而降低故障率。

6 未來發(fā)展展望

廣州地鐵通過引入基于物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的設(shè)備維修信息系統(tǒng)，將信息化延伸到了維修生產(chǎn)一線，為業(yè)務(wù)執(zhí)行提供便捷的工具，一攬子解決“做了沒有、做了什么、做得怎樣”的監(jiān)管問題，有助于增強(qiáng)業(yè)務(wù)監(jiān)管能力，降低管理風(fēng)險(xiǎn)。未來將借助系統(tǒng)內(nèi)不斷積累的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢修數(shù)據(jù)信息庫，結(jié)合設(shè)備質(zhì)量評(píng)估模型，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，逐步從計(jì)劃修過渡到狀態(tài)修，并持續(xù)優(yōu)化檢修規(guī)程等業(yè)務(wù)規(guī)范，降低設(shè)備故障率，持續(xù)優(yōu)化維修成本。

廣州地鐵還將根據(jù)前后臺(tái)維修的管理體系，將信息化延伸到設(shè)備的中大修維修作業(yè)，繼續(xù)利用新的信息技術(shù)，支撐工廠式的車輛架大修、設(shè)備大中修、部件修等業(yè)務(wù)，持續(xù)提升維修業(yè)務(wù)的運(yùn)作效率、現(xiàn)場(chǎng)管控、成本控制，以及整體的業(yè)務(wù)管控能力。

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