智能PDA 在轨道交通智能运维中的应用
文 / 2020-08-07 02:30

文/西安富立叶微电子有限责任公司轨道交通与航空事业部总监--谭亚奇

1 前言

普铁、高铁、动车、轻轨、地铁等轨道交通是一张由钢轨连接而成的经济网络,它承载着巨大的人流和物流,是经济腾飞源源不竭的动力。在众多运输方式中,铁路运输具有能耗低、污染轻、占地少、覆盖广等优势,在促进社会进步和推动经济发展中占有举足轻重的地位。尤其是轻轨、地铁等城市轨道交通,比起其他交通方式,除了能避免城市地面拥挤和充分利用空间外,还有运量大和速度快等优点,在节奏越来越快的今天,更加受到人们的青睐。

近年来,随着我国高速铁路和城市轨道交通运营规模的迅速扩大和“一带一路”战略的实施,经济持续发展对轨道交通的依赖程度也越来越高。

1.1 轨道交通运维的需求

现代轨道交通设备大多具有复杂化、自动化等特点,经常处于高速、连续的运转状态,一旦发生故障,很可能造成运输安全事故,同时还会由于设备停机而打乱运输计划,在造成经济损失的同时,还可能因安全事故带来较大的负面社会影响。

针对上述情况,轨道交通需要行之有效的运维管理,降低安全事故的发生率,提高服务质量,降低运营成本,实现效益最大化。


图1 轨道交通的运维现状

当前,轨道交通运维技术的发展方向,已经从传统的周期性计划维修、事后维修,转变为基于状态的预知维修模式。这种模式的关键是及时准确地获得设备状态,以便预测设备的使用寿命,避免周期性计划检修和事后维修的弊端,防止和减少非正常磨损和突发故障,提高设备利用率,最终实现效益的最大化。


图2 轨道交通运维的需求框架

1.2 基于状态的预知维修

轨道交通的运维技术一直在持续迭代发展,从最初的事后维修,发展到计划维修(Planning Maintenance,PM)和预防维修(Maintenance Prevention,MP)。现在随着故障诊断技术的发展,正在逐步走向基于状态的预知维修。这种维修是以设备状态监测为基础,以设备故障分析、诊断结果为依据,以设备预知状态为手段而日益成熟的设备运维技术。“点检定修制”正是这种运维技术的重要体现,它既可以借助管理手段,充分利用点检人员的工作经验,及时获得设备状态,同时还可以根据在点检中发现的故障或缺陷进行定修,以实现一定程度的消除。

(1)点检

点检是指为了维持设备原有的性能,通过人的经验和简单的工具、仪器,按照事先设定的周期和方法,对规定的部位或点位进行有无异常的预防性检查,以使隐患和缺陷能够得到早期发现、早期预防、早期处理。这样的检查过程被称为点检。它包括运行人员的日常点检、点检人员的定期专业点检和精密点检等三个层次。

在实施点检作业的过程中,可以把日常点检、专业点检和精密点检进行有机结合。点检人员应做到按点检设备的“五大要素”(即,紧固、清扫、给油脂、备品备件管理、计划检修)及“四保持”(即,保持设备的外观整洁、结构完整、性能和精度、自动化程度)的要求,认真点检,一丝不苟,不轻易放过任何异常迹象,并利用便携工具,对短时间内可以处理的简单故障或缺陷进行消除。

(2)定修

定修是根据点检结果进行分析,掌握设备部件的劣化程度,适时安排临修;搜集设备状态信息,进行倾向管理、定量分析,结合计划检修,有效实施设备维修,使设备检修从计划性检修向预知性检修转变。同时,根据点检结果和维修需要,编制维修费用预算计划、备品备件和材料计划,控制维修成本。通过定修所要收集的状态信息,开展其它工作。例如,修改点检标准、给油脂标准及点检计划,对设备管理工作提出改进意见。

实行点检定修制,点检人员是设备的管理者,运行人员是设备的使用(操作)者,检修人员是设备的维修者,具体见图3所示。


图3 轨道交通运维的点检定修制

综上所述,就维修方针而言,点检定修制是从过去传统以“修”为主,转变为以“管”或“防”为主;就维修制度来说,不同于传统的计划维修制,也就是从过去传统的“设备坏了再修或周期到了就修”,转变为基于状态的设备预知检修。因此,在点检定修制中,点检是定修的前提和基础,通过设备点检的有效管理,可以较大程度地防止过维修或欠维修。

2 智能PDA系统

目前点(巡)检的常用手段主要有:书面记录点检、点检仪+书面记录、多功能点检仪+电子记录等。这些手段均不同程度地存在“集成化不高、携带不方便;智能化不强、操作不便捷”等问题,当上级管理要求高时,员工越用越反感,容易造成设备点检工作流于形式,难以满足现代轨道交通的运维需求。为此,迫切需要一种高效便携、操作简单的智能PDA系统来降低员工工作强度、提升工作效率。

2.1 系统架构

富立叶·轨道交通智能PDA系统的系统架构由智能PDA、云平台、客户端等组成。

其中:

(1)智能PDA。基于手持智能终端,利用行业专属的IoT OS操作系统,可集成RFID读头、一维或二维条码读头、测温探头、红外热成像、振动传感器、人脸识别、定位模块、语音对讲、无线通信等多种模块,实现数据采集、处理与存储,实时上传能灵活装载富对讲、EAM、风险源巡检、施工作业、铁路货物作业、轮轴工位机作业、应急检票作业、商品售卖&点餐、工具管理、云测温等应用,可以满足对RFID标签、一维或二维条码、温度、振动、声音、位置等特征的点检操作,还可以利用蓝牙、WiFi等无线短距离通信模块快速采集智能监测器中记录的内容。

(2)云平台。具有移动设备管理(MDM)、大数据、云计算、人工智能等特性。

(3)客户端。主要通过云平台,对智能PDA及其点检数据进行管理,主要有PC终端、移动终端和通过标准接口互联的业务应用系统等三种形式。

富立叶·轨道交通智能PDA的系统架构见图4所示。


图4 轨道交通智能PDA的系统架构图

2.2 配置组成

对于用户来说,富立叶·轨道交通智能PDA系统的配置组成主要包括:

(1)硬件:数据采集终端+专属配件;

(2)软件:行业专属操作系统+远程管理中台+富对讲。

富立叶·轨道交通智能PDA系统的配置组成见图5所示,其具体硬件指标及选型,请浏览http://www.cilico.cn/Products/index.html

 
图5 富立叶·轨道智能PDA的配置组成

2.3 关键技术

2.3.1 一体化高密度集成技术

轨道交通点(巡)检工作中需要采集多种数据,这就要求在一套智能PDA中集成多种功能,还有最大限度的保证设备的轻巧便携。但是在非常狭小的空间中布局这么多功能,还要充分考虑到各个模块之间的结构干涉,电磁干扰、功耗散热等棘手问题,这就对产品的可靠设计、一致性生产、稳定运行提出苛刻的要求!

为此,富立叶基于自身研发优势,应用三维芯片堆叠、芯片倒装焊接、高密度多层布线基板和SIP封装等高密度集成技术,将多种非接触式测量、无线通信等硬件和IoT OS、APP等软件等进行一体化集成,形成了集 PDA、GIS、RFID、条码、GPS/BD、测温、图像/视频采集、音频采集等多种功能于一体的智能PDA,携带轻便,使用方便。在外观、体积、重量等方面,富立叶智能PDA与商品化三防手持终端,没有什么不同,然而其智能化和专业化程度更加显著。

 
图6 富立叶雷神PDA高集成版

 
图7 富立叶雷神PDA高亮LED照明版

2.3.2 独创的IoT OS+MDM

智能PDA是区别于个人智能终端的专用作业工具,现实中面临着如何保证设备的全生命周期管理、专机专用、规范用户使用行为、杜绝敏感数据外泄的问题。需要有一套基于用户业务场景深度定制,行之有效专业化操作系统和移动设备管理,才能充分发挥系统性能,以满足效率高、功耗低、响应快的用户体验需求。

为此,富立叶立足自身优势,基于开源的Linux,开发出业内独创IoT OS+MDM移动设备应用系统和管理平台,来解决企业在实施移动终端应用系统中遇到的安全管理、应用管理和资产管理等方面的问题。

 

(1)CILICO IoT OS

CILICO IoT OS是富立叶深度理解用户业务场景应用需求的定制化物联网操作系统,它源自客户、反馈客户,深度融合业务场景的客户使用习惯,从用户体验、性能提升、数据安全、行为管理等方面,与富立叶全系PDA产品深度融合,工作效率得到显著提升,维护变得极为简单。

CILICO IoT OS提供的特色功能,主要有:极速配置、应用冷藏室、IoT工具箱、安全管理、WIFI黑白名单等多种便利功能,提供定制化AI解决方案,如人脸识别、OCR识别等,支持作业程序开启自启动,使用快速便捷。

 


8 作业程序自启动

以“极速配置”举例:某用户有1000套设备下发,每套设备需要进行无线网络密码、扫描模式、蓝牙、打开GPS等近十多项设置操作。如果逐台人工设置,每套设备的设置操作耗时按60秒估计,每天工作8小时,需要3人工作7天才能完成,而且还无法保证100%的准确。如果采用“极速配置”功能:先将第1台设备作为模板机配置好;然后用“极速配置”功能生成配置二维码;其他设备作为目标机,只需扫描该二维码,即可按模板机的配置,自动完成所有设置操作;3人最多需要1天时间即可完成。只要模板机的设置无误,可以保证目标机的设置100%准确。


图9 “极速配置”

(2)CILICO MDM

富立叶移动设备管理平台(CILICO MDM)支持全球化远程设备管理部署,为企业降本增效,规范员工行为,增强企业信息化安全等级,设备简单易用。

CILICO MDM为企业用户提供移动设备管理(MDM)、移动应用管理(MAM )、移动文档管理(MCM ),覆盖移动化管理三大基础需求的全生命周期管理功能。

 
图10 富立叶移动设备管理平台

MDM移动设备管理:提供简单有效的统一终端集中管理方案,帮助企业快捷高效地完成设备注册、信息管理、系统升级、远程支持、资产管理等移动设备全生命周期管理。

MAM移动应用管理:提供企业应用商店、应用更新、应用下发、软件升级等功能,帮助企业实现业务软件快速下发,后台静默升级、免打扰。

MCM移动文档管理:帮助企业管理者根据业务的需要实现文件推送、咨询管理、通知下发等。

以设备远程管理为例:管理员通过MDM后台进行企业应用维护,实现设备加密、数据擦除、信息推送等功能。通过平台对全体设备,部分分组设备进行应用下发、更新等操作,后台静默安装,无需用户干预,也不会影响客户使用。


图11 MDM设备应用管理

2.3.3 基于多种网络环境的加密富对讲技术

“富对讲”是富立叶基于移动互联网和云计算技术,为用户提供的一整套支持语音和文字传输的解决方案。可以基于运营商公网、用户自建局域网等多种网络环境,可按照用户要求进行服务器私有化部署,从根本保证用户数据安全。


图12 富立叶“富对讲”优势价值

2.4 特色功能

富立叶•智能PDA的特色功能主要有:
  • (1)防尘、防水、防摔真三防设计、满足各种复杂环境应用需求;

  • (2)搭载专业高性能扫描模组,支持一维二维条码高效识别;

  • (3)支持NFC识别、OCR图像识别、高清照片视频拍摄;

  • (4)业内唯一的一体化集成超远距UHF RFID智能PDA,最远识别距离达5米;

  • (5)适配无线多功能工业传感器,支持红外测温、振动检测、转速测量等多种专业数据采集,实现多种数据一体化采集;

  • (6)兼容高亮LED照明功能设计,使夜间点(巡)检作业更便捷;

  • (7)支持点对点语音通话,记录和跟踪各类数据出入流量。

3 应用场景

3.1 概述

智能PDA系统在轨道交通领域有多重应用,可以为点检、货运、检修、仓管、乘务、售货、防疫等各类工作人员提供工作辅助。

13 智能PDA在轨道交通领域的应用

3.2 典型应用

3.2.1 点(巡)检作业应用

点(巡)检是确保轨道交通安全的最基本作业。根据检修计划、列车运行情况、以往点巡检结果,形成当天的点检任务。点检人员利用智能PDA,按照标准化作业流程执行点巡检任务,完成后将点检结果通过内部WiFi、4G上报。


图14 智能PDA在轨道交通领域的点(巡)检作业应用

3.2.2 铁路货运作业应用

货场外勤、专用线货运员配置富立叶•智能PDA后,具备以下能力:
(1)接收货运平台下发的作业计划,包括列车编组信息、重点车信息、货物装载状态预警信息、作业指令;
(2)按照标准化流程执行作业,反馈作业进度,对问题车拍照存查,具体可以采集与反馈首尾车照片,重点车、问题车照片和处理信息,押运信息,作业进度与轨迹等相关信息,有时还可进行离线作业和数据补传;
(3)支持读取RFID标签,与门禁系统紧密结合,实现移动办公;

(4)支持点对点语音通话,记录和跟踪各类数据出入流量和访问记录。

图15 智能PDA在铁路货运作业应用

3.2.3  便携式验票系统

应用在自动检票系统数量不足或者系统故障时,可以用富立叶•智能PDA作为应急检票系统使用,该PDA可以读取NFC(一般为非接触CPU卡或者15693协议卡),和后台进行数据交换,即可完成车票验证和扣费的业务流程。


图16 智能PDA在轨道交通应急验票系统

3.2.4 商品售卖&点餐应用

在列车上的商品售卖和点餐环节,售货人员可以利用富立叶•智能PDA进行现场的查询,开单,支付等环节。


图17 智能PDA铁路客运作业管理系统

3.2.5 工具耗材管理应用  

通过在维修工具、耗材上贴RFID标签(或条码),可以用富立叶•智能PDA进行工具耗材的盘点、借出、归还、寻找等闭环管理,确保维修工具耗材在流转过程中得到安全管理。


图18  RFID工具管理系统

3.2.6 云测温防疫应用

2020年,新冠疫情给全球各行各业带来前所未有的危机。轨道交通的人员密集、流动量大,疫情防控尤为重要。运用富立叶•智能PDA可以实现人员信息识别、体温数据采集、体温信息上传、闭环追溯管理、赋码管理、报表管理等功能。

 
 图19 云测温筛查系统

3.3 标杆案例

截止2019年12月,富立叶已经为全球近百个轨道交通项目提供相关产品和服务,近万台智能PDA应用到轨道交通的作业现场。

3.3.1 西班牙国家铁路PCA系统

高铁AVE是由西班牙国家铁路公司(Renfe)运营,其时速高达350km/h,从马德里到巴塞罗那只需3小时。另外,西班牙国家铁路公司还运营的其他铁路线,根据距离长短,又分成近郊铁路网、中线铁路网和长线铁路网。其中,最发达的中线铁路网将西班牙数百个小城镇都连接了起来。
2018年,富立叶为西班牙国家铁路公司提供了智能PDA系统作为移动检票(PCA)系统。它能对乘客所持车票进行查验,在高峰时段还可实现离线进、出站检票功能。


图20 西班牙铁路PCA系统

3.3.2 兰州铁路局货运项目

为提高铁路货运信息化管控水平,兰州铁路局于2018年引入了富立叶智能PDA系统。该智能PDA配属给货运外勤人员,通过无线网络与铁路内网实现信息交互,主要用于:(1)接收货运作业计划,包括列车编组信息、重点车信息、货物装载状态预警信息、作业指令;(2)采集并反馈首尾车照片,重点车、问题车照片和处理信息,押运信息,作业进度与轨迹等相关信息。 


图21 兰州铁路局货检系统

3.3.3 广铁集团轮轴项目

广铁集团主要管辖广东、湖南、海南三省铁路,截至2017年10月底,营业里程9000公里,其中时速200公里及以上铁路3457公里,居全路第一。
为加强轮轴检修的信息化管控,提高检修效率,广铁集团配备了富立叶智能PDA系统。通过检修工艺流程控制,技术标准卡控,岗位互控等功能,实时采集从车辆入线登记,车统50A登记,到轮轴支出验收全轮轴检修过程中的作业数据,实现物流与信息流同步流转,避免了纸质卡片传输方式因物流信息流不同步导致的生产效率拖慢,降低了信息出错率。

3.3.4 青岛地铁智能运维项目

截至2019年12月,青岛地铁在建线路共有6条,分别为1号线(含7号线一期)、2号线一期调整段、4号线、6号线一期、8号线、13号线二期北段。预计到2021年,形成7条运营线路、总长332公里的地铁网络。2号线的智能运维中采用了富立叶的智能PDA系统,大大提升了人员工作效率,保障了系统的安全稳定运行。

支持信息

单位名称:西安富立叶微电子有限责任公司

单位地址:西安市高新区丈八东路南侧汇鑫IBC第1幢1单元4层

官网地址:http://www.cilico.cn/

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技术电话:187-0295-6768(24小时)

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富立叶简介
富立叶西安富立叶微电子有限责任公司的简称,公司始创于2006年,总部位于西安国家级高新技术开发区,供应链制造位于中国深圳。

富立叶依托西安高校和科研背景,立足技术开发,深入研究行业客户场景应用,不断变革,发展创新,是一家拥有百余项专利和自主知识产权的企业级物联网数据采集终端和服务提供商,是国家级高新技术企业、西安市高新技术企业、双软认证企业、陕西省质量诚信双满意单位、陕西省产品质量重点推荐企业、陕西省行业优秀企业、纳税信用等级A级、企业信用等级AAA级单位。
富立叶始终坚持“设计驱动、研发创新、质量为本、客户至上”的经营理念,专注于物联网数据采集设备的研发、生产、制造。现有产品支持一维/二维条码扫描、RFID读写、UHF、NFC、打印、指纹识别,云平台开发等不同功能,产品广泛使用于商超零售、物流交通、移动巡检、产品溯源、智慧医疗、资产管理、国家电网、制造业等多个行业领域。

经过十九年的持续发展,富立叶目前已经成为全球领先的PDA专家品牌,产品畅销全球七十五个国家。

 

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