轨道交通设备运维管理系统的设计与实现

耿 杰 李 聪 吴永城

(1.西安市地下铁道有限责任公司 西安710018;2.国电南瑞科技股份有限公司 南京210061)

1 系统概述

目前，我国处于城市轨道交通大发展时期，大量线路的不断开通运营对设备管理工作提出了越来越高的要求。轨道交通作为一个典型的设备资产密集型行业，设备量巨大，涉及专业多，相关设备正常、有效地运行是轨道交通安全、高效运营的决定因素，但目前国内各运营单位，在设备检修维护模式、设备运维管理体系以及整体信息化、自动化程度等方面都处于起步阶段，存在有以下不足:

1)设备运行维护工作基本以纸质台账形式进行，这种方式技术落后，效率低下，底层数据难以得到高效的存储、共享及深度挖掘，无法实时有效地掌控设备的整体运行维护情况，且对工作人员的日常巡检、检修等工作难以进行规范化的约束及有效的卡控。

2)设备的运行维护工作基本是采取日常巡检加周期检修的模式，该方式检修维护周期固定，与设备的实际运行状况不匹配，容易造成设备的过度维修和维修不足等问题［1］。

上述问题严重地制约了轨道交通的安全高效运营，因而研究建立科学、有效的轨道交通设备管理体系，应用高效、实用的设备检修维护技术势在必行。笔者针对上述问题并结合西安地铁运营分公司设施部辖内工班的实际工作需求，以实现设备运维管理工作电子化、数字化、自动化为基础，以提高设备运维管理工作的效率、规范性以及调动全员主动参与性为目标，设计并实现了一套先进的轨道交通运行维护管理系统。系统基于NFC(near field communication，近场通信)的射频识别技术［2-3］，将设备与管理系统连接起来。通过与轨道交通ISCS(integrated supervisory control system，综合监控系统)［4］的对接，监控设备的实时状态，并对设备状态进行综合统计分析，有效提高了设备检修及全方位管理的时效性，协助用户建立起完善、有效的全面规范化生产维护体系，从而有效提高轨道交通设备运维管理工作的质量和效率。

2 系统设计

系统分为服务端与移动端，服务端采用符合当前技术应用潮流的B/S架构(browser/server，浏览器/服务器模式)［5］，节省了软硬件投资，同时大大减少了系统的维护工作量。移动终端则选用支持NFC近场通信的andriod系统设备。

2.1 硬件结构

轨道交通设备运维管理系统的硬件结构主要由数据库服务器、Web应用服务器、工作站(客户机)、移动终端和打印机等设备构成，其B/S架构如图1所示。

图1 轨道交通设备运维管理系统B/S架构

1)数据库服务器:安装商业数据库软件环境(系统采用Mysql数据库)。

2)Web服务器:部署软件中间件、设备运维管理系统。

3)客户机:通过浏览器在线访问系统各项功能，客户端零维护。

4)移动终端:现场实际数据采集单元，实现作业无纸化，辅助服务端实现设备运维管理各个功能模块(采用具有NFC功能的智能手机，操作简便，应用广泛，节约成本)。

5)打印机:在线打印文档、报表等。

2.2 软件架构

系统的软件层次分为数据层、平台层和应用层，其结构如图2所示。数据层主要完成静态、动态数据的采集和录入，平台层支撑整个系统的运行，提供各项基础后台服务功能，应用页面层主要实现应用功能以及页面展示。

考虑到系统的应用性、安全性、可扩展性与可维护性，本系统基于J2EE(企业Java2标准规范)的轻量级架构体系，遵循“多层架构、松藕合”的2个主要原则，采用SSH(struts+spring+hibernate，开源集成框架)架构设计［6］，前端页面部分采用Jquery MiniUI(前端开发框架)设计，其体系结构图3所示。

图2 设备运维管理系统软件层次结构

图3 轨道交通设备运维管理系统软件架构

采用SSH框架，不仅实现了视图、控制器与模型的彻底分离，而且还实现了业务逻辑层与持久层的分离。这样无论前端如何变化，模型层只需很少的改动，并且数据库的变化也不会对前端有所影响，大大提高了系统的可复用性。在表示层，通过JSP页面接收请求(request)和传送响应(response)，然后Struts根据配置文件将接收到的请求委派给相应的action处理;在业务层，管理服务组件的Spring IOC(inversion of control，控制反转)容器负责向action提供业务模型组件和该组件的协作对象数据处理(DAO)组件完成业务逻辑，并提供事务处理、缓冲池等容器组件以提升系统性能和保证数据的完整性;在持久层，依赖于hibernate的对象化映射和数据库交互，处理DAO组件请求的数据，并返回处理结果。

数据存储是设备运维管理系统的基础，系统采用redis(键-值映射数据库)实时库［7-8］提供实时数据存储介质，为了保证效率，数据都是缓存在内存中，redis会周期性地把更新的数据写入磁盘或者把修改操作写入追加的记录文件，并且在此基础上实现了master-slave(主从)同步;采用MySQL(关系数据库)存储运营线路重要设备的基础信息、巡检记录、检修记录、故障记录等;采用Apache ActiveMQ(开源消息总线)［9］作为消息的接受和转发的容器，构建系统实时消息通信总线，实现消息推送。

3 系统实施

本系统主要应用于西安地铁运营分公司设施部，为满足设施部设备运维管理各个层面的需求，系统应用对象分为现场执行层、技术业务层、决策管控层3个层面，其各层面用户及其覆盖的功能如表1所示。设施部维修调度人员作为技术业务层面，负责巡检、检修、设备维保、故障管理等标准作业单的制订及设备运维调度等;各专业工班人员作为现场执行层面，负责接收设备巡检、检修等作业表单，按照标准作业流程现场作业;设施部管理人员作为决策管控层面，根据系统综合统计分析模块提供的设备数据信息，宏观掌控设备整体运行情况。

3.1 系统总体方案

轨道交通设备运维管理系统在西安地铁运营分公司设施部工程项目的实际应用，其总体架构如图4所示。

系统数据服务器、应用服务器、磁盘阵列等部署在车辆段中心机房，设施部所有工作人员在本地通过浏览器即可访问服务端系统(权限级别不同，访问的功能模块有所不同)，移动终端则应用于现场执行层各个基层工班，NFC标签、二维码等电子标签贴于设备房内的相关设备或机柜上。为了保证系统数据安全，系统运行于内网环境，如需要连接外部网络，则通过VPN(virtual private network，虚拟专用网络)服务器来与外部连接。

表1 系统用户及功能划分

图4 系统总体架构

3.2 系统应用

系统实现对西安地铁运营分公司设施部辖区工班各类基础资产设备的信息化管理，并与轨道交通综合监控系统对接实现数据共享，接受综合监控系统上送的设备状态、故障、报警等运行信息，允许维护人员手动输入在日常巡检时发现的设备缺陷、故障等信息，主要业务模块相对独立，可以按照企业管理需要选择配置。根据设施部各层面应用对象划分，其应用流程如图5所示。

图5 系统应用流程示意

设备台账信息是设备运维管理工作的基础。用户通过本模块管理设备基础信息以及备品备件与在用设备关联的关系等，将设备信息与NFC电子标签绑定，贴于设备上，作为设备的唯一身份标识。

技术业务层技术人员通过本地工作站浏览器登录系统，根据设备类型制定相应标准规范的设备点巡检、检修作业表单，实现周期性设备检修维护工作的电子化及工作全过程的跟踪管理，包括检修维护计划的排定、发布、检修维护过程的记录和检修维护情况的检查、评价等。

设施部各个工班巡检人员使用移动终端扫描待检设备的NFC标签后，移动终端上便会显示此设备的详细信息及作业表单。巡检人员按作业表单内容对设备进行逐步检查，其工作流程如图6所示。电子化巡检方式不仅提高了巡检人员的巡检效率，且能对工作人员的日常巡检、检修等工作进行规范化约束及有效卡控，使工作过程更加规范化和标准化，从而加强了对相关作业人员的规范管理。

图6 移动终端作业流程

在点巡检过程中如发现故障，可通过移动终端的故障上报功能对故障进行填报。作业完成后，将巡检或检修数据上传到服务器(提供usb/wifi两种方式)，完成数据的同步。系统提供故障报告的建立、分析、处理的闭环机制，对故障分析积累形成故障案例库，支持对类似的设备故障进行智能预测并形成对应的处理解决预案。

系统实现了与轨道交通综合监控系统的对接，用户可实时监测重要设备的实时运行状态。通过对实时数据的统计分析或者根据用户现场工作情况触发相关告警或工作流程。例如，设备运行参数达到某一报警上限值时，系统即产生故障告警，根据自定义条件，此告警会自动触发生成检修工单，并发送消息等。技术员根据巡检人员上传的设备故障信息或系统自动预警产生的告警信息，派发相应的维修工作单，各专业工班维修人员接收到相关专业维修表单，前去现场执行维保工作。通过与轨道交通进行实时综合监控系统的对接，监控设备的实时状态，有效提高了设备检修及全方位管理的时效性，并为运维情况统计分析提供基础数据支撑。

为了调动全员的积极性，改进、完善运营环境、分享有益技术经验，系统引入了全面规范化生产维护(TnPM)体系［10-11］。其理论实现主要体现在包含OPL(one point lesson，单点课)及OPS(one point suggestion，单点建议)两方面。

OPL主要由能够较好地解决问题并处理故障的技术人员，针对工作中的疑问事项(如技术问题或难点故障等)编写一页到两页的简单教材，供工班人员学习，从而实现信息资源共享和经验的积累，系统提供单点课的产生、分类归档、发布、评价、考核等功能;OPS主要是对生产运行、运维管理方面的改善性建议(类似于点子库)，系统提供对OPS提交、审核审批、归档发布等功能。通过OPL、OPS等工作的具体实施，建立了完善、有效的全面规范化生产维护体系，调动了全员的主动积极性，形成知识经验积累、分享、利用的良性自运转体系。

决策管理人员可访问服务端综合统计分析模块，实时查看设施部重要设备的运行维护管理相关KPI(key performance indicator，关键绩效指标)的完成进度与实绩数值，宏观掌握设备整体运行情况，做出相应重要决策。

4 结 语

通过在西安地铁运营分公司设施部的实际应用，实现了设备运维管理工作的电子化、数字化，使运营管理数据及技术经验数据等信息得到高效的存储、共享及深度挖掘;通过对接实时监控系统，应用实时数据，建立状态检修辅助体系及设备的整体运行维护统计分析体系，有效改进固定检修模式的不足，建立了完善、有效的规范化生产维护体系，有效提高了城市轨道交通设备运维管理工作的质量和效率，加强了企业范围内面向资产设备的管理水平。

［1］朱礼平，赵宝龙.地铁设备维修管理分析［J］.城市建设理论研究，2013，(13):48-53.

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