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.國電南瑞科技股份有限公司 南京210061)

1 系統(tǒng)概述

目前，我國處于城市軌道交通大發(fā)展時期，大量線路的不斷開通運營對設(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、有效地運行是軌道交通安全、高效運營的決定因素，但目前國內(nèi)各運營單位，在設(shè)備檢修維護模式、設(shè)備運維管理體系以及整體信息化、自動化程度等方面都處于起步階段，存在有以下不足:

1)設(shè)備運行維護工作基本以紙質(zhì)臺賬形式進行，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、共享及深度挖掘，無法實時有效地掌控設(shè)備的整體運行維護情況，且對工作人員的日常巡檢、檢修等工作難以進行規(guī)范化的約束及有效的卡控。

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

上述問題嚴重地制約了軌道交通的安全高效運營，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、實用的設(shè)備檢修維護技術(shù)勢在必行。筆者針對上述問題并結(jié)合西安地鐵運營分公司設(shè)施部轄內(nèi)工班的實際工作需求，以實現(xiàn)設(shè)備運維管理工作電子化、數(shù)字化、自動化為基礎(chǔ)，以提高設(shè)備運維管理工作的效率、規(guī)范性以及調(diào)動全員主動參與性為目標，設(shè)計并實現(xiàn)了一套先進的軌道交通運行維護管理系統(tǒng)。系統(tǒng)基于NFC(near field communication，近場通信)的射頻識別技術(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］的對接，監(jiān)控設(shè)備的實時狀態(tài)，并對設(shè)備狀態(tài)進行綜合統(tǒng)計分析，有效提高了設(shè)備檢修及全方位管理的時效性，協(xié)助用戶建立起完善、有效的全面規(guī)范化生產(chǎn)維護體系，從而有效提高軌道交通設(shè)備運維管理工作的質(zhì)量和效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)分為服務(wù)端與移動端，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，同時大大減少了系統(tǒng)的維護工作量。移動終端則選用支持NFC近場通信的andriod系統(tǒng)設(shè)備。

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

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

圖1 軌道交通設(shè)備運維管理系統(tǒng)B/S架構(gòu)

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

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

3)客戶機:通過瀏覽器在線訪問系統(tǒng)各項功能，客戶端零維護。

4)移動終端:現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)采集單元，實現(xiàn)作業(yè)無紙化，輔助服務(wù)端實現(xiàn)設(shè)備運維管理各個功能模塊(采用具有NFC功能的智能手機，操作簡便，應(yīng)用廣泛，節(jié)約成本)。

5)打印機:在線打印文檔、報表等。

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)、動態(tài)數(shù)據(jù)的采集和錄入，平臺層支撐整個系統(tǒng)的運行，提供各項基礎(chǔ)后臺服務(wù)功能，應(yīng)用頁面層主要實現(xiàn)應(yīng)用功能以及頁面展示。

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

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

圖3 軌道交通設(shè)備運維管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)

采用SSH框架，不僅實現(xiàn)了視圖、控制器與模型的徹底分離，而且還實現(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，并且數(shù)據(jù)庫的變化也不會對前端有所影響，大大提高了系統(tǒng)的可復(fù)用性。在表示層，通過JSP頁面接收請求(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))容器負責(zé)向action提供業(yè)務(wù)模型組件和該組件的協(xié)作對象數(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的對象化映射和數(shù)據(jù)庫交互，處理DAO組件請求的數(shù)據(jù)，并返回處理結(jié)果。

數(shù)據(jù)存儲是設(shè)備運維管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)采用redis(鍵-值映射數(shù)據(jù)庫)實時庫［7-8］提供實時數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，為了保證效率，數(shù)據(jù)都是緩存在內(nèi)存中，redis會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)上實現(xiàn)了master-slave(主從)同步;采用MySQL(關(guān)系數(shù)據(jù)庫)存儲運營線路重要設(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)實時消息通信總線，實現(xiàn)消息推送。

3 系統(tǒng)實施

本系統(tǒng)主要應(yīng)用于西安地鐵運營分公司設(shè)施部，為滿足設(shè)施部設(shè)備運維管理各個層面的需求，系統(tǒng)應(yīng)用對象分為現(xiàn)場執(zhí)行層、技術(shù)業(yè)務(wù)層、決策管控層3個層面，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，負責(zé)巡檢、檢修、設(shè)備維保、故障管理等標準作業(yè)單的制訂及設(shè)備運維調(diào)度等;各專業(yè)工班人員作為現(xiàn)場執(zhí)行層面，負責(zé)接收設(shè)備巡檢、檢修等作業(yè)表單，按照標準作業(yè)流程現(xiàn)場作業(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)備整體運行情況。

3.1 系統(tǒng)總體方案

軌道交通設(shè)備運維管理系統(tǒng)在西安地鐵運營分公司設(shè)施部工程項目的實際應(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)限級別不同，訪問的功能模塊有所不同)，移動終端則應(yīng)用于現(xiàn)場執(zhí)行層各個基層工班，NFC標簽、二維碼等電子標簽貼于設(shè)備房內(nèi)的相關(guān)設(shè)備或機柜上。為了保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全，系統(tǒng)運行于內(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)實現(xiàn)對西安地鐵運營分公司設(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)對接實現(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、報警等運行信息，允許維護人員手動輸入在日常巡檢時發(fā)現(xiàn)的設(shè)備缺陷、故障等信息，主要業(yè)務(wù)模塊相對獨立，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)備臺賬信息是設(shè)備運維管理工作的基礎(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電子標簽綁定，貼于設(shè)備上，作為設(shè)備的唯一身份標識。

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)標準規(guī)范的設(shè)備點巡檢、檢修作業(yè)表單，實現(xiàn)周期性設(shè)備檢修維護工作的電子化及工作全過程的跟蹤管理，包括檢修維護計劃的排定、發(fā)布、檢修維護過程的記錄和檢修維護情況的檢查、評價等。

設(shè)施部各個工班巡檢人員使用移動終端掃描待檢設(shè)備的NFC標簽后，移動終端上便會顯示此設(shè)備的詳細信息及作業(yè)表單。巡檢人員按作業(yè)表單內(nèi)容對設(shè)備進行逐步檢查，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，且能對工作人員的日常巡檢、檢修等工作進行規(guī)范化約束及有效卡控，使工作過程更加規(guī)范化和標準化，從而加強了對相關(guān)作業(yè)人員的規(guī)范管理。

圖6 移動終端作業(yè)流程

在點巡檢過程中如發(fā)現(xiàn)故障，可通過移動終端的故障上報功能對故障進行填報。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)提供故障報告的建立、分析、處理的閉環(huán)機制，對故障分析積累形成故障案例庫，支持對類似的設(shè)備故障進行智能預(yù)測并形成對應(yīng)的處理解決預(yù)案。

系統(tǒng)實現(xiàn)了與軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的對接，用戶可實時監(jiān)測重要設(shè)備的實時運行狀態(tài)。通過對實時數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析或者根據(jù)用戶現(xiàn)場工作情況觸發(fā)相關(guān)告警或工作流程。例如，設(shè)備運行參數(shù)達到某一報警上限值時，系統(tǒng)即產(chǎn)生故障告警，根據(jù)自定義條件，此告警會自動觸發(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)場執(zhí)行維保工作。通過與軌道交通進行實時綜合監(jiān)控系統(tǒng)的對接，監(jiān)控設(shè)備的實時狀態(tài)，有效提高了設(shè)備檢修及全方位管理的時效性，并為運維情況統(tǒng)計分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

為了調(diào)動全員的積極性，改進、完善運營環(huán)境、分享有益技術(shù)經(jīng)驗，系統(tǒng)引入了全面規(guī)范化生產(chǎn)維護(TnPM)體系［10-11］。其理論實現(xiàn)主要體現(xiàn)在包含OPL(one point lesson，單點課)及OPS(one point suggestion，單點建議)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，針對工作中的疑問事項(如技術(shù)問題或難點故障等)編寫一頁到兩頁的簡單教材，供工班人員學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)信息資源共享和經(jīng)驗的積累，系統(tǒng)提供單點課的產(chǎn)生、分類歸檔、發(fā)布、評價、考核等功能;OPS主要是對生產(chǎn)運行、運維管理方面的改善性建議(類似于點子庫)，系統(tǒng)提供對OPS提交、審核審批、歸檔發(fā)布等功能。通過OPL、OPS等工作的具體實施，建立了完善、有效的全面規(guī)范化生產(chǎn)維護體系，調(diào)動了全員的主動積極性，形成知識經(jīng)驗積累、分享、利用的良性自運轉(zhuǎn)體系。

決策管理人員可訪問服務(wù)端綜合統(tǒng)計分析模塊，實時查看設(shè)施部重要設(shè)備的運行維護管理相關(guān)KPI(key performance indicator，關(guān)鍵績效指標)的完成進度與實績數(shù)值，宏觀掌握設(shè)備整體運行情況，做出相應(yīng)重要決策。

4 結(jié) 語

通過在西安地鐵運營分公司設(shè)施部的實際應(yīng)用，實現(xiàn)了設(shè)備運維管理工作的電子化、數(shù)字化，使運營管理數(shù)據(jù)及技術(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)等信息得到高效的存儲、共享及深度挖掘;通過對接實時監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用實時數(shù)據(jù)，建立狀態(tài)檢修輔助體系及設(shè)備的整體運行維護統(tǒng)計分析體系，有效改進固定檢修模式的不足，建立了完善、有效的規(guī)范化生產(chǎn)維護體系，有效提高了城市軌道交通設(shè)備運維管理工作的質(zhì)量和效率，加強了企業(yè)范圍內(nèi)面向資產(chǎn)設(shè)備的管理水平。

［1］朱禮平，趙寶龍.地鐵設(shè)備維修管理分析［J］.城市建設(shè)理論研究，2013，(13):48-53.

［2］陸凱，孟旭東.NFC移動通信終端的研究與應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電信科技，2008(11):18-22.

［3］鄧凡平.深入理解Android:Wi-Fi、NFC和GPS卷［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2014:408-409.

［4］許濤，李亮，徐漫江.城市軌道交通綜合監(jiān)控決策支持系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.都市快軌交通，2013，26(3):21-24.

［5］吳學(xué)義，黃永平，郭娜，等.基于AJAX的B/S架構(gòu)及應(yīng)用［J］.吉林大學(xué)學(xué)報，2007，25(3):314-318.

［6］丁亮，許舒人.基于SSH框架的java代碼自動生成［J］.計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2014，9(23):72-77.

［7］曾超宇，李金香.Redis在高速緩存系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.微型機與應(yīng)用，2013，32(12):11-13.

［8］羅軍，陳席林，李文生.高效Key-Value持久化緩存系統(tǒng)的實現(xiàn)［J］.計算機工程，2014，40(3):33-38.

［9］汪然.基于ActiveMQ的消息中間件的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.西安:西安電子科技大學(xué)，2013.

［10］李葆文.TNPM——全面規(guī)范化生產(chǎn)維護［J］.中國設(shè)備工程，2002(11):19-21.

［11］陳俊芳.推行TNPM體系，提升設(shè)備精細化管理水平［J］.河北化工，2010，33(9):55-57.