耿 杰 李 聰 吳永城

(1.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司 西安710018;2.國(guó)電南瑞科技股份有限公司 南京210061)

1 系統(tǒng)概述

目前，我國(guó)處于城市軌道交通大發(fā)展時(shí)期，大量線路的不斷開通運(yùn)營(yíng)對(duì)設(shè)備管理工作提出了越來越高的要求。軌道交通作為一個(gè)典型的設(shè)備資產(chǎn)密集型行業(yè)，設(shè)備量巨大，涉及專業(yè)多，相關(guān)設(shè)備正常、有效地運(yùn)行是軌道交通安全、高效運(yùn)營(yíng)的決定因素，但目前國(guó)內(nèi)各運(yùn)營(yíng)單位，在設(shè)備檢修維護(hù)模式、設(shè)備運(yùn)維管理體系以及整體信息化、自動(dòng)化程度等方面都處于起步階段，存在有以下不足:

1)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作基本以紙質(zhì)臺(tái)賬形式進(jìn)行，這種方式技術(shù)落后，效率低下，底層數(shù)據(jù)難以得到高效的存儲(chǔ)、共享及深度挖掘，無法實(shí)時(shí)有效地掌控設(shè)備的整體運(yùn)行維護(hù)情況，且對(duì)工作人員的日常巡檢、檢修等工作難以進(jìn)行規(guī)范化的約束及有效的卡控。

2)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作基本是采取日常巡檢加周期檢修的模式，該方式檢修維護(hù)周期固定，與設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況不匹配，容易造成設(shè)備的過度維修和維修不足等問題［1］。

上述問題嚴(yán)重地制約了軌道交通的安全高效運(yùn)營(yíng)，因而研究建立科學(xué)、有效的軌道交通設(shè)備管理體系，應(yīng)用高效、實(shí)用的設(shè)備檢修維護(hù)技術(shù)勢(shì)在必行。筆者針對(duì)上述問題并結(jié)合西安地鐵運(yùn)營(yíng)分公司設(shè)施部轄內(nèi)工班的實(shí)際工作需求，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維管理工作電子化、數(shù)字化、自動(dòng)化為基礎(chǔ)，以提高設(shè)備運(yùn)維管理工作的效率、規(guī)范性以及調(diào)動(dòng)全員主動(dòng)參與性為目標(biāo)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套先進(jìn)的軌道交通運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)基于NFC(near field communication，近場(chǎng)通信)的射頻識(shí)別技術(shù)［2-3］，將設(shè)備與管理系統(tǒng)連接起來。通過與軌道交通ISCS(integrated supervisory control system，綜合監(jiān)控系統(tǒng))［4］的對(duì)接，監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析，有效提高了設(shè)備檢修及全方位管理的時(shí)效性，協(xié)助用戶建立起完善、有效的全面規(guī)范化生產(chǎn)維護(hù)體系，從而有效提高軌道交通設(shè)備運(yùn)維管理工作的質(zhì)量和效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分為服務(wù)端與移動(dòng)端，服務(wù)端采用符合當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用潮流的B/S架構(gòu)(browser/server，瀏覽器/服務(wù)器模式)［5］，節(jié)省了軟硬件投資，同時(shí)大大減少了系統(tǒng)的維護(hù)工作量。移動(dòng)終端則選用支持NFC近場(chǎng)通信的andriod系統(tǒng)設(shè)備。

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

軌道交通設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、Web應(yīng)用服務(wù)器、工作站(客戶機(jī))、移動(dòng)終端和打印機(jī)等設(shè)備構(gòu)成，其B/S架構(gòu)如圖1所示。

圖1 軌道交通設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)B/S架構(gòu)

1)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器:安裝商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件環(huán)境(系統(tǒng)采用Mysql數(shù)據(jù)庫(kù))。

2)Web服務(wù)器:部署軟件中間件、設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)。

3)客戶機(jī):通過瀏覽器在線訪問系統(tǒng)各項(xiàng)功能，客戶端零維護(hù)。

4)移動(dòng)終端:現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)采集單元，實(shí)現(xiàn)作業(yè)無紙化，輔助服務(wù)端實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維管理各個(gè)功能模塊(采用具有NFC功能的智能手機(jī)，操作簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛，節(jié)約成本)。

5)打印機(jī):在線打印文檔、報(bào)表等。

2.2 軟件架構(gòu)

系統(tǒng)的軟件層次分為數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。數(shù)據(jù)層主要完成靜態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集和錄入，平臺(tái)層支撐整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，提供各項(xiàng)基礎(chǔ)后臺(tái)服務(wù)功能，應(yīng)用頁(yè)面層主要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能以及頁(yè)面展示。

考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用性、安全性、可擴(kuò)展性與可維護(hù)性，本系統(tǒng)基于J2EE(企業(yè)Java2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范)的輕量級(jí)架構(gòu)體系，遵循“多層架構(gòu)、松藕合”的2個(gè)主要原則，采用SSH(struts+spring+hibernate，開源集成框架)架構(gòu)設(shè)計(jì)［6］，前端頁(yè)面部分采用Jquery MiniUI(前端開發(fā)框架)設(shè)計(jì)，其體系結(jié)構(gòu)圖3所示。

圖2 設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)

圖3 軌道交通設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)

采用SSH框架，不僅實(shí)現(xiàn)了視圖、控制器與模型的徹底分離，而且還實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯層與持久層的分離。這樣無論前端如何變化，模型層只需很少的改動(dòng)，并且數(shù)據(jù)庫(kù)的變化也不會(huì)對(duì)前端有所影響，大大提高了系統(tǒng)的可復(fù)用性。在表示層，通過JSP頁(yè)面接收請(qǐng)求(request)和傳送響應(yīng)(response)，然后Struts根據(jù)配置文件將接收到的請(qǐng)求委派給相應(yīng)的action處理;在業(yè)務(wù)層，管理服務(wù)組件的Spring IOC(inversion of control，控制反轉(zhuǎn))容器負(fù)責(zé)向action提供業(yè)務(wù)模型組件和該組件的協(xié)作對(duì)象數(shù)據(jù)處理(DAO)組件完成業(yè)務(wù)邏輯，并提供事務(wù)處理、緩沖池等容器組件以提升系統(tǒng)性能和保證數(shù)據(jù)的完整性;在持久層，依賴于hibernate的對(duì)象化映射和數(shù)據(jù)庫(kù)交互，處理DAO組件請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，并返回處理結(jié)果。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)采用redis(鍵-值映射數(shù)據(jù)庫(kù))實(shí)時(shí)庫(kù)［7-8］提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，為了保證效率，數(shù)據(jù)都是緩存在內(nèi)存中，redis會(huì)周期性地把更新的數(shù)據(jù)寫入磁盤或者把修改操作寫入追加的記錄文件，并且在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了master-slave(主從)同步;采用MySQL(關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù))存儲(chǔ)運(yùn)營(yíng)線路重要設(shè)備的基礎(chǔ)信息、巡檢記錄、檢修記錄、故障記錄等;采用Apache ActiveMQ(開源消息總線)［9］作為消息的接受和轉(zhuǎn)發(fā)的容器，構(gòu)建系統(tǒng)實(shí)時(shí)消息通信總線，實(shí)現(xiàn)消息推送。

3 系統(tǒng)實(shí)施

本系統(tǒng)主要應(yīng)用于西安地鐵運(yùn)營(yíng)分公司設(shè)施部，為滿足設(shè)施部設(shè)備運(yùn)維管理各個(gè)層面的需求，系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)象分為現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層、技術(shù)業(yè)務(wù)層、決策管控層3個(gè)層面，其各層面用戶及其覆蓋的功能如表1所示。設(shè)施部維修調(diào)度人員作為技術(shù)業(yè)務(wù)層面，負(fù)責(zé)巡檢、檢修、設(shè)備維保、故障管理等標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)單的制訂及設(shè)備運(yùn)維調(diào)度等;各專業(yè)工班人員作為現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層面，負(fù)責(zé)接收設(shè)備巡檢、檢修等作業(yè)表單，按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程現(xiàn)場(chǎng)作業(yè);設(shè)施部管理人員作為決策管控層面，根據(jù)系統(tǒng)綜合統(tǒng)計(jì)分析模塊提供的設(shè)備數(shù)據(jù)信息，宏觀掌控設(shè)備整體運(yùn)行情況。

3.1 系統(tǒng)總體方案

軌道交通設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)在西安地鐵運(yùn)營(yíng)分公司設(shè)施部工程項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，其總體架構(gòu)如圖4所示。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、磁盤陣列等部署在車輛段中心機(jī)房，設(shè)施部所有工作人員在本地通過瀏覽器即可訪問服務(wù)端系統(tǒng)(權(quán)限級(jí)別不同，訪問的功能模塊有所不同)，移動(dòng)終端則應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層各個(gè)基層工班，NFC標(biāo)簽、二維碼等電子標(biāo)簽貼于設(shè)備房?jī)?nèi)的相關(guān)設(shè)備或機(jī)柜上。為了保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全，系統(tǒng)運(yùn)行于內(nèi)網(wǎng)環(huán)境，如需要連接外部網(wǎng)絡(luò)，則通過VPN(virtual private network，虛擬專用網(wǎng)絡(luò))服務(wù)器來與外部連接。

表1 系統(tǒng)用戶及功能劃分

圖4 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)西安地鐵運(yùn)營(yíng)分公司設(shè)施部轄區(qū)工班各類基礎(chǔ)資產(chǎn)設(shè)備的信息化管理，并與軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，接受綜合監(jiān)控系統(tǒng)上送的設(shè)備狀態(tài)、故障、報(bào)警等運(yùn)行信息，允許維護(hù)人員手動(dòng)輸入在日常巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)的設(shè)備缺陷、故障等信息，主要業(yè)務(wù)模塊相對(duì)獨(dú)立，可以按照企業(yè)管理需要選擇配置。根據(jù)設(shè)施部各層面應(yīng)用對(duì)象劃分，其應(yīng)用流程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)應(yīng)用流程示意

設(shè)備臺(tái)賬信息是設(shè)備運(yùn)維管理工作的基礎(chǔ)。用戶通過本模塊管理設(shè)備基礎(chǔ)信息以及備品備件與在用設(shè)備關(guān)聯(lián)的關(guān)系等，將設(shè)備信息與NFC電子標(biāo)簽綁定，貼于設(shè)備上，作為設(shè)備的唯一身份標(biāo)識(shí)。

技術(shù)業(yè)務(wù)層技術(shù)人員通過本地工作站瀏覽器登錄系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)備類型制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的設(shè)備點(diǎn)巡檢、檢修作業(yè)表單，實(shí)現(xiàn)周期性設(shè)備檢修維護(hù)工作的電子化及工作全過程的跟蹤管理，包括檢修維護(hù)計(jì)劃的排定、發(fā)布、檢修維護(hù)過程的記錄和檢修維護(hù)情況的檢查、評(píng)價(jià)等。

設(shè)施部各個(gè)工班巡檢人員使用移動(dòng)終端掃描待檢設(shè)備的NFC標(biāo)簽后，移動(dòng)終端上便會(huì)顯示此設(shè)備的詳細(xì)信息及作業(yè)表單。巡檢人員按作業(yè)表單內(nèi)容對(duì)設(shè)備進(jìn)行逐步檢查，其工作流程如圖6所示。電子化巡檢方式不僅提高了巡檢人員的巡檢效率，且能對(duì)工作人員的日常巡檢、檢修等工作進(jìn)行規(guī)范化約束及有效卡控，使工作過程更加規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，從而加強(qiáng)了對(duì)相關(guān)作業(yè)人員的規(guī)范管理。

圖6 移動(dòng)終端作業(yè)流程

在點(diǎn)巡檢過程中如發(fā)現(xiàn)故障，可通過移動(dòng)終端的故障上報(bào)功能對(duì)故障進(jìn)行填報(bào)。作業(yè)完成后，將巡檢或檢修數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器(提供usb/wifi兩種方式)，完成數(shù)據(jù)的同步。系統(tǒng)提供故障報(bào)告的建立、分析、處理的閉環(huán)機(jī)制，對(duì)故障分析積累形成故障案例庫(kù)，支持對(duì)類似的設(shè)備故障進(jìn)行智能預(yù)測(cè)并形成對(duì)應(yīng)的處理解決預(yù)案。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)接，用戶可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重要設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。通過對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析或者根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)工作情況觸發(fā)相關(guān)告警或工作流程。例如，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)達(dá)到某一報(bào)警上限值時(shí)，系統(tǒng)即產(chǎn)生故障告警，根據(jù)自定義條件，此告警會(huì)自動(dòng)觸發(fā)生成檢修工單，并發(fā)送消息等。技術(shù)員根據(jù)巡檢人員上傳的設(shè)備故障信息或系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警產(chǎn)生的告警信息，派發(fā)相應(yīng)的維修工作單，各專業(yè)工班維修人員接收到相關(guān)專業(yè)維修表單，前去現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行維保工作。通過與軌道交通進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)接，監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，有效提高了設(shè)備檢修及全方位管理的時(shí)效性，并為運(yùn)維情況統(tǒng)計(jì)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

為了調(diào)動(dòng)全員的積極性，改進(jìn)、完善運(yùn)營(yíng)環(huán)境、分享有益技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)引入了全面規(guī)范化生產(chǎn)維護(hù)(TnPM)體系［10-11］。其理論實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在包含OPL(one point lesson，單點(diǎn)課)及OPS(one point suggestion，單點(diǎn)建議)兩方面。

OPL主要由能夠較好地解決問題并處理故障的技術(shù)人員，針對(duì)工作中的疑問事項(xiàng)(如技術(shù)問題或難點(diǎn)故障等)編寫一頁(yè)到兩頁(yè)的簡(jiǎn)單教材，供工班人員學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)信息資源共享和經(jīng)驗(yàn)的積累，系統(tǒng)提供單點(diǎn)課的產(chǎn)生、分類歸檔、發(fā)布、評(píng)價(jià)、考核等功能;OPS主要是對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行、運(yùn)維管理方面的改善性建議(類似于點(diǎn)子庫(kù))，系統(tǒng)提供對(duì)OPS提交、審核審批、歸檔發(fā)布等功能。通過OPL、OPS等工作的具體實(shí)施，建立了完善、有效的全面規(guī)范化生產(chǎn)維護(hù)體系，調(diào)動(dòng)了全員的主動(dòng)積極性，形成知識(shí)經(jīng)驗(yàn)積累、分享、利用的良性自運(yùn)轉(zhuǎn)體系。

決策管理人員可訪問服務(wù)端綜合統(tǒng)計(jì)分析模塊，實(shí)時(shí)查看設(shè)施部重要設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理相關(guān)KPI(key performance indicator，關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo))的完成進(jìn)度與實(shí)績(jī)數(shù)值，宏觀掌握設(shè)備整體運(yùn)行情況，做出相應(yīng)重要決策。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過在西安地鐵運(yùn)營(yíng)分公司設(shè)施部的實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)維管理工作的電子化、數(shù)字化，使運(yùn)營(yíng)管理數(shù)據(jù)及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等信息得到高效的存儲(chǔ)、共享及深度挖掘;通過對(duì)接實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立狀態(tài)檢修輔助體系及設(shè)備的整體運(yùn)行維護(hù)統(tǒng)計(jì)分析體系，有效改進(jìn)固定檢修模式的不足，建立了完善、有效的規(guī)范化生產(chǎn)維護(hù)體系，有效提高了城市軌道交通設(shè)備運(yùn)維管理工作的質(zhì)量和效率，加強(qiáng)了企業(yè)范圍內(nèi)面向資產(chǎn)設(shè)備的管理水平。

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