AFC设备运维信息管理平台的开发与应用

郭瑞丽， 白 鑫

(郑州市轨道交通有限公司， 郑州 450000)

AFC设备运维信息管理平台的开发与应用

郭瑞丽， 白 鑫

(郑州市轨道交通有限公司， 郑州 450000)

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。

城市轨道交通； AFC； 维护管理； 信息采集； 快速分析

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(automatic fare collection 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 management and maintenance platform，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、附属终端便于携带等特点[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。

图1 网络拓扑结构Fig.1 Network topology

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。各子系统的体系结构如图2所示。

图2 IMMP子系统体系结构Fig.2 The system structure of IMMP

数据采集终端采用手机搭载APP的模式，设备维护管理子系统采用B/S架构，考虑到手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C/S架构[12]，后台数据库采用MySQL 5.7，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/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。

图3 IMMP业务流程Fig.3 The operation flow of IMMP

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。

表1 动作次数估算方法

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=F/Mi，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=U/Uk，设T为该模块的最大无故障运行时间，则其疲劳度P3=t/T，该模块的运行状态良好率P=P1+P2+P3，当P>α(设备状态阈值)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、设备状态阈值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是手持终端的主界面和新建故障单的运行界面。

图4 手持终端程序运行图Fig.4 The program diagram of handheld terminal

图5 备品备件借用程序运行图Fig.5 The program diagram of spare parts borrowed

图6 设备模块关系管理程序运行图Fig.6 The interface of spare parts borrowing program

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/模块关系管理、设备/模块信息管理等)；设备/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。

图7 报表分析程序运行图Fig.7 The interface of report analysis program

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。用手机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。

[1] 厉顺麟.地铁设备维护管理系统的设计与实现[D].西安：电子科技大学，2013.

[2] 曹月新.浅谈设备维护管理模式[J].山西焦煤科技，2008,32(7):65-66.

CAO Yuexin. Discussion on management mode of equipment maintenance[J]. Shanxi cooking coal science & technology, 2008, 32(7): 65-66.

[3] 向宇.设备备件管理及预防性维护管理系统设计与实现[D].西安：电子科技大学，2015.

[4] 马松.设备集成维护管理模式及优化策略研究[D].西安:电子科技大学，2010.

[5] 李宏鹏.医疗设备使用和预防性维护管理的探讨[J].中国医学装备，2012，9(3):60-62.

LI Hongpeng. Use of medical equipment and its preventive maintenance discussion[J]. China medical equipment， 2012， 9(3): 60-62.

[6] 刘建胜，李芳，涂海宁，等.基于精益维护思想的设备维护工单管理系统设计与开发[J].机械设计与制造，2011(11):49-51.

LIU Jiansheng， LI Fang， TU Haining， et al. Design and development of equipment management system based on lean maintenance theory[J]. Machinery design & manufacture， 2011(11): 49-51.

[7] 丁晋春.设备维护管理系统设计方案探讨[J].现代城市轨道交通，2009(6): 62-63.

DING Jinchun. Discussion on design scheme of equipment maintenance management system[J]. Modern urban transit， 2009(6): 62-63.

[8] 侯文瑞，毛建伟，蒋祖华.设备管理及维护信息系统的开发与应用[J].工业工程与管理，2004,9(4):53-57.

HOU Wenrui， MAO Jianwei， JIANG Zuhua. Development and implementation of an equipment management and maintenance information system[J]. Industrial engineering and management， 2004, 9(4): 53-57.

[9] 杜家龙.统计指数因素分析理论问题研究[J].荆门职业技术学院学报，2006，21(4):65-70.

Du Jialong. Statistic index factor in theoretic analysis[J]. Journal of Jingmen Technical College， 2006， 21(4): 65-70.

[10] 张亚军，张金隆，陈江涛.信息系统实施情境下的用户抵制研究述评[J].图书情报工作，2014，58(5):124-130.

ZHANG Yajun， ZHANG Jinlong， CHEN Jiangtao. A review on the study of user resistance in the context of information systems implementation[J]. Library and information service， 2014， 58(5): 124-130.

[11] 颜建宝.设备维护管理系统的设计与开发[D].西安：电子科技大学，2008.

[12] 俞辉.基于Web的数控设备管理及故障诊断系统的研究[D].合肥：合肥工业大学，2007.

YU Hui. Study on management and fault diagnosis system of web-based numerical control equipment[D]. Hefei： Hefei University of Technology， 2007.

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

(编辑：王艳菊)