論文紙幣汲取模塊國產(chǎn)化開辟項目-科研結果小結

1、紙幣接收模塊國產(chǎn)化開發(fā)項目主要研究單位：上海軌道交通技術研究中心廣州德銀電子科技有限公司主要研究人員：馮 娟、李勇兵、龍凌云、陳 健、鄭小鍵、周慶榮、鄭 鳴、 鄭滋慰、王炯1.研究背景和項目來源1.1. 研究背景隨著國內(nèi)軌道交通的發(fā)展，我國中心城市軌道交通工程的afc系統(tǒng)已相繼應 用并逐步完善提髙。tvm自動售票設備的發(fā)展是整個afc系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)， 從當初的只單純接收硬幣的售票功能發(fā)展到當前的可接收硬幣、紙幣并具有找紙 幣的售票功能，代表了afc系統(tǒng)的發(fā)展過程。2001年，國內(nèi)第一批在應用紙幣模塊的tvm,很大程度提高了自動售票系統(tǒng) 的工作效率，完善了tvm的整體功能。從此，紙幣接收模

2、塊已經(jīng)成為了tvm設備中 的核心部件。由于該模塊的使用要求和安全性要求，在國內(nèi)，其相關產(chǎn)品為空白， 所以在各個城市軌道交通工程的tvm自動售票設備中，一直是使用國外的紙幣接 收模塊。這樣，使tvm設備的整體價格相對昂貴，同時，維修、服務及配件供應 等因素都不利于國內(nèi)自動售票系統(tǒng)的發(fā)展。因此，國家適時提出了“城市軌道交通車輛和機電設備國產(chǎn)化率在70%以上” 的目標，并出臺了多項政策性文件，鼓勵積極采用國產(chǎn)設備，努力提髙系統(tǒng)和設 備的國產(chǎn)化率，降低軌道交通的造價；同時也促進國內(nèi)設備制造業(yè)的發(fā)展，使之 提高產(chǎn)品質(zhì)量或填補國內(nèi)技術的空白；擴大就業(yè)范圍，拉動國民經(jīng)濟增長，這既 是經(jīng)濟效益的需求，更是國家

3、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的需要。目前，國內(nèi)軌道交通的tvm自動售票設備系統(tǒng)采用的紙幣接收模塊主要為g&d 的bim2020模塊和mei的紙幣模塊。這兩個模塊均為國外進口，采購價格昂貴，其 關鍵技術均不自有。所以，要降低建設成本、提高運營的保障條件，保障軌道交 通系統(tǒng)整體國產(chǎn)化率提高，就必須突破國外設備系統(tǒng)的技術壟斷局面，將該類型 模塊國產(chǎn)化。本項目旨在研究開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權的具有髙可靠性、低成本的紙幣 接收模塊，以應用于我國城市軌道交通行業(yè)的自動售檢票系統(tǒng)，促進發(fā)展上海軌 道交通裝備產(chǎn)業(yè)化及提高我國城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)的發(fā)展長久性。1. 2.立項依據(jù)和必要性本立項是依據(jù)原有的城市軌道交

4、通自動售檢票(afc)系統(tǒng)工程質(zhì)量驗收 規(guī)范和上海市工程建設規(guī)范城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)通用技術規(guī)范， 及上海市工程建設規(guī)范城市軌道交通自動售檢票系統(tǒng)(afc)檢測規(guī)程。國產(chǎn)紙幣接收模塊作為tvm設備的核心部件，屬于軌道交通售票的主要功能, 因此研發(fā)國產(chǎn)化、低購買成本、低使用成本、髙穩(wěn)定性的紙幣接收模塊對afc系 統(tǒng)的發(fā)展具有非常重要的意義。2. 研究內(nèi)容2. 1.項目目標紙幣接收模塊作為tvm系統(tǒng)的核心模塊，在tvm的售票效率、現(xiàn)金安全等方面 具有極其重要的作用?，F(xiàn)國內(nèi)軌道交通工程使用的該類模塊，g&d的bim2020模塊 占據(jù)了70%的使用量，在國內(nèi)已經(jīng)形成了較為成熟的使用經(jīng)驗、

5、使用規(guī)范和接口。 本項目主要是以g&d的bim2020模塊為基礎，進行以下幾方面進行研究：1. bim2020模塊傳動部分的國產(chǎn)化研發(fā)，設計和生產(chǎn)。2. 優(yōu)化改進bim2020模塊在中國市場使用所存在的卡幣現(xiàn)象。3. 研發(fā)國產(chǎn)化的部件用于替換進口bim2020模塊的維護零部件；4. 紙幣接收模塊的國產(chǎn)化批量應用，從技術性能、經(jīng)濟成本上超越進口產(chǎn) 品。2. 2.項目完成情況紙幣接收模塊國產(chǎn)化開發(fā)項目已完成下述研發(fā)工作1. 完成了紙幣接收模塊的結構設計、模具設計制作、生產(chǎn)工藝制定等工作。2. 完成了紙幣接收模塊的硬件設計、生產(chǎn)組織、質(zhì)量控制等工作。3. 完成了紙幣接收模塊的軟件設計、應用、

6、兼容測試等工作。4. 完成了整機結構零部件、硬件、軟件等國產(chǎn)化兼容開發(fā)工作。滿足了與 原進口產(chǎn)品兼容、替換、升級等要求。5. 完成了整機樣機研發(fā)、小批量試產(chǎn)等工作。6. 完成了整機測試工具軟件的開發(fā)。通過測試軟件可以了解整機的結構安 裝質(zhì)量、硬件質(zhì)量、生產(chǎn)調(diào)試質(zhì)量、以及模擬上位機對模塊實行全面的控制操作 與信息反饋。7. 完成了需求說明書、設計說明書、紙幣接收模塊企業(yè)標準、規(guī)格書、安 裝維護手冊、測試方案、檢驗手冊等相關技術文件。8. 完成并通過了整機內(nèi)部性能測試（見國產(chǎn)紙幣接收模塊內(nèi)部測試報告）。9. 完成并通過了整機環(huán)境試驗（報告編號z0911wt8888-2831、 z1004wt888

7、8-0862）與emc電器兼容性試驗（報告編號,1004wt8888-0862-e ） 的第三方測試。10. 完成并通過了整機的用戶測試。（見國產(chǎn)紙幣接收模塊上線測試總結）11. 申請了2 項專利（申請?zhí)枺?01030147705.5, 201030634848.7 ）。12. 申請了 1項軟件著作權登記（登記號：2011r11l008200 ）。2. 3.關鍵技術1. 紙幣接收模塊的工作流程控制非常重要，關系到現(xiàn)金流的安全。研制可 與在線模塊完全兼容的控制電路，需要開發(fā)出接口和控制邏輯的主控電路及軟 件。2. 紙幣接收模塊作為軌道交通現(xiàn)金收入交易量最大、使用條件又是最復雜 的部件，必須滿足髙

8、穩(wěn)定性、高使用壽命、低使用成本的要求。促使整機從結構、 電路、軟件設計開始到材料選擇、零件加工、產(chǎn)品組裝等方面都有合理的安排與 較高的質(zhì)量控制。3. 由于紙幣接收模塊一次交易中最多可接收15張紙幣。多張鈔票堆疊的整 齊尤為重要。經(jīng)分析，在使用過程中，發(fā)生在堆疊過程中的卡幣占模塊卡幣的50% 以上。要解決這一問題，除了進行合理的結構設計和流程控制外，還必須在主控 軟件上對每張鈔票的運動進行合理的補償。以抵消由于堆疊厚度和皮帶打滑造成 的位置差異。4. 為提高模塊的安全性及使用效率，需要對模塊工作全程進行實時監(jiān)測,并及時上報上位機。5. 由于國內(nèi)tvm生產(chǎn)廠家較多，其主控軟件又各不相同。為保證模塊

9、使用的兼容性要求，需要開發(fā)和制定完善的通信接口與相關協(xié)議。3. 研究成果3.1. 設計過程3. 1. 1.技術方案制定1. 技術要求1）拒收率：不大于1%；2）漏報率：低于1 / 5000；3）阻礙輻射（150 khz - 1000 mhz）衡量標準4）電測射頻電場，衡量標準a, 27 - 500 mhz 3v/m；5）對快速瞬態(tài)干擾（脈沖）的抗干擾性，直流線路2kv, 5千赫茲。信 號線路1kv, 5千赫茲；6）主電源：24.0 v ±10% 直流，5 a；7）備用電源24.0 v ±10%直流，5 a；8）錢箱儲存數(shù)量1000張；9）速度：在檢測期間大約1.75米/秒，

10、其他時間0.44米/秒；10）暫存器容量：15張鈔票；11）環(huán)境應用：工作溫度-5°至!50。c,存儲溫度-20。至!170。c,空氣濕 度（無凝結水）10 - 90%o2. 設計方案1）進鈔口開合功能：進鈔口采用常閉、受控打開的設計。2）鈔票糾偏功能：投入的鈔票在進入檢測前首先經(jīng)過糾偏處理的設計。3）鈔票檢測功能：鈔票的票面質(zhì)量、卷別、真假等分析、鑒別采用獨立模塊設計。4）鈔票回旋待定功能：鑒于經(jīng)過檢測并確認的鈔票必須得到上位機的指令才能進入下一個 處理環(huán)節(jié)，設計上利用回旋機構實現(xiàn)鈔票的待命要求。5）鈔票暫存功能為滿足使用者中止交易（簡稱悔購）的需求，當筆交易的鈔票累計 達到15張

11、前，通過鈔票暫存機構的設計。便于使用者在購票確認前 對已放入的鈔票進行收回。6）鈔票返回功能設計上鈔票返回區(qū)安排在鈔票回旋待定區(qū)與鈔票暫存區(qū)之間。以便 有效執(zhí)行偽鈔退出或悔購指令的要求。7）鈔票進入錢箱功能通過對每一張鈔票實行單邊對齊的設計。使鈔票從鈔票暫存區(qū)整齊、 平穩(wěn)、有效地進入錢箱機構，完成本模塊從接受鈔票至鈔票進入錢 箱的整套工作。3. 1.2.分模塊研制1）糾偏模塊：完成了糾偏馬達的國產(chǎn)化選型、安裝及相關零件定型、配合的設計。2）分向模塊完成了分向電磁閥、分向件的國產(chǎn)化選型及相關零部件的設計定型。3）離合器模塊完成了離合器電磁閥及離合器軸套、剎車機構的國產(chǎn)化設計及材料 選型。4）主控

12、電路完成了模塊主控電路的設計定型及生產(chǎn)。5）主控程序完成了模塊主控程序的開發(fā)與整機、聯(lián)機調(diào)試。3. 1.3.樣機研制在完成分模塊研制的基礎上，解決了模塊基板及相關零部件的加工精度、外 購零部件的選型等問題后，生產(chǎn)了2臺原理樣機。并對原理樣機進行了機械性能、 電器性能、使用性能等測試，及時修正整機結構、電路、軟件的相關不足，進入 小批量試產(chǎn)。3.1.4. 小批量試產(chǎn)在完成原理樣機的測試及相關修正后，項目相繼完成了有關生產(chǎn)工藝、配套 工、檢、模具、測試方案制定等工藝過程，開始小批量試產(chǎn)。3.2. 內(nèi)部測試3.2.1. 兼容性測試模塊在上海軌道交通afc測試中心完成兼容性測試。并分別在廣州、深圳、

13、上海等地、在國內(nèi)現(xiàn)有的各tvm品牌廠家的產(chǎn)品上進行了內(nèi)部摸底測試。測試結 果，國產(chǎn)紙幣模塊能完全兼容原有進口紙幣模塊。電源，通信接口都能與國內(nèi)現(xiàn) 有的各tvm品牌廠家的產(chǎn)品正確聯(lián)接；在上位機的操控下，正確完成紙幣的接收, 辨別，暫存，退幣，入錢箱等一系列操作。3.2.2. 前期在線測試繼完成兼容性測試后，在上海軌道交通四號線的大連路站，以華虹計通的tvm 為平臺，使用兩臺模塊，進行了為期1個月左右的線上測試。測試張數(shù)1.2萬，金 額9. 6萬。本次測試中，卡幣率較高，客戶及映退幣較多。其他故障還有，長時間運營 后進鈔困難、皮帶脫落、電磁閥失效和電機干擾等造成驗幣器失效等情況。根據(jù) 模塊的現(xiàn)場測

14、試情況，我們及時地退出測試并馬上組織相關技術人員進行分析和 對有關設計、工藝的整改。3. 2. 3.單臺紙幣模塊12萬張次檢測1）鑒別速度為1.91秒，符合gb16999-1997 （表4）要求。2）漏辨率符合gb16999-1997 （表4）要求。3）拒收率和錯辨率符合本課題對紙幣接收模塊指標的要求。4）總體故障率偏高，有待整改。3. 2. 4.大強度測試整改完成后，選取其中6臺模塊分別進行了2萬張次進鈔測試。結果如下:序號檢測項目技術條件檢查結果1鑒別時間小于或等于2s1.91s2偽鈔辨別上報故障碼，拒絕接受具有3漏辯率小于1/50000. 00%4拒收率小于1/1000. 38%5錯辯率

15、小于1/50000. 00%1）鑒別時間符合gb16999-1997 （表4）要求。2）漏辨率符合gb16999-1997 （表4）要求。3）拒收率和錯辨率符合紙幣接收模塊指標要求。拒收率相對整改前明顯減少。4）卡幣、其他故障及總故障率大幅減少。5）模塊進鈔困難的故障基本消除。疊鈔不齊的現(xiàn)象得到有效地控制。3.2.5. 聯(lián)機壓力測試2010年05月13日到2010年05月19 h,在上海軌道交通afc測試中心，進行了 修整后的模塊和tvm上位機器的配合測試。采用上海軌道交通afc檢測平臺sc管理 系統(tǒng)的方式，在【華虹計通tvm】設備上進行實際購票動作。每次購票放入10張 鈔票，每100張鈔票隨

16、機摻入2張偽鈔。共進入鈔票10100張。測試情況如下：序號檢測項目技術條件檢查結果1鑒別時間小于或等于2s1.91s2偽鈔辨別上報故障碼，拒絕接受具有3漏辯率小于1/50000. 00%4拒收率小于1/1000. 17%5錯辯率小于1/50000. 00%1）鑒別時間符合gb16999-1997 （表4）要求。2）漏辨率符合gb16999-1997 （表4）要求。3）拒收率和錯辨率符合本課題對紙幣接收模塊指標要求。4）卡幣、進鈔困難、疊鈔不齊情況基本消除。5）與tvm設備連接及sc系統(tǒng)連接良好，滿足兼容性要求。6）模塊整體運行狀況良好。3. 3.第三方測試根據(jù)國家對該類型產(chǎn)品的有關規(guī)定，在大連

17、路站上線測試的同時，將模塊送國家工業(yè)和信息化部電子第五研究所（以下簡稱五所）進行“環(huán)境和電磁兼容” 的測試。測試項目是依照本項目技術開發(fā)合同的要求，參照gb16999-1997“人民幣偽鈔鑒別儀”國家標準的相關內(nèi)容來制定。電磁兼容、氣候環(huán)境、機械環(huán)境的測試結果符合國家標準及項目任務書的要 求。3. 4.上線測試模塊在完成內(nèi)部測試和第三方測試后，根據(jù)課題進度計劃，進入上線測試階 段。課題組會同上海地鐵第二、第三運營公司，將本課題5臺成果模塊分別安裝 在上海在線運營的計通、華銘、怡力和郵通等tvm設備上，分別在楊樹浦路站、 江蘇路站、婁山關路站和曹楊路站等地鐵車站的五臺設備上進行實際使用測試， 以

18、檢驗模塊的實際使用性能。同時，以驗證模塊與實際運營tvm設備、車站sc系 統(tǒng)的通信連接狀況。整個上線測試共持續(xù)185天，收鈔141669張，交易金額1422115元。整個測試 期間，模塊與sc系統(tǒng)、tvm設備結合良好，通信故障0次，電子元件損壞0件，機 械零部件損壞0件。收進假鈔0元，紙幣識別錯誤0張，累計卡鈔50次，其他故障7 次，總故障率0.040%。本次上線測試時間長，收鈔量大，測試地點分布較廣，應用測試平臺基本覆 蓋了上?，F(xiàn)有tvm的各生產(chǎn)廠家。模塊的設計性能、生產(chǎn)質(zhì)量以及與sc系統(tǒng)、tvm 設備的兼容性等均得到了有效的檢驗，各項指標達到了項目要求。課題組初步認 為，模塊的線上測試結果是合格的。4. 應用前景與效益預測軌道交通自動售票(afc)設備國產(chǎn)化是國家軌道交通戰(zhàn)略的一個重要方面, 紙幣接收模塊作為tvm設備的一個核心部件。長期存在價格昂貴、維護成本高、 相關配件跟不上等問題。國產(chǎn)化對我國軌道交通行業(yè)節(jié)約成本、提高服務質(zhì)量、 減少維保費用等意義重大，具體分析如下：目前國內(nèi)軌道交通自動售票機(tvm)中的紙幣接收模塊，全部采用進口產(chǎn) 品。其中本課題研究類型的模塊在我國的占有率約70%