北京地铁AFC系统智能化维修管理探索与实践

北京地铁作为新中国的第一条城市地下铁道运营商，有着48年的运营历史。北京地铁自1969年第一条线路开通以来，经历了从无到有，从线到网过程，到2017年运营路线达到22条，运营里程608公里，370座运营车站。各类安全运行指标保持世界领先水平，综合排名始终保持在世界一流行列。

AFC系统的全称是Automatic Fare Collection System，即城市轨道交通自动售检票系统。该系统是一种由计算机集中控制的自动售票（包括半自动售票）、自动检票以及自动收费和统计的封闭式自动化网络系统。AFC自动售检票系统基于计算机、通信、网络、自动控制等技术，能够自动化实现轨道交通售票、检票、计费、收费、统计、清分、管理等过程。

地铁AFC系统，是地铁客运服务的重要基础设施，系统设备是否稳定可靠运行，直接关系到客流量能否准确统计，客流变化规律能否准确体现，客运收入能否足额、准确得到，乘客进出站秩序是否良好。如果AFC系统在维修管理方面存在问题，就会对地铁运营产生不利影响。北京轨道交通AFC系统为四层结构，由下至上层层相扣，下层为最底层单元产生系统内的票卡原始数据，中层负责数据交换，上层负责售检票业务。

AFC系统维修维护存在的主要问题包括：设备维护不足、设备厂商众多、备件管理不系统、部分部件采购困难、技术资料欠缺等，从而导致设备故障率高居不下，一线维修人员疲于应付故障处理，部分故障设备不能及时修复, 系统数据传输问题时有发生。为充分发挥AFC系统在地铁运营管理中的作用，确保票务数据的准确性和安全性，以及客流的安全输送，AFC系统智能化维修管理创新势在必行。

对于维修管理而言，维护维修的工作量、维护人员综合技能要求、设备使用寿命、备品备件供给效率和质量等都面临重大的挑战。

鉴于内部维修与外部工业服务现状，多数运营系统处于救火式的事后维修，设备隐患突出，这制约了企业数字化转型的进程。同时，高技能维修人才短缺也是目前面临的较为突出的矛盾，人才争夺正成为趋势，这意味着招聘人才的成本陡然上升，在工业物联网、大数据、人工智能技术环境下条件下，通过智能化手段，提升现有维修工人技能是非常迫切的需求，探索新的维修模式和服务形态，将成为当务之急。

AFC系统智能维修管理模式探索

智能化维修管理实现的目标是：

一、精准控制成本。为故障修预算、成本核算提供依据；统一物资名称，编码，规格，便于采购计划和库存管理。

二、维修过程监督。执行的过程透明；执行记录规范，完整；执行结果充分分析利用。

三、状态量化。维修效果采用衡量标准，设备状态实时监控。

四、不断修程。通过数据分析，经验积累，优化修程，减少对人员技能的依赖。

智能化维修管理模式的研究

维修可分为事后维修、预防维修和状态维修三种方式。本文主要讨论设备更新决策、设备预防维修决策。

设备更新决策。设备更新决策按其费用函数是否确定而分为低劣化模型、最小年费用模型和随机维修费用模型。这三种模型都是追求设备寿命期内的费用最低为目标, 当设备的费用最低的年数也就是设备的最佳更新期。

低劣化模式。低劣化模型适用于设备的使用费用每年按固定值直线增加的情况，最小年设备总费用为设备投资与年费固定增加值的固定函数关系。

最小年费用模式。如果设备的低劣化值每年变化率并不相同，则可采用最小年费用模式计算设备的最佳更新期。

随机维修费用的设备更新模型。当设备故障的发生时间和强度是随机变量时，相应的设备运行成本也是随机的变量。针对这种情况应采用基于设备故障次数及其概率的最小费用周期更新模型。该模型的基本思想就是通过统计分析确定出设备的故障模式，即确定故障服务的统计分布，相应地确定出维修费用，从而确定出设备更新的时机。

设备预防维修决策。设备计划外停机有二类：一是设备运行时出现故障而造成设备停机；二是对设备进行检查而造成设备停机。前者原因而造成的设备停机时间简称为故障时间，后者原因造成的设备停机时间简称为检查时间。一方面, 如果检查间隔时间过长，虽然可以减少检查时间，但故障的机会增多，故障时间将相应地增大；另一方面，如果检查间隔较短，可以有效地防止故障发生，减少故障时间，但由于过频地检查使得检查时间大幅度增加。因此，建模目的就是在故障时间和检查时间二者之间寻找平衡点，确定出合理的维修间隔期，使得单位时间内总的停机时间期望值最小。

预防维修的模型可按设备故障分布情况分为确定性模型、随机模型和几何模型。

确定性模型。确定性模型是指在不同的预防维修间隔期及相应的故障次数期望值大小的确定。这样就可以确定出最佳的预防维修间隔期，使得设备在单位时间内停机时间的期望值最小。

随机模型。随机模型的目标函数与确定性模型是相同的，所不同的是前者的故障次数期望值大小是随机的，需要用随机过程函数来描述。

几何模型。当设备尚无故障记录时，特别是一些设备性能改进的情况下，显然不能按照原来的预防维修方式，这时应该增加预防维修的间隔期。由于缺乏故障数据，故无法准确地估计出故障概率。比较合理的做法是：逐渐增加预防维修的间隔期，计算出相应的故障发生概率大小。这样，维修工程师就可判断由于预防维修间隔期增长而相应地增加的故障风险大小。

系统设计目标

AFC设备维修数字化管理包括设备信息数字化管理和设备维修维护业务的信息化管理。设备信息化就是将AFC设备进行分解，然后对其进行编码管理，名称及其代码具有唯一性。每一个零部件都是AFC设备树形结构上的一个节点，每一个节点均有的编码。同时，还赋予诸如厂商、型号、等属性以及采购日期信息等。维修业务信息化主要包括故障现象、原因、处理方法等信息的数字化表示，并将设备修程、维修计划等信息数字化管理。具体工作包括以下等内容：

·建立AFC系统设备统一的设备主数据管理规范。

·实现对AFC设备台账的全面数字化管理，为设备检修执行奠定数据基础。

·对AFC系统故障信息进行标准化管理。

·对故障数据分析，找出重点故障，集中力量解决，降低故障发生

·制定符合AFC设备特点的设备检修策略，加强关键设备的状态管理，为维修计划的制定提供依据。

·制定标准化作业指导书，规范维修作业的步骤及内容，保障维修作业的效果。

智能化维修管理主要实践

建设AFC信息化维修系统。通过标准工作包、标准化作业、检修任务、月度检修计划管理及手持端支持，实现对计划性检修的操作内容标准化，执行过程规范化。通过手持终端对整个PM工单的执行过程进行管理。保证设备可以按时、按需进行预防性维护。

北京地铁AFC系统，完全采用了标准化的产品设计，统一了各类各类故障码和状态码，AFC系统和设备状态得到实时监控。通过对设备运行状态的分析，在故障早期发现设备隐患和缺陷，进而主动采取干预措施的维修策略，这将大幅减少AFC系统的非计划性停机，从而提高设备使用效率、降低维修成本，是现代维护业务重要的应用场景。

设备状态

维修智能决策可视化系统

以维修APP为基础的智能维修系统为基础，将有效统计出各线路AFC系统设备的可用度指标、主动性维修和事后维修相应比例关系、维修费用以及维修分析数据。

按需维修度量。根据车站的客流和设备的使用频次，对设备的维护等级进行分级分类，对使用频度的不同，可适当增减修护的频次，做到差异化维护，从而减小人员投入和维修成本。

维修价值度量。通过对比分析AFC系统设备故障数量的变化趋势，维修工单的下降趋势、点检和预防性维修的执行情况分析，并对多发故障、长停机故障和高成本的故障针对性的分析。设备维修价值一目了然，这将从整体上说明维修管理对维修工作效率，企业盈利能力保障的表现，并识别出影响设备维修业绩的薄弱瓶颈环节，以实施针对性的业绩改善。

维修工单数改善情况

北京地铁AFC系统智能化维修管理系统在管理思想上以设备智能化管理为目的，研究了精益设备更新与预测性维护模型；在管理实践上，建立统一数据及应用系统，从而达到了设备维修精益化目的，提升维修管理业绩指标。