电梯作业管理与在线监测系统的移动化作业研究

董晓婷

(上海申通地铁集团有限公司技术中心,201103,上海∥工程师)



电梯作业管理与在线监测系统的移动化作业研究

董晓婷

(上海申通地铁集团有限公司技术中心,201103,上海∥工程师)

结合当前上海轨道交通电梯设备的管理现状及存在的主要问题,提出了建设一套移动化的电梯作业管理与在线监测系统,并从系统的业务架构、功能、移动化内容、配置及性能方面分别进行了阐述。通过作业管理子系统与在线监测子系统的相结合,增强电梯设备的实时监控力度,提高现场作业效率,对地铁电梯运营管理水平的整体提升有参考意义。

地铁；电梯; 作业管理; 在线监测; 移动化

Author′s address Technology Centre of Shanghai Shentong Metro Group Co.,Ltd., 201103,Shanghai,China

随着城市轨道交通路网规模的逐步扩大,客流量的急剧增加,上海轨道交通网络在运营生产、客运、调度指挥和应急处置等方面都有新的需求。以电梯为例,由于“4月2日静安寺地铁站自动扶梯逆行事故”产生了重大社会影响，故对运营公司的电梯现场管理及委外单位的保养监督等方面都提出了新的管理要求。根据上海市人民政府令第25号文及上海市质量技术监督局沪质技监特[2015]56号文的明确要求,电梯使用单位在电梯使用过程中需加强车站巡视、设备维修的监控及维修过程中的履历信息管理,以满足电梯维护的质量过程控制的需求,保障电梯设备的正常运营。

1 研究意义

现有电梯作业与设备监测管理制度存在着很多问题。

电梯设备作业管理制度存在的问题包括:

(1) 大部分线路采用以纸张记录作业的信息、再将数据人工录入电脑存档的方式。不仅耗工费时，而且设备状态和运行数据的真实性得不到保证,监督功能难以实现[1]。

(2) 部分线路使用单机版的作业管理系统,和其他外部系统的关联度不够,无法进行系统间信息的交互和共享，不能满足过程管控的专业化管理要求。

电梯设备监测管理制度存在的问题包括:

(1) 目前上海地铁的EMCS(车站设备监控系统)在车站控制室通过无源干节点信号传送的方式对电梯设备进行运行状态监视。该种方式需要敷设专用的通信线缆,会破坏车站既有站台、站厅的外立面结构,并且获取到的信息量较少。

(2) 各电梯厂家虽建立了自己的远程监测平台,但如果仅通过该平台对地铁电梯设备进行监测,则运营方只能获取经过转发的信息。这样使得监测内容的可控性较差，且监测内容的获取会存在一定的延时。

本文在研究电梯作业管理与在线监测系统本身的同时,对其在移动化应用方面应具有的特性做进一步探讨,具体研究意义如下:

(1) 电梯移动化作业可强化现场作业的规范度,通过移动作业定位点的NFC(近距离无线通信)识别解决作业人员到位率;可根据车站设备台账自动在移动终端列出作业信息,提升现场作业质量。

(2) 现场作业移动化代替了现场带单作业。作业信息通过移动终端传输到后台管理系统,一次性的信息录入使得作业效率得到提高,且采集的信息更为全面、准确。

(3) 在线监测系统,能在第一时间获取现场电梯实时状态、报警信息、服务状态等大量一手数据,并通过可视化的数据统计及分析,使移动化终端的使用、告警信息更及时,作业信息更丰富,进而提高运营管理人员对现场情况的实时操作性。

(4) 电梯设备是车站机电设备之一,对于电梯设备的移动化研究可用于其它机电设备的移动化研究。这对车站机电设备移动化作业有推广意义。

综上所述,笔者认为需要自建一套将电梯设备作业管理及在线监测集于一体的系统来支撑电梯设备的安全管理。这对电梯作业质量和监测管理的提升具有非常重要的价值。

2 电梯作业管理与在线监测系统

目前，上海轨道交通13号线在轨道交通公共区域和办公管理区域均已开通了移动无线信号,为有效解决电梯作业及监测管理中存在的问题,同时利用现行优势资源,上海轨道交通技术研究中心和上海地铁电子科技有限公司组织研制了具有完全知识产权且性能稳定可靠的电梯作业管理及在线监测系统(以下简为“管理监测系统”)。

2.1 业务总体架构及功能

管理监测系统业务总体架构见图1。由图1可以看到,系统移动终端综合管理是在移动终端实现电梯在线状态查看、电梯信息查询、电梯现场作业、电梯实时报警、作业统计与综合分析等一系列管理功能的集合。支撑移动化的业务由电梯在线监测与电梯作业管理两大子系统提供数据支持与交互管理。其中，电梯在线监测子系统是C/S架构系统,电梯作业管理子系统是B/S系统。二者的系统设备硬件各自独立,数据库各自独立,仅共享站内的所有信息。采用这种功能划分的独立结构，即使系统中某处硬件、软件异常或退出运行,也不影响其他设备的正常工作,可提高系统的整体容错能力。

图1 管理监测系统业务架构图

2.1.1 作业管理子系统的功能

电梯作业管理子系统主要由作业移动终端、网络传输和后台管理平台三部分组成。

作业移动终端能够采用NFC标签快捷登录并通过工号加密码方式验证,同时还包含作业工单获取、设备信息查询、在线状态查看、工单执行、数据上传及历史工单查询等功能。现场作业人员手持移动终端可记录作业信息、设备信息及异常信息,并通过无线WIFI上传到后台管理平台。后台管理平台由设备基础信息管理、现场作业管理、报表和分析三大业务模块构成,具有设备台账管理、执行计划管理、规程管理、设备台账与类别管理、作业结果管理、作业异常管理、设备劣化与趋势分析等功能。

2.1.2 在线监测子系统的功能

在线监测子系统主要由前端采集器、网络传输和在线监测平台三部分组成。

前端采集器通过电梯控制器通信端口,采用Modbus RTU的通信协议来采集电梯运行状态、故障报警等信息。网络传输通过无线WIFI的方式为前端子系统和在线监测平台之间传递电梯各类数据信息。在线监测平台是执行日常监控和管理的部分,集对实时数据信息的管理、交换、处理、存储和转发于一体,并对电梯的日常运行和故障维修等事件进行统计、分类、分析,为监管提供技术支撑,确保地铁电梯运行安全。

2.1.3 接口功能

(1) 与企业资产管理系统的接口。企业资产管理系统以资产模型、设备台帐为基础,以工单的创建、审批、执行、关闭为主线,能合理、优化地安排相关的人、财、物资源,将传统的被动检修转变为积极主动的预防性维修；为作业管理子系统提供电梯设备台账信息和设备工单信息。作业时可通过移动终端扫描电梯的标签信息以识别该设备。如在电梯作业过程中发现异常,也可通过企业资产管理系统生成相应的保养、维修等工单。其接口流程如图2所示。

图2 与企业资产管理系统的接口流程图

(2) 与施工管理平台的接口。施工管理平台是现场施工申请、冲突检测、施工审核、要点/消点记录的系统。通过移动终端将要点和消点信息发送到施工管理平台,以此增强施工管理平台与作业管理子系统的协作。作业管理子系统可将执行计划同步到施工平台,使得一次计划能多个平台使用,避免了重复录入造成的劳动效率降低。其接口流程如图3所示。

图3 与施工管理平台的接口流程图

(3) 与故障报修平台的接口。电梯现场作业发现异常后,可通过移动终端直接自动接报到故障报修平台,并由故障报修平台进行专业分发,最后形成维修工单。维修工单可在移动终端上进行维修作业的记录,其结果可在移动化现场作业时进行复核,最终形成一个闭环工作流。从作业发现异常到故障报修接报,从故障分发到故障处置,都离不开故障保修平台的支持。其接口流程如图4所示。

2.2 系统移动化

管理监测系统移动化的主要研究内容包括电梯在线监测移动化和电梯现场作业移动化。

2.2.1 电梯在线监测移动化

电梯在线监测子系统将实时采集的电梯设备相关运行状态、故障及实时报警信息在移动终端上通过友好的人机界面形式清晰地展示出来,并通过统计和分析历史数据生成裂化趋势分析、告警分析等设备状态分析类报表。设备的故障和实时报警信息由电梯在线监测子系统统一采集并处理后,再转发给电梯作业管理子系统进行作业异常处理。电梯作业管理子系统自动触发工单,提示作业人员完成相应的检查和维修。管理监测系统在移动终端展示界面的实景如图5、图6所示。

图4 与故障报修平台的接口流程图

图5 统计分析界面实景图

图6 现场作业效果图

2.2.2 电梯现场作业管理的移动化

2.2.2.1 网络通讯的选择与通讯策略

WIFI为电梯移动作业首选的网络通讯介质。当WIFI存在信号盲点时,ISP可作为备选方案。由于WIFI和ISP网络都存在盲点,所以在通讯策略的选择上应考虑满足网络动态切换、外网动态接入和本地数据缓存、定期数据清理等需求。

网络动态切换指在应用内部动态切换不同服务器,无需重启应用或重新登录即可保证应用正常通讯。外网动态接入能快速通过外网连接到内网服务器,同时满足通讯安全、信息不泄露、鉴权认证等要求。本地数据缓存能在网络盲点区域继续现场作业,在终端内部存储信息、阅读本地数据,并在网络覆盖区自动上传数据、恢复与服务器交互,还能定期清理缓存数据,保证应用的流畅性[3]。

2.2.2.2 信息识别技术选择

使用现场设备二维码结合移动终端的配对识别信息记录,可有效避免操作人员杜撰在岗操作情况的现象,从而对操作人员的到岗信息和操作信息进行有效监控[2]。但二维码存在可复制性(如拍照打印)、易损害等缺点,而NFC技术恰能解决此问题。将含有信息的NFC标签固定在设备内部,移动终端可通过NFC识别技术读取标签中的设备信息。NFC最大的优点是防复制同时也适合工况环境、不易损害。NFC的工作模式包含卡模式、点对点模式与读卡器模式[4]。本方案采用NFC读卡器模式来实现数据采集。两种识别技术的性能对比如表1所示。

表1 二维码和NFC的性能对比

2.2.2.3 移动化现场作业流程

目前上海地铁的机电设备作业类型包括巡检、保养、计划修、临时修、大修、抢修等。针对电梯设备来说,巡检作业由运营单位的巡检班组执行,维修作业由委外单位执行。以巡检作业为例,其移动化作业流程如图7所示。

图7 移动巡检作业流程图

当巡检发现设备异常时,管理监测系统产生故障报单并根据故障实际情况制定维修工单。随后，现场人员根据维修工单进行维修作业,形成处置过程记录。维修处置完成后,系统将关闭工单,之后对巡检过程再次复核维修状态,最终形成发现故障、制定工单、消除故障、复核故障的闭环过程管理。研究移动化现场作业的流程,并非简单地将现有流程照翻移动化的过程,而是一个BPR(业务流程重组)的过程。通过对节点的梳理和重新设计形成一个更适合移动化的作业流程,有利于今后作业管理的提升[5]。BPR流程如图8所示。

图8 BPR流程图

2.2.2.4 移动化信息记录

移动化信息记录通常包括文字录入、拍照、录音及视频4种方式。

由于在移动终端上不便于大量文字的录入,因此在信息量较大时,可采用数据结构化、分字段或列表方式进行简化录入。在作业人员要点/消点的过程中,采用水印照片的记录方式,并同拍摄的静态画面内容作对比,以防止作业人员造假行为。

遇到设备异常的状态描述时,可通过拍照、微录音、微视频等方式记录,以便维修人员了解现场状况。由于网络质量会对照片的传输产生影响,故移动终端应能在对现场网络带宽进行检测后自动调节传输照片的像素,即在带宽低场景下传输低像素照片,在带宽高场景下传输高像素照片。微录音和微视频的记录方式可用于控制文件的大小,采用MPEG-4的格式能增强数据的可重用性,从而进一步提高数据压缩效率,便于网络传输。

2.3 系统拓扑图及软硬件配置

系统拓扑图如图9所示。

系统软硬件配置包括：

(1) 服务器。本系统配置2台PC服务器,1台数据库服务器及1台应用服务器。服务器高度2 U,机架式,带上架套件,2个八核至强CPU,1.6 GHz以上运行频率;16 GB内存,2块300 GB/10KrpmSAS 热插拔硬盘,4个主板集成千兆网口,2块单口8 Gbit/s光纤通道卡,DVD-ROM,冗余电源,三年原厂保修;安装Redhat Linux 6或Windows 2008企业版,含防病毒软件。

图9 系统拓扑图

(2) 数据库、中间件软件。数据库软件选用ORACLE 11g企业版(1CPU);中间件软件选用基于Java的企业级中间件iPlat4J软件平台。

(3) 网络环境。系统的中心服务器及客户端在内网中有线访问;移动终端设备通过车站WIFI访问操作。

2.4 系统性能要求

非网络故障情况下，响应时间要求为：

(1) 从系统内部(局域网)单表查询响应时间<3 s;

(2) 从系统外部(广域网)单表查询响应时间<8 s;

(3) 从系统外部(广域网)单表统计查询响应时间<10 s;

(4) 业务操作处理(添加、删除,修改)<3 s;

(5) 用户等待数据时间<8 s;

(6) 在线实时数据延迟时间<60 s。

可靠性要求为

(7) MTBF应当大于5 000 h;

(8) 平均恢复时间(MTTR)应当小于30 min。

3 结语

电梯作业管理与在线监测系统计划于2016年底在上海轨道交通13号线进行试点应用,使线路和设备检修部门在电梯作业工作上首次实现无纸化数据采集。同时，通过电梯实时状态的监测,能实现电梯作业管理与安全监测工作的自动化与信息化[6]。这给电梯管理工作带来极大的便利：一方面提高工作效率和管理效果,减轻作业人员的劳动强度；另一方面能最大程度地保证电梯安全运行,具有广泛的社会效益和经济效益。

[1] 孙汉高.PDA智能巡检系统的设计与实现[J].科技信息,2009(35):75.

[2] 廖东方.二维码标签的安全技术研究[D].北京:北京邮电大学,2008.

[3] 胡骞,武穆清,郭嵩,等.一种用于内容中心网络的缓存随机放置策略[J].西安电子科技大学学报,2014(6):149.

[4] 张洁.基于NFC技术的生产管理系统的设计与实现[J].软件工程师,2014,3(4):12.

[5] 潘国勇.企业流程再造的系统模式研究[D].武汉:华中科技大学,2003.

[6] 惠嘉琪.电梯运行状态监测与故障远程报警系统分析[J].硅谷,2015(1):63.

Mobile Work of Escalator Operation Management and the On-line Monitoring System

DONG Xiaoting

Combined with the present situation and the existing problems in elevator equipment management of Shanghai rail tansit, the construction of a complete elevator operation management and on-line monitoring system is proposed, the prefessional structure, functions, mobile working content, configuration and performance aspects are described respectively. By way of combining the operation management and on-line monitoring system, the real-time monitoring capability of elevator equipment is enhanced, the work efficiency in field operation is improved. The research has certain reference significance for the ascent of subway elevator operation and the overall management level.

metro; escalator; operation management; on-line monitoring system; mobility

TU 857：U 231.4

10.16037/j.1007-869x.2016.06.031

2015-06-30)