北京地鐵AFC系統智能化維修管理探索與實踐

北京地鐵作為新中國的第一條城市地下鐵道運營商，有著48年的運營歷史。北京地鐵自1969年第一條線路開通以來，經歷了從無到有，從線到網過程，到2017年運營路線達到22條，運營里程608公里，370座運營車站。各類安全運行指標保持世界領先水平，綜合排名始終保持在世界一流行列。

AFC系統的全稱是Automatic Fare Collection System，即城市軌道交通自動售檢票系統。該系統是一種由計算機集中控制的自動售票（包括半自動售票）、自動檢票以及自動收費和統計的封閉式自動化網絡系統。AFC自動售檢票系統基于計算機、通信、網絡、自動控制等技術，能夠自動化實現軌道交通售票、檢票、計費、收費、統計、清分、管理等過程。

地鐵AFC系統，是地鐵客運服務的重要基礎設施，系統設備是否穩定可靠運行，直接關系到客流量能否準確統計，客流變化規律能否準確體現，客運收入能否足額、準確得到，乘客進出站秩序是否良好。如果AFC系統在維修管理方面存在問題，就會對地鐵運營產生不利影響。北京軌道交通AFC系統為四層結構，由下至上層層相扣，下層為最底層單元產生系統內的票卡原始數據，中層負責數據交換，上層負責售檢票業務。

AFC系統維修維護存在的主要問題包括：設備維護不足、設備廠商眾多、備件管理不系統、部分部件采購困難、技術資料欠缺等，從而導致設備故障率高居不下，一線維修人員疲于應付故障處理，部分故障設備不能及時修復, 系統數據傳輸問題時有發生。為充分發揮AFC系統在地鐵運營管理中的作用，確保票務數據的準確性和安全性，以及客流的安全輸送，AFC系統智能化維修管理創新勢在必行。

對于維修管理而言，維護維修的工作量、維護人員綜合技能要求、設備使用壽命、備品備件供給效率和質量等都面臨重大的挑戰。

鑒于內部維修與外部工業服務現狀，多數運營系統處于救火式的事后維修，設備隱患突出，這制約了企業數字化轉型的進程。同時，高技能維修人才短缺也是目前面臨的較為突出的矛盾，人才爭奪正成為趨勢，這意味著招聘人才的成本陡然上升，在工業物聯網、大數據、人工智能技術環境下條件下，通過智能化手段，提升現有維修工人技能是非常迫切的需求，探索新的維修模式和服務形態，將成為當務之急。

AFC系統智能維修管理模式探索

智能化維修管理實現的目標是：

一、精準控制成本。為故障修預算、成本核算提供依據；統一物資名稱，編碼，規格，便于采購計劃和庫存管理。

二、維修過程監督。執行的過程透明；執行記錄規范，完整；執行結果充分分析利用。

三、狀態量化。維修效果采用衡量標準，設備狀態實時監控。

四、不斷修程。通過數據分析，經驗積累，優化修程，減少對人員技能的依賴。

智能化維修管理模式的研究

維修可分為事后維修、預防維修和狀態維修三種方式。本文主要討論設備更新決策、設備預防維修決策。

設備更新決策。設備更新決策按其費用函數是否確定而分為低劣化模型、最小年費用模型和隨機維修費用模型。這三種模型都是追求設備壽命期內的費用最低為目標, 當設備的費用最低的年數也就是設備的最佳更新期。

低劣化模式。低劣化模型適用于設備的使用費用每年按固定值直線增加的情況，最小年設備總費用為設備投資與年費固定增加值的固定函數關系。

最小年費用模式。如果設備的低劣化值每年變化率并不相同，則可采用最小年費用模式計算設備的最佳更新期。

隨機維修費用的設備更新模型。當設備故障的發生時間和強度是隨機變量時，相應的設備運行成本也是隨機的變量。針對這種情況應采用基于設備故障次數及其概率的最小費用周期更新模型。該模型的基本思想就是通過統計分析確定出設備的故障模式，即確定故障服務的統計分布，相應地確定出維修費用，從而確定出設備更新的時機。

設備預防維修決策。設備計劃外停機有二類：一是設備運行時出現故障而造成設備停機；二是對設備進行檢查而造成設備停機。前者原因而造成的設備停機時間簡稱為故障時間，后者原因造成的設備停機時間簡稱為檢查時間。一方面, 如果檢查間隔時間過長，雖然可以減少檢查時間，但故障的機會增多，故障時間將相應地增大；另一方面，如果檢查間隔較短，可以有效地防止故障發生，減少故障時間，但由于過頻地檢查使得檢查時間大幅度增加。因此，建模目的就是在故障時間和檢查時間二者之間尋找平衡點，確定出合理的維修間隔期，使得單位時間內總的停機時間期望值最小。

預防維修的模型可按設備故障分布情況分為確定性模型、隨機模型和幾何模型。

確定性模型。確定性模型是指在不同的預防維修間隔期及相應的故障次數期望值大小的確定。這樣就可以確定出最佳的預防維修間隔期，使得設備在單位時間內停機時間的期望值最小。

隨機模型。隨機模型的目標函數與確定性模型是相同的，所不同的是前者的故障次數期望值大小是隨機的，需要用隨機過程函數來描述。

幾何模型。當設備尚無故障記錄時，特別是一些設備性能改進的情況下，顯然不能按照原來的預防維修方式，這時應該增加預防維修的間隔期。由于缺乏故障數據，故無法準確地估計出故障概率。比較合理的做法是：逐漸增加預防維修的間隔期，計算出相應的故障發生概率大小。這樣，維修工程師就可判斷由于預防維修間隔期增長而相應地增加的故障風險大小。

系統設計目標

AFC設備維修數字化管理包括設備信息數字化管理和設備維修維護業務的信息化管理。設備信息化就是將AFC設備進行分解，然后對其進行編碼管理，名稱及其代碼具有唯一性。每一個零部件都是AFC設備樹形結構上的一個節點，每一個節點均有的編碼。同時，還賦予諸如廠商、型號、等屬性以及采購日期信息等。維修業務信息化主要包括故障現象、原因、處理方法等信息的數字化表示，并將設備修程、維修計劃等信息數字化管理。具體工作包括以下等內容：

·建立AFC系統設備統一的設備主數據管理規范。

·實現對AFC設備臺賬的全面數字化管理，為設備檢修執行奠定數據基礎。

·對AFC系統故障信息進行標準化管理。

·對故障數據分析，找出重點故障，集中力量解決，降低故障發生

·制定符合AFC設備特點的設備檢修策略，加強關鍵設備的狀態管理，為維修計劃的制定提供依據。

·制定標準化作業指導書，規范維修作業的步驟及內容，保障維修作業的效果。

智能化維修管理主要實踐

建設AFC信息化維修系統。通過標準工作包、標準化作業、檢修任務、月度檢修計劃管理及手持端支持，實現對計劃性檢修的操作內容標準化，執行過程規范化。通過手持終端對整個PM工單的執行過程進行管理。保證設備可以按時、按需進行預防性維護。

北京地鐵AFC系統，完全采用了標準化的產品設計，統一了各類各類故障碼和狀態碼，AFC系統和設備狀態得到實時監控。通過對設備運行狀態的分析，在故障早期發現設備隱患和缺陷，進而主動采取干預措施的維修策略，這將大幅減少AFC系統的非計劃性停機，從而提高設備使用效率、降低維修成本，是現代維護業務重要的應用場景。

設備狀態

維修智能決策可視化系統

以維修APP為基礎的智能維修系統為基礎，將有效統計出各線路AFC系統設備的可用度指標、主動性維修和事后維修相應比例關系、維修費用以及維修分析數據。

按需維修度量。根據車站的客流和設備的使用頻次，對設備的維護等級進行分級分類，對使用頻度的不同，可適當增減修護的頻次，做到差異化維護，從而減小人員投入和維修成本。

維修價值度量。通過對比分析AFC系統設備故障數量的變化趨勢，維修工單的下降趨勢、點檢和預防性維修的執行情況分析，并對多發故障、長停機故障和高成本的故障針對性的分析。設備維修價值一目了然，這將從整體上說明維修管理對維修工作效率，企業盈利能力保障的表現，并識別出影響設備維修業績的薄弱瓶頸環節，以實施針對性的業績改善。

維修工單數改善情況

北京地鐵AFC系統智能化維修管理系統在管理思想上以設備智能化管理為目的，研究了精益設備更新與預測性維護模型；在管理實踐上，建立統一數據及應用系統，從而達到了設備維修精益化目的，提升維修管理業績指標。