南寧鐵路局工務固定設施管控信息系統的設計與實現

陶 凱，彭 勛，劉國躍

(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 基礎設施檢測研究所，北京 100081；2.中國鐵路南寧局集團有限公司，廣西 南寧 530029；3.北京鐵科英邁技術有限公司，北京 100081)

為了適應鐵路養護維修新形勢和新要求，我國鐵路工務管理部門及科研院所研發了諸多鐵路養護維修管理信息系統[1-3]，如哈爾濱鐵路局工務處與IBM公司合作開發了“工務數字化線路系統”，上海鐵路局阜陽工務段使用的“工務養修生產管理系統”等。這些管理信息系統在鐵路工務安全生產管理中發揮了重要作用。但是也存在一些問題：①信息化總體模式形成較早，已經不能適應新的形勢和要求；②信息系統沒有構成有機整體，大多各自獨立，信息資源難以共享，綜合應用難以展開，整體效益難以發揮；③投入應用的信息系統運行質量不高，特別是原始信息的采集不夠及時、準確、完整，與實用要求有差距；④采用的信息技術落后，仍沿用傳統的作業流程，組織機構、管理流程和規章制度沒有實質性的改變，信息化效益難以充分發揮；⑤數據處理的方法簡單，效率和智能化水平偏低，難以滿足面向改革的信息化支撐需求。

鑒于上述問題，亟需構建滿足生產閉環要求的統一平臺，確保平臺完整性強，業務數據流轉暢通，數據處理高效智能、實時性高。南寧局工務固定設施管控信息系統覆蓋了各級工務職能部門的主要工作環節，無縫集成生產業務流、辦公平臺和移動應用。另外，該系統對數據進行整體分析與挖掘，以脈絡清晰的展示方式為用戶提供決策支持。

1 系統架構設計

1.1 系統架構

圖1 系統架構

鐵路生產管理業務的特點是用戶數量小，用戶分布分散，分布于鐵路局及下屬的各個段、工區和車間中，因而采用就近訪問原則在每個局和段中部署服務器。為保證系統數據的安全性，在采用內外網物理隔離方案的基礎上，對重要數據進行加密，實現異地災備和及時同步。另外，為保證負載均衡及訪問體驗，對部分特殊數據采用讀寫分離、多次備份、數據轉換等方案，提高了系統在鐵路生產管理業務方面的適用性。整個系統分為工務段級應用與鐵路局級應用，如圖1所示。局級應用統一管理全局線路的臺賬和檢修數據，側重支撐技術管理和安全監管。段級應用側重生產管理和安全管理，能夠處理相應管界內的檢測數據并將其完美呈現。不同部門和各級用戶的權限結合系統功能、管界及業務達到精準定制，數據互聯互通的同時又充分保證其安全性。

不同子系統間的集成采用面向服務架構的方式，該方式不僅能保證原有系統的數據安全性和邏輯安全性，而且還能夠實現系統之間的松耦合，方便系統流程的重組和優化，提升系統功能擴張性，延長使用周期。

1.2 軟件體系結構

工務固定設施管控信息系統的軟件體系結構如圖2 所示，由下自上分為4部分，分別是底層資源、公共支撐、基礎平臺、業務功能。

圖2 軟件體系結構

1)底層資源包括操作系統、數據庫、服務器、網絡設施等基礎的軟硬件環境，是系統運行的基本要素。

2)公共支撐包括權限的精細化管理和統一認證管理。目的是通過訪問控制的方式，在保障數據安全的同時，完成各子系統間的數據共享及聯動。不同業務部門、不同來源的數據得以互聯互通，才能保證數據的整體性與一致性，從而產生綜合效益。

3)基礎平臺[4]包括各種數據的底層處理與數據交互接口。工務生產管理業務的數據來源是多樣的，包括各種設備數據、業務數據、配置數據、日志數據等，還包括很多非結構化數據。基礎平臺完成所有數據的全面采集，整理這些數據資源并形成統一有效的管理，是一個具有高度魯棒性和擴展性的數據管理平臺。

4)業務功能是該系統的核心部分，包括不同主題業務的實現。其中，OA辦公管理支持日常的無紙化辦公；作業計劃管理結合檢測數據及分析成果，跟蹤檢修過程，實現對人員及現場作業的有效管理；設備質量管理用于實時把握線路狀態，有效評估、診斷、預測線路狀態，為方案制定提供科學的數據支持；鋼軌探傷管理實現探傷數據的管理與統計；安全監控管理從安全的視角關注設備問題，有針對性地對病害進行定義與處理，有效整合、處理與運用檢測數據，同時避免工作的疏漏。

2 系統功能設計

2.1 功能結構

該系統將生產過程數據的匯集處理和生產業務緊密結合，實現信息快速獲取、流轉、處理和集中安全監控。其功能結構如圖 3所示。

傳統的企業級系統例如ERP(企業資源計劃)、OA系統、CRM(客戶關系管理)、EIP(企業信息門戶)都是獨立的，用戶不僅要頻繁切換工作平臺，甚至造成重復工作，效率和用戶體驗大打折扣。該系統將生產與辦公實現互聯互通，有效解決“信息孤島”問題。

以往的作業計劃管理只是對作業管理流程的簡單信息化，確切來說只是將紙質媒介轉為電子媒介，并未顯著提高工作效率，從而促進制度改革。該系統的“作業計劃管理”功能在移動端的實現了結合OA系統的辦公服務，提供異構系統間數據的無縫流轉，保障工作溝通的實時性、一致性、安全性和可靠性，從整體上簡化了從計劃提出到審批、實施、匯報的整體流程，對鐵路作業制度的優化有深遠影響。

鐵路基礎設施的檢測數據結構多樣，大小迥異，檢測數據的來源多樣，查看及處理方式不一，以往的數據采集與管理缺乏實時性、靈動性、整體性，側重檢測數據的獨立存儲，且不同來源的數據由于重視程度不同導致記錄不規范，甚至是缺失。該系統有效匯集了所有類型的檢測數據，提供統一的管理方案，并提供豐富易用的用戶接口以保證數據收集的及時性。

數據分析與應用是挖掘數據價值的必經之路，傳統的數據分析只是對數據的一些基本統計，并未形成直觀的、綜合的、流程化的成果，對維修養護的指導也缺乏系統性。“線路質量”功能以線路設備為核心，設計專業的檢測及分析方式，應用直觀可靠的評價體系，全方位地跟蹤設備狀態，對設備的養護維修提供科學的指導方案。

為了保障設備安全，設備病害或動態超限等問題成為重要的關注點。該系統通過多維度地挖掘數據價值，并結合過程管理思想，提出問題閉環控制的管理方案，不僅深入每個病害的生命周期，而且對不同設備的病害進行分析與總結，達到對設備的精細控制。

2.2 數據流轉

為了保障生產流程中的高效協同工作，使所有角色明確崗位職責，各司其職，該系統致力實現數據流轉的智能化(如圖 4所示)，核心是基礎數據和檢測數據的管理。數據來自于移動終端等多種渠道，線路質量分析模塊對檢測數據進行整合分析得到線路問題。將線路問題導入鐵路局自定義的規范化問題庫[5]。非問題庫與日常作業調度結合保證作業的高效安全。另外將問題履歷結合現場處理情況構造工務電子地圖，達到精細化的資源管理及設備狀態檢測。最終形成一個良性循環體系。

圖4 數據流轉

3 系統功能實現與典型應用場景

3.1 檢測數據集成管理

檢測數據有來源分散、種類多樣、時序嚴格的特點，難以有效處理。多端系統的數據集成是保證互聯互通的基本方案。該系統從數據的及時采集，到數據成果的運用與可視化匯報，都保證了檢測數據的高度集成。

圖5 移動端功能展示

移動終端應用(如圖5所示)受業務場景的驅動，可以實現服務器與現場作業數據的及時同步[6]。在生產過程控制與管理方面，移動終端可以用來填報現場檢測數據，保證檢測數據的實時性與完整性。與此同時，移動終端可以查閱各類數據，如軌道檢測波形、基礎設施臺賬、維修作業計劃、技術規章等信息，用來指導現場作業。另外，移動終端的信息推送功能與作業計劃移動審批，極大地提高了辦公效率。

諸如移動端等多元系統的檢測數據接入服務器后，由于其整合程度低、時效性高，被初步清洗和轉換后，針對不同類型的數據采取不同的存儲方式，作為最原始的數據存儲。與此同時，“檢測數據整合平臺”面向數據分析而建模，將異源系統中有共性的數據聚集在一起，適合數據整合度較高的分析型業務，特點是全局考慮、提取共性、冗余設計、多粒度存儲，滿足更深層次業務的需求。另外，“集成交換平臺”會結合用戶具體需求，實現檢測數據、分析報表、業務流轉數據的綜合集成，封裝為面向主題的最終服務。

3.2 數據處理、分析與發布

該系統充分保證了數據流轉的智能性，得益于系統數據的整體性與一致性處理方案。在應用層面，統一數據的邏輯分布，保證應用的訪問方式不變，對不同的訪問模式提供不同的功能，最終系統實現自動發現、人工決定、自動處理的業務流程。在數據存儲層面，實現負載均衡與數據遷移的便捷性，引入分布式事務等方案，實現不同表之間的數據一致性。根據數據類型，以異步或半同步的方式實現同一數據不同副本之間的數據一致性，并且滿足具有一定復雜關系的數據操作。在性能上，保證數據庫特性，提升數據規模，保證線上低延遲訪問。在數據處理上，結合行業特點及現實業務，實現統一計算架構平臺，包括庫內分析和內存計算。庫內分析無需提取數據，避免額外開銷；內存計算充分利用服務器內存資源，實現智能分配，保證高彈性、可伸縮的計算需求，加強對非結構化數據的處理。計算方法上，結合設備機理特征，依據最新研究的評估算法、修正算法等理論，引入深度學習相關的研究成果，實現科學的評估方案，并與業務運營集成。

該系統數據分析方案專業程度高，具體特點有：①利用病害數量的趨勢性分析，跟蹤設備變化情況；②通 過檢測偏差重復性分析確定薄弱區段；③檢測偏差與波形數據集成分析，快速、高效分析檢測波形；④多 源檢測數據綜合關聯分析，查找病害成因；⑤線路單元質量綜合評價，篩選出線路質量不良區段；⑥按照線路、行別、車間、工區、速度等級等特征來統計匯總，運用相關數據挖掘算法，提供動靜態統計圖表，自動生成分析報告。

該系統提供基于GIS的數據發布方案[7]，記錄檢修作業軌跡的同時，提供科學指導并應對安全管理問題，展示效果如圖6所示。綜合的數據發布系統使得人員針對性更強，使用價值更高。

圖6 GIS應用示例

3.3 高效工作

該系統針對鐵路工務生產管理業務的各個流程，實現生產管理和辦公管理2大子系統。生產管理是工務生產管理中的信息化，而辦公管理是日常辦公業務的信息化，全面實現子系統間的信息融合能有效提高生產效率。為了保證數據互通，設計并實現了辦公系統與生產系統集成交換平臺，實現整體閉環流程的智能化。子系統間實現統一認證登陸方式，不同子系統的資源可以無縫流轉或共享，使整個平臺在易用性和便捷性上得到很大提升。

生產系統和OA系統的集成也會促進企業組織和任務的調整，為企業流程重組提供便利。具體集成內容包括功能集成和數據一致性集成。功能上，對相關集成功能的范圍進行規劃，確定系統間權限與業務的互通接口，將通訊的集成轉變為企業運作流程的協同流轉，例如生產系統的數據分析報告可以直接推送到OA系統并生成郵件正文；數據一致性上，生產系統可以通過公共支撐平臺解析OA系統中的非結構化數據，自動導入生產業務流程，存儲范式一致的數據，提高生產系統的智能化。

4 應用情況

系統自2016年11月在南寧鐵路局開始投入應用[7]。應用實踐表明：系統通過檢測分析、生產調度、辦公管理3大部分，實現了基礎臺賬管理、多種檢測數據管理、綜合數據分析與狀態評價；利用檢測數據分析結果為維修計劃編制提供輔助支撐、為作業效果評價提供數據依據；結合公文辦公管理，建立生產系統與辦公系統交互通道，實現生產、辦公一體化。

系統在使用過程中提高了線路養護維修流程的效率，在優化資源配置、節約維護成本方面有重要意義，同時增進生產辦公管理的規范化，逐步成為用戶日常生產的辦公管理平臺。該系統操作簡單，靈活性強，數據展示覆蓋面廣，得到了用戶的普遍認可與好評。

5 結語

該系統面向維修體制改革，遵循檢、養、修分離等指導思想，結合新時期下智能辦公、高效生產的要求，實現了整體生產流程與數據處理的綜合化、智能化、一體化。具體特點如下：

1)該系統全面、實時收集檢測數據，并與辦公數據、業務流程數據、基礎設施數據等集成管理，保證數據的整體性、規范性、安全性。

2)子系統間的數據流轉更智能，數據分析方法專業而有效，實現問題流程控制、單元質量控制、波形數據分析等應用功能，保證數據價值最大化。

3)該系統既是數字化辦公平臺，也是生產過程數據匯聚和分析平臺，實現了生產數據與辦公數據的便捷交互，通過生產系統與OA系統的集成，對企業流程控制和制度落實起到有效的推動作用。

4)該系統擴展了移動應用，簡化了辦公流程，轉變了生產方式，促進了規章改善，促進了改革制度與科學工作的良性循環。