AFC設備運維信息管理平臺的開發與應用

郭瑞麗， 白 鑫

(鄭州市軌道交通有限公司， 鄭州 450000)

AFC設備運維信息管理平臺的開發與應用

郭瑞麗， 白 鑫

(鄭州市軌道交通有限公司， 鄭州 450000)

鄭州地鐵融合信息化技術提出建設AFC設備的運維信息管理平臺，該平臺使用手持終端實現對AFC設備維護數據的快速采集，用信息管理系統完成對設備維護數據的快速分析，并通過估算各模塊的動作次數和設備運行狀態良好率來預測設備模塊的運行穩定度，輔助維修進行決策。通過對設備和其內部模塊進行統一編碼及關聯映射，實現從設備到模塊的跟蹤管理，以及對設備維護記錄、運行負荷度、疲勞度的歷史追溯。此外，建立AFC設備維護保養臺賬的數據倉庫，實現備品備件消耗、設備故障、設備保養記錄等數據的快速檢索，從而減少維護人員工作量，提高工作效率。

城市軌道交通； AFC； 維護管理； 信息采集； 快速分析

1 研究背景

隨著城市的發展，地鐵在公共交通中的地位日趨上升，但地鐵系統中的設備種類繁雜，運維難度大，對于自動售檢票系統(automatic fare collection system，AFC),若想把客服質量持續維持在較高的水平，需要投入大量的資源用于日常運維[1]。多數企業對于AFC設備管理的模式集中在成本和質量這兩方面，雖然壓縮成本可以在短期內使企業取得顯著效益，但對于設備的長期運行來說卻十分不利，不利于企業長遠發展[2]。對于運營服務企業而言，需要合理調配投入的資源，優化設備維護管理的方法，避免資源浪費，提高利用率。傳統意義上基于時間的設備維護方法無法及時地掌握設備磨損程度及機械部件疲勞狀態，只有當設備出現異常情況時才能找到故障點，不可預測的設備故障給地鐵運營帶來未知的風險[3]。敏捷化和精益化生產理念提出后，促進了運維管理思路向信息化縱深發展。為了進一步提高運維效率和設備維護管理水平，本文提出了設備的集成維護方法[4]。

AFC系統設備主要由終端設備、服務器及工作站等組成，涵蓋機械結構和軟件系統兩大部分。機械結構的維修主要針對終端設備而言，且終端設備安裝位置比較分散，無法快速發現其潛在的故障點，為了保持系統正常穩定運行，需要投入更多的管理精力[5]。利用信息化及互聯網技術，可以很好地彌補因設備分散安裝導致的設備管理困難局面，并且可以快捷地完成設備運行狀態的監控和維護數據的收集。此外，設備的運維數據(包括存儲設備的開關機次數、機械部件動作次數、故障停機告警等信息)，是企業精益化維修管理的依據[6]，同時還能向更高層的系統提供接口，便于運營公司管理設備資產[7]。對于AFC系統設備而言，運行狀態數據可以清晰地反映設備的穩定性，同時維護保養數據涵蓋設備歷史運行參數和部件更換情況，及時掌握這些數據有助于調整備品備件采購計劃和優化資金預算，節省運營公司的成本，提高運維效益[8]。

目前，地鐵運營公司對于AFC系統的運維方法仍無法擺脫20世紀中葉所提出的計劃性維修理念?；谠摾砟钪贫ǖ木S修計劃無法準確地契合設備模塊及零部件的維修需求；為了保證設備服務質量，按計劃進行維修往往存在過度維修的情況，不僅增加維護成本，而且浪費人力成本；此外，在設備維修過程中的信息記錄多數由維修人員填寫，存在很大的主觀性，不便于后期數據匯總分析；設備內部模塊在調配互換的過程中很難追蹤模塊的使用歷史，不便于設備系統整體的運行穩定性評估。因此本文提出一種設備運維信息管理平臺，可以快速標準化地記錄維修數據，檢索分析模塊所有的歷史狀態，并根據歷史數據預測出設備及模塊的維修需求，有效地實現了對AFC設備的維護和管理。

2 需求分析

AFC系統是地鐵系統中直接面向乘客服務的系統之一，其運行的穩定性直接影響著服務質量。為使乘客的滿意度保持在較高的水平，需要不間斷地做好設備維修保養工作。

鄭州地鐵的AFC系統設備運維工作內容包括：故障維修、備品備件申領及更換、保養耗材申領和更換、設備及模塊調配管理、設備故障趨勢分析等。通常這些工作都是單獨完成的，當需要關聯分析時往往需要重新統計歷史數據，導致重復工作，浪費人力物力；而且，基礎數據是人工填寫完后再轉換成電子臺賬，受溝通及數據記錄人員主觀意識的影響，數據的準確性會有所降低，在一定程度上影響生產質量分析，把噪聲引入到運維管理中，使得管理決策產生偏差[9]。

基于以上不足和對用戶需求的調研分析，本文提出了集現場數據采集與后臺數據分析為一體的運維信息管理平臺(information management and maintenance platform，IMMP)，該平臺需要滿足設備維修管理和數據分析兩大功能。

2.1 維修管理

設備維護管理的數據記錄是后期運營質量分析的基礎，也是設備維修保養的主要工作。IMMP需要滿足快速簡便地采集設備的運維數據，并將數據及時準確地上傳到數據庫，以便進行相應的數據分析。基本需求整理如下：

1) 為便于管理和易于操作，設備應統一編碼，并可通過采集終端快速識別該編碼；

2) 因維修工作環境可能無法實現網絡覆蓋，終端軟件應滿足在線和離線兩種運行方式；

3) 為保證采集數據的準確性，避免維修者主觀因素的干擾，數據的輸入操作應以選擇為主；

4) 輸入的數據應包括設備故障信息、備品備件領用及更換信息、設備模塊新增和調換信息、設備的計劃修信息等；

5) 設備的故障信息應能涵蓋設備90%以上故障類別，并對所有故障進行合理分類，方便在采集終端上的選取操作；

6) 數據采集終端應具備故障信息維修方法提示功能，便于操作人員及時有效地修復設備故障。

7) 提取AFC系統中各終端設備的交易匯總數據，并同步至IMMP。

2.2 數據分析

設備運維管理的質量分析工作主要是對設備運維數據進行分析，數據分析的需求整理如下：

1) 各車站的故障數量、故障類別、備品備件消耗等數據的分析；

2) 設備及模塊的更換記錄、故障數量、故障類別等數據的分析；

3) 故障信息與備件消耗的關聯分析；

4) 計劃修與備件消耗的關聯分析；

5) 設備及模塊的故障率分析；

6) 設備及模塊的調配保養數據分析；

7) 設備及模塊的運行狀態良好率分析。

3 IMMP設計

經過調研鄭州地鐵AFC專業日常運維及管理工作中存在的問題及改進方案，結合需求分析結果，確定了設計本系統的目標，即需要實現設備維護數據的快捷采集(輸入)，自動同步AFC終端設備的交易匯總數據，減少維修人員的日常工作強度，準確快速地實現數據的檢索及分析，向維護管理的決策工作者提供直觀的統計數據。

為保證IMMP順利開發及快速實施，該信息管理平臺應密切結合維修工作的業務流程，優化現有工作內容，且滿足易部署、易學、易用、易維護、附屬終端便于攜帶等特點[10]，此外，保證各子系統運行穩定可靠，維修數據安全有效，同時具備一定的可移植性[11]。

3.1 網絡拓撲結構設計

IMMP實施后把生產專網與互聯網相連接，存在生產專網被攻擊的風險。鑒于交易數據是按時間段匯總的，時效性較低，同時考慮數據只需從生產網絡發送到互聯網，無需相互交互，因此綜合信息的安全性及投資的性價比，在生產網絡的歷史數據庫與IMMP之間加入了安全隔離網閘，網絡拓撲結構如圖1所示。

圖1 網絡拓撲結構Fig.1 Network topology

3.2 系統架構設計

IMMP應包括數據采集子系統、設備維修管理子系統、數據處理子系統、數據倉庫管理子系統、后臺數據維護管理子系統5部分。各子系統的體系結構如圖2所示。

圖2 IMMP子系統體系結構Fig.2 The system structure of IMMP

數據采集終端采用手機搭載APP的模式，設備維護管理子系統采用B/S架構，考慮到手機操作系統的多樣性，數據處理子系統采用Web Service平臺，數據維護管理子系統采用C/S架構[12]，后臺數據庫采用MySQL 5.7，服務器操作系統兼容Windows和Linux，開發語言用JAVA。

3.3 設備維修管理子系統設計

該子系統應具備的功能有備品備件管理、設備信息管理、故障工單管理、用戶權限管理、報表分析、操作日志查詢等6個模塊。

1) 備品備件管理：對備品備件的規格型號、廠商信息、到貨周期進行管理，對從公司申領的備件及消耗情況進行管理，并對維修人員的領用、消耗、歸還情況進行記錄等；

2) 設備信息管理：對AFC系統所有設備及模塊進行編碼管理，并建立和維護設備與模塊的隸屬關系以及維護設備(或模塊)的基礎信息，實現車站間模塊的調撥；

3) 故障工單管理：該模塊主要實現故障工單轉辦、作廢、查詢、審核、校驗、故障單內容的定義、故障類別及種類的管理等功能；

4) 用戶權限管理：包括角色的新建、編輯，維修人員的新增、編輯及權限的分配等；

5) 報表分析：生成設備故障類型、物資消耗數量及趨勢、車站/線路各設備故障類型的趨勢對比、典型故障和慣性故障的分析、維修人員工作量分析等報表，并具備數據導出及打印功能；

6) 操作日志查詢：查詢該子系統的操作歷史記錄。

3.4 數據采集子系統設計

數據采集終端主要完成設備的維護數據、模塊的調換數據、備品備件的消耗數據等維護記錄。它的主要功能有基礎數據同步、管理維修工單、物資備件消耗、維修數據上傳4個模塊。

1) 基礎數據同步：檢查設備和模塊的基礎信息、設備和模塊的隸屬關系、故障分類信息的版本，并使其在終端處于最新版本；

2) 管理維修工單：管理同維修者相關的計劃修工單和故障修工單，主要功能有獲取歷史未修復的故障單和別人轉辦的故障單，新建故障工單、完成故障工單，新建和完成計劃修工單、記錄模塊的互換調配信息等；

3) 物資備件消耗：管理同維修者相關的備品備件信息，包括備品備件的領用情況及消耗情況；

4) 維修數據上傳：把維修者當日的維修數據上傳到服務器。

3.5 其他子系統設計

其他子系統因功能結構單一，在此簡單敘述，涵蓋數據處理子系統、數據倉庫管理子系統、后臺數據維護管理子系統。其中，數據處理子系統主要完成對手持終端上傳的數據進行解析、入庫和響應手持端的數據請求；數據倉庫管理子系統主要負責處理終端設備的交易匯總數據，通過匯總數據估算出模塊的動作次數(工作量)，對指定時間段內模塊的動作次數及設備維護的歷史數據進行回溯，并與同期數據進行對比分析；后臺數據維護管理子系統主要進行系統日志解析、錯誤事件分析、異常事務處理等。

3.6 業務流程分析

經過以上建模分析，結合運維工作內容，可以得出以下結論：

1) 維修人員使用手持終端采集設備的維護數據，及時上傳到終端數據處理子系統，經過數據校驗、分析處理后存入數據庫。

2) 數據處理子系統響應手持終端的請求，發送設備及模塊、問題分類、物資備件等數據。

3) 操作員通過設備維護管理子系統完成對用戶、設備模塊、物資備件等信息的管理，并通過報表分析模塊查詢所需要的報表，為運營決策提供數據支持。

4) 后臺數據維護子系統通過分析終端數據處理服務器的系統日志及處理因服務器異常導致未完成的業務數據；通過分析處理設備維護管理子系統的交互日志，查找導致業務數據異常的原因,并給出各子系統的異常及穩定性分析報表。各個子系統的業務流程如圖3所示。

圖3 IMMP業務流程Fig.3 The operation flow of IMMP

3.7 數據輸入設計

快捷準確地輸入數據對于IMMP的成功及應用非常重要，直接影響用戶體驗及數據分析。本系統對影響分類的數據都用選擇的方式進行輸入，把故障數據進行事先的統計分析，結合3年內設備故障臺賬，合理地進行聚類劃分，并制訂了三級分類，使得每個小類最多只有8個元素，便于手持端觸屏的選擇操作。對于其他輸入皆采取用戶的習慣方式。

3.8 數據關聯分析方法

預估設備未來的運行情況，勢必會給設備的維護保養帶來很大便利，且可以用定點狀態維修代替大批量的計劃維修，節約人力物力，優化運營成本。

3.8.1 設備模塊動作次數估算

因終端設備內各模塊的存儲容量及處理芯片性能都比較低，通常不能記錄全部的日志及動作次數，日常維護保養中需要在模塊自動覆蓋歷史數據前進行動作次數采集，且管理這些零散的數據需要花費很大的精力。

乘客購票的意愿、購票時所采取的方法及購票所持幣種都可看作是一個獨立隨機事件，因此TVM(自動售票機)內紙幣處理、硬幣處理和紙幣找零模塊在服務乘客時服從泊松分布。

設任意模塊的動作次數為Mi,任意TVM的售賣交易記錄為xi筆,任意AGM(閘機)的回收單程票張數為yi張，任意AGM的消費交易記錄為zi筆,各模塊動作次數與交易數據的關聯方法如表1所示。

表1 動作次數估算方法

3.8.2 設備運行狀態良好率分析

設備運行狀態取決于故障停機率、機械運行負荷度、運行時長等因素。對于AFC設備的運行狀態可以用一段時間內的故障率、票卡交易累計處理量、設備連續運行時長來估算。

在時間t內，任意模塊共發生F次故障，其故障率P1=F/Mi，設Uk為該模塊在時間t內的最大交易處理量，U為在時間t內的交易量，則其負荷度P2=U/Uk，設T為該模塊的最大無故障運行時間，則其疲勞度P3=t/T，該模塊的運行狀態良好率P=P1+P2+P3，當P>α(設備狀態閾值)時該模塊需要保養或維修。其中，模塊的最大交易處理量Uk、最大運行時間T、設備狀態閾值α都可以通過經驗數據估算出。

4 IMMP特點

為了降低手持終端的實施成本及方便維修人員攜帶，手持數據采集終端采用手機搭載APP的形式，主要功能有：識別設備二維碼，新建維修工單、完成維修工單，關聯消耗的備品備件，調換設備模塊等，支持在線和脫機運行兩種模式。圖4是手持終端的主界面和新建故障單的運行界面。

圖4 手持終端程序運行圖Fig.4 The program diagram of handheld terminal

圖5 備品備件借用程序運行圖Fig.5 The program diagram of spare parts borrowed

圖6 設備模塊關系管理程序運行圖Fig.6 The interface of spare parts borrowing program

維護管理子系統的功能主要有備品備件維護模塊(入庫、出庫、移庫、借用、歸還等)及備品備件借用功能(見圖5)；設備維護模塊(二維碼管理、設備/模塊關系管理、設備/模塊信息管理等)；設備/模塊關系管理(見圖6)；故障工單處理模塊(故障單的轉辦、拒絕等)；報表分析模塊(車站故障、備品備件消耗、模塊故障、設備故障、故障類型分析、模塊運行良好率等)(見圖7)。其中，報表分析結果可用于指導生產工作，為將來的生產決策提供數據支持。如，下一年度備品備件的申報數量可以參考歷年的消耗情況，下一階段的重點維修內容可以從故障類別趨勢及模塊運行狀態良好率報表中得出，模塊的大修工作可以根據故障報表分析結果，優先編排故障頻發模塊的保養計劃等。

圖7 報表分析程序運行圖Fig.7 The interface of report analysis program

5 結語

鄭州地鐵AFC專業通過實施IMMP，把維修數據、備件消耗數據從紙面及電子臺賬中搬到了信息化系統內。用手機APP掃描二維碼和選擇維護分類信息的方式，快速記錄維修數據，減少了維修人員輸入維修數據的工作量和噪聲，增強了基礎數據的準確性和時效性。用信息管理系統快速完成備品備件消耗量、設備穩定性、設備故障率等統計數據的檢索，提高了工作效率。通過估算設備模塊的運行狀態良好率來預測其維修需求，為生產工作提供數據支持和決策依據，實現了系統設計的總體目標。此外，該系統可以便捷地追溯設備的維修歷史，根據故障分類權重的走向分析故障爆發的趨勢，摸清設備的整體“脈象”，指導設備維修工作，便于實施設備定點化、智能化的維修。

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DevelopmentandApplicationofInformationManagementandMaintenancePlatformforAFCEquipment

GUORuili,BAIXin

(Zhengzhou Metro Co., Ltd., Zhengzhou 450000)

An information management and maintenance platform is proposed to be built for AFC equipment in Zhengzhou Metro by using information technology. The platform adopts the handheld terminal to realize the fast acquisition of AFC equipment maintenance data, and the information management system to make a quick analysis of the maintenance data, and predicts the running stability of the equipment and assists maintenance decision by estimating the operation times of the modules and the running state of the equipment. The AFC equipment and modules are managed by means of unified coding and association mapping, and the review of the history of equipment maintenance, operating loads, fatigue degree. In addition, in order to reduce the maintenance workload and improve work efficiency,the warehouse for records of AFC equipment maintenance is established on the platform. As a result, fast retrieval of data for spare parts, equipment failures, and maintenance records and so on can be achieved through the platform.

urban rail transit; AFC; maintenance management; information acquisition; quick analysis

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.06.016

U231

A

1672-6073(2017)06-0089-06

2017-03-14

2017-05-14

郭瑞麗，女，碩士，高級工程師，從事地鐵運營管理及技術研究，94659471@qq.com

(編輯：王艷菊)