物聯網與移動互聯技術應用于城市軌道交通設備設施維修的探索

何 霖 姚世峰 馮亞琳

(廣州地鐵集團有限公司，510335，廣州//第一作者，教授級高級工程師)

1 城市軌道交通行業維修業務特點

城市軌道交通行業開展維修管理的任務，就是通過恰當的檢查檢測、維護保養及維修手段，用合理的維修成本，保證設備以良好的運行狀態持續運行，為乘客提供良好的服務產品。

在維修業務的組織中需要選擇恰當的維修策略，統籌考慮維修成本及設備可用性等管理目標;在計劃維修、狀態修、故障維修等維修方式之間找到恰當的平衡，尤其要考慮行業維修業務特點。

設備是承載城市軌道交通服務的主體。設備狀態決定了運輸服務的質量與水平，關系到公共交通安全。對設備進行維修的目的，就是為了確保良好的設備狀態，降低故障發生率。

城市軌道交通設備維護維修管理具有兩個最大的特點:一是設備數量龐大、種類繁多，二是設備分散，維修作業區域廣。以廣州地鐵為例，其一條線路就有20 多種專業設備，設備臺(套)數超

過2 萬。

2 網絡化運營環境下設備維修面臨的挑戰

城市軌道交通網絡化運營條件下，設備維修面臨以下挑戰:

(1)技術多樣化對線網設備設施維護質量提出了更高要求。城市軌道交通技術發展日新月異，新設備與既有老舊設備、系統之間的協調運作存在諸多問題與挑戰。

(2)生產組織復雜程度急劇上升，調度資源分配難度增大。運營線路網絡化后，各個作業組織的協調必須站在線網層面統籌考慮，之前的手工管理模式制約了現場生產效率的提高。

(3)現場維修維護作業管理難度加大。各專業設備之間接口復雜、關聯度高，容易造成維修人員現場作業時的誤判，從而產生專業間配合統籌效率下降等問題。以廣州地鐵為例，日間運營結束后，線網中20 多個專業的近20 萬臺(套)設備設施分布在不同的站點和區間，接口復雜，有大量的人工測點、檢修記錄，通過傳統臺賬管理已經難以應付現有的維修及設備維護需求。

(4)業務分散控制，信息集中優化的需求日益突出。傳統的獲取信息的模式已難以確保信息的及時性、完整性和真實性，如何做到信息集中管控，并基于海量數據進行策略級的管理優化，是大型城市軌道交通企業必須解決的問題。

(5)人員急速擴張帶來的安全隱患必須通過有效的手段予以控制。線網擴張同步帶來人員的急劇增加，而新員工的成長有一個逐步提升的過程。如何將新手可能帶來的安全隱患降到最低，則需要有效的工具和手段。

3 對物聯網和移動互聯技術的認識

3.1 物聯網和移動互聯技術簡介

1999年移動計算和網絡國際會議最早提出了物聯網的概念。目前普遍的物聯網概念是:任何物體以特定的協議通過紅外感應器、射頻識別、二維碼等智能傳感設備與互聯網連接通信，智能地去識別、監控和管理這些物體。傳統的互聯網是物聯網的基礎和核心。物聯網是互聯網的擴展和延伸。網絡被延伸到了任何物體之間，任何物體之間都能進行通信。目前，物聯網技術已開始廣泛應用于電力、交通、公安、農漁業、物流等領域，并進一步延伸到其他行業。

移動互聯技術作為一個新興產業，誕生時間較短，發展迅猛。其概念在20 世紀末被提出，目前仍處于明確內涵和拓展內涵的初期階段，尚未形成比較統一或者被廣泛認可的定義。綜合來說，移動互聯是基于移動通信技術以及廣域網、局域網的各種移動信息終端按照一定的通信協議組成的。移動互聯技術呈現出以下幾個發展趨勢:逐漸超過傳統互聯網;社交化趨勢;向移動電商端發展;移動互聯終端趨向多樣化，以及開放平臺與應用的多樣化。

3.2 移動互聯技術和物聯網技術在維修業務的可應用性思考

對于物聯網而言，其核心不在于物與物連接，而在于為什么而連接，以及連接之后可以做什么。其在維修業務的可應用性可以從以下幾個方面入手:

(1)利用物聯網技術的電子標簽功能，使每一臺設備通過網絡連接在一起，狀態可被隨時獲知，便于管理;

(2)利用移動互聯技術的移動終端作業方式，讓設備設施維護維修在線作業“隨時隨地”變成可能;

(3)整合并設計一套基于移動互聯和物聯網技術的企業級設備管理信息系統，最終實現維修業務管理有標準、操作有指引、計劃有統籌、執行有監控、事后可追溯、數據可分析的管理目標。

4 在維修業務中引入物聯網與移動互聯技術的設計方案

4.1 總體設計原則

以維修現場作業精細化為設計重點，將管理標準優化與固化，利用先進工具有效監控作業過程，提升質量管控能力，同時提供更直觀的工作指引;以此為基礎進行擴展設計，系統考慮人、財、物等相關業務的協同性，設計整體的信息化解決方案。

4.2 信息化建設方案

4.2.1 應用架構方案

應用架構共分為4 層，分別為維修業務管理層、支撐管理層、決策支持層和渠道接入層。如圖1所示。

4.2.2 數據標準化方案

設備維修數據是設備維修系統的核心。需對眾多數據進行全面梳理，制定數據規則，力求其既能滿足管理需求，又符合維修現場作業習慣。所涉及到的核心數據包括以下6 類:①公共位置編碼;②位置編碼;③設備編碼;④預防性維護編碼規則;⑤標準作業模板編碼規則;⑥故障代碼編碼。

4.2.3 技術架構方案

綜合考慮該應用的生產支撐性質，對系統穩定性、性能、擴展性等方面均有較高要求。廣州地鐵采用成熟產品與二次開發相結合的實現方案。其基于IBM 公司 MAXIMO 軟件產品，通過二次開發實現了施工管理、手持終端的管理功能。

技術架構設計中著重考慮了物聯網與移動互聯技術在方案中的引入，在實際的作業現場管理應用中，將MAXIMO 后臺功能與前臺手持終端、標簽應用有機融合。技術架構在終端層的實現情況如圖2所示。

4.2.4 硬件與網絡部署方案

為了確保系統的高可用性以及安全與穩定，廣州地鐵對應用服務器(APP)和后臺服務器(PM)采用負載均衡方式進行部署;數據庫服務器采用主備集群方式進行部署，以保證數據庫的可靠性。

圖1 廣州地鐵維修業務信息化應用架構

圖2 廣州地鐵維修系統技術架構在終端層的實現

在每個車站、車輛段檢修庫及車廠調度室安裝無線WIFI，方便工單下載與數據上傳，實現當晚作業數據及時上傳到中央服務器。

手持終端設備采用具有較高的穩定性、運行速度快、適于便攜的民用手機;標簽使用二維碼標簽，將公共位置、設備位置、設備等予以標志。利用物聯網和移動互聯技術，將維修作業管理延伸到了作業現場，實現了設備、位置與人的關聯以及與作業任務的關聯，并實時采集設備的狀態信息進行數據積累，為后續數據分析、利用、預測奠定基礎。

5 應用成效

廣州地鐵引入物聯網和移動互聯技術的新維修信息系統自2013年10月開始建設，于2014年4月實現在3號線北延段上線試運行，至今已在4 條線路投入使用。截至2014年12月31日，系統中管理了近9 萬臺(套)設備，對這些設備的測點值設置超過40 萬個;超過3 500 份標準作業模板對各類設備、各類規程作業工序予以標準化與規范化管理;根據維修規程固化了超過4 萬份預防性維護計劃。每個月通過系統自動生成的預防性維修計劃平均達28 萬份，極大地規范了維修作業。

該系統上線以來對廣州地鐵設備維修管理產生的成效主要有以下幾個方面:

(1)實現了檢修計劃精確化及施工計劃快捷化。設備檢修周期到期前60 d 由系統自動生成工單，并提前一個月對檢修工單進行計劃排程，將檢修工單安排到具體檢修時間和具體維修人員，保證所有檢修工單關聯到相關的檢修作業，防止漏檢漏修。通過系統實現工單與施工計劃的關聯，工班可以通過工單直接申報施工計劃，并與現場作業實現匹配管理。

(2)強化了設備檢修作業的標準化管理。通過系統固化了標準作業模板，維修作業時按照檢修工序進行檢修與確認，并自動記錄檢修人員和檢修時間，實現了設備的精修、細檢和作業標準化。

(3)實現技術資料現場化，加強了對一線作業的指導。在手持終端上可隨時查看設備技術文檔、應急預案等文件，做到對現場作業人員的就地指導，有利于提高檢修作業的質量。

(4)設備故障得以更快速響應。作業過程中可通過手持終端采集現場設備狀態，包括現場照片、視頻、音頻等，故障信息可便捷錄入。在系統中，廣州地鐵將AFC(自動售檢票)系統的設備故障信息與維修信息系統對接，實時獲取AFC 系統的操作日志以及分析結果，對判定為故障的信息自動轉為故障工單，極大地提升了故障的現場快速響應能力。

(5)規范了施工人員到場安全管理，加強了安全防護與管控。軌行區作業人員到達現場后，需掃描車控室的預請點標簽報到;作業開始前需在手持終端上對所帶入的工器具進行登記，并完成安全交底，確認是否滿足安全作業的條件;系統將工單的作業時間及作業區域反饋到終端上，掃描作業區域位置標簽實現作業區域的安全防護與越界提醒。每臺設備的測量數據實現越限提醒。通過作業前、作業中和作業后的多處提醒設置，加強了安全防護。

(6)設備管理工作更加快捷高效，質量得以提升。使用該系統前設備管理部門需要3 d 時間層層匯總統計報表，使用系統后可實時在系統中調用報表，耗時不超過幾分鐘，極大地提高了管理效率，數據也更加真實可靠。

(7)大數據分析將提高故障預防預控，進而降低故障率。通過數據的積累與分析提前發現設備質量隱患，持續優化維修策略與規程，促進狀態修的推廣;通過對設備狀態信息的全面掌握，提高對設備故障的預防預控能力，進而降低故障率。

6 未來發展展望

廣州地鐵通過引入基于物聯網和移動互聯技術的設備維修信息系統，將信息化延伸到了維修生產一線，為業務執行提供便捷的工具，一攬子解決“做了沒有、做了什么、做得怎樣”的監管問題，有助于增強業務監管能力，降低管理風險。未來將借助系統內不斷積累的現場設備檢修數據信息庫，結合設備質量評估模型，對設備狀態進行科學評估，逐步從計劃修過渡到狀態修，并持續優化檢修規程等業務規范，降低設備故障率，持續優化維修成本。

廣州地鐵還將根據前后臺維修的管理體系，將信息化延伸到設備的中大修維修作業，繼續利用新的信息技術，支撐工廠式的車輛架大修、設備大中修、部件修等業務，持續提升維修業務的運作效率、現場管控、成本控制，以及整體的業務管控能力。

［1］何霖.城市軌道交通運營籌備與組織［M］.2 版.北京:中國勞動社會保障出版社，2013.

［2］候豐山.物聯網技術研究與應用［D］.北京:北京郵電大學計算機學院計算機技術系，2012.

［3］劉穎.移動互聯網發展趨勢研究［J］.電子技術與軟件工程，2014(14):34.

［4］馬敏，王旗.中國移動互聯網現狀與發展趨勢分析［J］.互聯網天地，2014(2):29.