物联网与移动互联技术应用于城市轨道交通设备设施维修的探索
2015-06-28姚世峰冯亚琳
何 霖 姚世峰 冯亚琳
(广州地铁集团有限公司,510335,广州//第一作者,教授级高级工程师)
1 城市轨道交通行业维修业务特点
城市轨道交通行业开展维修管理的任务,就是通过恰当的检查检测、维护保养及维修手段,用合理的维修成本,保证设备以良好的运行状态持续运行,为乘客提供良好的服务产品。
在维修业务的组织中需要选择恰当的维修策略,统筹考虑维修成本及设备可用性等管理目标;在计划维修、状态修、故障维修等维修方式之间找到恰当的平衡,尤其要考虑行业维修业务特点。
设备是承载城市轨道交通服务的主体。设备状态决定了运输服务的质量与水平,关系到公共交通安全。对设备进行维修的目的,就是为了确保良好的设备状态,降低故障发生率。
城市轨道交通设备维护维修管理具有两个最大的特点:一是设备数量庞大、种类繁多,二是设备分散,维修作业区域广。以广州地铁为例,其一条线路就有20 多种专业设备,设备台(套)数超
过2 万。
2 网络化运营环境下设备维修面临的挑战
城市轨道交通网络化运营条件下,设备维修面临以下挑战:
(1)技术多样化对线网设备设施维护质量提出了更高要求。城市轨道交通技术发展日新月异,新设备与既有老旧设备、系统之间的协调运作存在诸多问题与挑战。
(2)生产组织复杂程度急剧上升,调度资源分配难度增大。运营线路网络化后,各个作业组织的协调必须站在线网层面统筹考虑,之前的手工管理模式制约了现场生产效率的提高。
(3)现场维修维护作业管理难度加大。各专业设备之间接口复杂、关联度高,容易造成维修人员现场作业时的误判,从而产生专业间配合统筹效率下降等问题。以广州地铁为例,日间运营结束后,线网中20 多个专业的近20 万台(套)设备设施分布在不同的站点和区间,接口复杂,有大量的人工测点、检修记录,通过传统台账管理已经难以应付现有的维修及设备维护需求。
(4)业务分散控制,信息集中优化的需求日益突出。传统的获取信息的模式已难以确保信息的及时性、完整性和真实性,如何做到信息集中管控,并基于海量数据进行策略级的管理优化,是大型城市轨道交通企业必须解决的问题。
(5)人员急速扩张带来的安全隐患必须通过有效的手段予以控制。线网扩张同步带来人员的急剧增加,而新员工的成长有一个逐步提升的过程。如何将新手可能带来的安全隐患降到最低,则需要有效的工具和手段。
3 对物联网和移动互联技术的认识
3.1 物联网和移动互联技术简介
1999年移动计算和网络国际会议最早提出了物联网的概念。目前普遍的物联网概念是:任何物体以特定的协议通过红外感应器、射频识别、二维码等智能传感设备与互联网连接通信,智能地去识别、监控和管理这些物体。传统的互联网是物联网的基础和核心。物联网是互联网的扩展和延伸。网络被延伸到了任何物体之间,任何物体之间都能进行通信。目前,物联网技术已开始广泛应用于电力、交通、公安、农渔业、物流等领域,并进一步延伸到其他行业。
移动互联技术作为一个新兴产业,诞生时间较短,发展迅猛。其概念在20 世纪末被提出,目前仍处于明确内涵和拓展内涵的初期阶段,尚未形成比较统一或者被广泛认可的定义。综合来说,移动互联是基于移动通信技术以及广域网、局域网的各种移动信息终端按照一定的通信协议组成的。移动互联技术呈现出以下几个发展趋势:逐渐超过传统互联网;社交化趋势;向移动电商端发展;移动互联终端趋向多样化,以及开放平台与应用的多样化。
3.2 移动互联技术和物联网技术在维修业务的可应用性思考
对于物联网而言,其核心不在于物与物连接,而在于为什么而连接,以及连接之后可以做什么。其在维修业务的可应用性可以从以下几个方面入手:
(1)利用物联网技术的电子标签功能,使每一台设备通过网络连接在一起,状态可被随时获知,便于管理;
(2)利用移动互联技术的移动终端作业方式,让设备设施维护维修在线作业“随时随地”变成可能;
(3)整合并设计一套基于移动互联和物联网技术的企业级设备管理信息系统,最终实现维修业务管理有标准、操作有指引、计划有统筹、执行有监控、事后可追溯、数据可分析的管理目标。
4 在维修业务中引入物联网与移动互联技术的设计方案
4.1 总体设计原则
以维修现场作业精细化为设计重点,将管理标准优化与固化,利用先进工具有效监控作业过程,提升质量管控能力,同时提供更直观的工作指引;以此为基础进行扩展设计,系统考虑人、财、物等相关业务的协同性,设计整体的信息化解决方案。
4.2 信息化建设方案
4.2.1 应用架构方案
应用架构共分为4 层,分别为维修业务管理层、支撑管理层、决策支持层和渠道接入层。如图1所示。
4.2.2 数据标准化方案
设备维修数据是设备维修系统的核心。需对众多数据进行全面梳理,制定数据规则,力求其既能满足管理需求,又符合维修现场作业习惯。所涉及到的核心数据包括以下6 类:①公共位置编码;②位置编码;③设备编码;④预防性维护编码规则;⑤标准作业模板编码规则;⑥故障代码编码。
4.2.3 技术架构方案
综合考虑该应用的生产支撑性质,对系统稳定性、性能、扩展性等方面均有较高要求。广州地铁采用成熟产品与二次开发相结合的实现方案。其基于IBM 公司 MAXIMO 软件产品,通过二次开发实现了施工管理、手持终端的管理功能。
技术架构设计中着重考虑了物联网与移动互联技术在方案中的引入,在实际的作业现场管理应用中,将MAXIMO 后台功能与前台手持终端、标签应用有机融合。技术架构在终端层的实现情况如图2所示。
4.2.4 硬件与网络部署方案
为了确保系统的高可用性以及安全与稳定,广州地铁对应用服务器(APP)和后台服务器(PM)采用负载均衡方式进行部署;数据库服务器采用主备集群方式进行部署,以保证数据库的可靠性。
图1 广州地铁维修业务信息化应用架构
图2 广州地铁维修系统技术架构在终端层的实现
在每个车站、车辆段检修库及车厂调度室安装无线WIFI,方便工单下载与数据上传,实现当晚作业数据及时上传到中央服务器。
手持终端设备采用具有较高的稳定性、运行速度快、适于便携的民用手机;标签使用二维码标签,将公共位置、设备位置、设备等予以标志。利用物联网和移动互联技术,将维修作业管理延伸到了作业现场,实现了设备、位置与人的关联以及与作业任务的关联,并实时采集设备的状态信息进行数据积累,为后续数据分析、利用、预测奠定基础。
5 应用成效
广州地铁引入物联网和移动互联技术的新维修信息系统自2013年10月开始建设,于2014年4月实现在3号线北延段上线试运行,至今已在4 条线路投入使用。截至2014年12月31日,系统中管理了近9 万台(套)设备,对这些设备的测点值设置超过40 万个;超过3 500 份标准作业模板对各类设备、各类规程作业工序予以标准化与规范化管理;根据维修规程固化了超过4 万份预防性维护计划。每个月通过系统自动生成的预防性维修计划平均达28 万份,极大地规范了维修作业。
该系统上线以来对广州地铁设备维修管理产生的成效主要有以下几个方面:
(1)实现了检修计划精确化及施工计划快捷化。设备检修周期到期前60 d 由系统自动生成工单,并提前一个月对检修工单进行计划排程,将检修工单安排到具体检修时间和具体维修人员,保证所有检修工单关联到相关的检修作业,防止漏检漏修。通过系统实现工单与施工计划的关联,工班可以通过工单直接申报施工计划,并与现场作业实现匹配管理。
(2)强化了设备检修作业的标准化管理。通过系统固化了标准作业模板,维修作业时按照检修工序进行检修与确认,并自动记录检修人员和检修时间,实现了设备的精修、细检和作业标准化。
(3)实现技术资料现场化,加强了对一线作业的指导。在手持终端上可随时查看设备技术文档、应急预案等文件,做到对现场作业人员的就地指导,有利于提高检修作业的质量。
(4)设备故障得以更快速响应。作业过程中可通过手持终端采集现场设备状态,包括现场照片、视频、音频等,故障信息可便捷录入。在系统中,广州地铁将AFC(自动售检票)系统的设备故障信息与维修信息系统对接,实时获取AFC 系统的操作日志以及分析结果,对判定为故障的信息自动转为故障工单,极大地提升了故障的现场快速响应能力。
(5)规范了施工人员到场安全管理,加强了安全防护与管控。轨行区作业人员到达现场后,需扫描车控室的预请点标签报到;作业开始前需在手持终端上对所带入的工器具进行登记,并完成安全交底,确认是否满足安全作业的条件;系统将工单的作业时间及作业区域反馈到终端上,扫描作业区域位置标签实现作业区域的安全防护与越界提醒。每台设备的测量数据实现越限提醒。通过作业前、作业中和作业后的多处提醒设置,加强了安全防护。
(6)设备管理工作更加快捷高效,质量得以提升。使用该系统前设备管理部门需要3 d 时间层层汇总统计报表,使用系统后可实时在系统中调用报表,耗时不超过几分钟,极大地提高了管理效率,数据也更加真实可靠。
(7)大数据分析将提高故障预防预控,进而降低故障率。通过数据的积累与分析提前发现设备质量隐患,持续优化维修策略与规程,促进状态修的推广;通过对设备状态信息的全面掌握,提高对设备故障的预防预控能力,进而降低故障率。
6 未来发展展望
广州地铁通过引入基于物联网和移动互联技术的设备维修信息系统,将信息化延伸到了维修生产一线,为业务执行提供便捷的工具,一揽子解决“做了没有、做了什么、做得怎样”的监管问题,有助于增强业务监管能力,降低管理风险。未来将借助系统内不断积累的现场设备检修数据信息库,结合设备质量评估模型,对设备状态进行科学评估,逐步从计划修过渡到状态修,并持续优化检修规程等业务规范,降低设备故障率,持续优化维修成本。
广州地铁还将根据前后台维修的管理体系,将信息化延伸到设备的中大修维修作业,继续利用新的信息技术,支撑工厂式的车辆架大修、设备大中修、部件修等业务,持续提升维修业务的运作效率、现场管控、成本控制,以及整体的业务管控能力。
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