基于接口庫的城市軌道交通工程設備接口研究

1、基于接口庫的城市軌道交通工程設備接口研究                        摘要:研究目的:城市軌道交通工程建設過程中涉及大量設備,各種設備間接口的合理匹配是影響設備聯(lián)調(diào)和工程進度的重要因素之一。為了優(yōu)質(zhì)、高效地解決設備間接口匹配問題,本文提出了一個設備接口解決方案。研究方法:運用信息技術(shù)和并行工程原理,定義了運用面向?qū)ο蠓椒ǚ庋b的設備、設備接口

2、和匹配等概念,闡述了設備接口匹配原理和匹配過程。研究結(jié)果:建立了設備接口庫和專家支持庫,并構(gòu)建了設備接口管理系統(tǒng)的實現(xiàn)框架,為工程相關(guān)的各建設單位創(chuàng)建了一個協(xié)同工作環(huán)境。研究結(jié)論:本方案能有效地規(guī)劃設備和設備接口匹配,控制設備匹配過程,積累匹配經(jīng)驗并改進匹配效率。同時,也大大縮短了各參建單位在空間和時間上的距離,實現(xiàn)了設備接口的統(tǒng)一并行管理、實時虛擬聯(lián)調(diào)。關(guān)鍵詞:城市軌道交通工程;設備接口匹配;接口庫;面向?qū)ο?協(xié)同       軌道交通工程設備包括車輛、信號、通信、FAS、供電、AFC等7大類1000余種,相關(guān)設備間存在眾多要求和匹

3、配關(guān)系。同時,設備和土建等專業(yè)間也存在眾多復雜的接口,構(gòu)成關(guān)聯(lián)緊密的接口體系。設備接口技術(shù)是設備聯(lián)調(diào)的基礎,對工程的質(zhì)量、工期和投資有重大影響。高效、合理的設備接口系統(tǒng)可以提高軌道交通工程建設水平,減少參建單位間的沖突,提高工程建設效率,節(jié)省建設資金。      設備接口包含的內(nèi)容一般有空間接口、時間接口、技術(shù)參數(shù)接口和專業(yè)責任接口?？臻g接口:為防止施工時出現(xiàn)空間干涉現(xiàn)象,土建、設備等專業(yè)之間存在的空間、尺寸的要求和限制;時間接口:為保證工程的連貫性,防止停工和延誤工期,在工程建設的進度計劃中,土建、設備安裝等專業(yè)之間存在的時間序列要求;技術(shù)參

4、數(shù)接口:為保證設備選型的合理性和經(jīng)濟性,防止?jié)撛诘脑O備隱患,避免不必要的浪費,設備系統(tǒng)存在的技術(shù)參數(shù)的匹配關(guān)系;專業(yè)責任接口:建設期設計、監(jiān)理、咨詢、施工承建、設備承包及圖紙審查等合同中專業(yè)設備接口之間責任存在的包容連接性和覆蓋性的確認。      現(xiàn)行的設備接口工作大多由建設主管部門召集設計、施工、安裝等參建單位開協(xié)調(diào)會,采用查詢設備技術(shù)手冊的方法,通過制定接口矩陣表和接口說明表,記錄和確認設備接口。這種方式存在一些弊端。如工程涉及n個設備,每個設備可能的接口有m個,接口涉及的技術(shù)參數(shù)為r,則由這種方法可能涉及的參數(shù)匹配數(shù)量理論上有2n

5、15;m×r個。處理如此眾多的數(shù)據(jù),通過查手冊和接口矩陣表的方法,不僅工作量大,而且容易發(fā)生混亂和遺漏。同時,隨著工程建設進展中不斷發(fā)現(xiàn)和定義新的接口,接口矩陣表的更新和維護工作異常艱巨。因此,這種缺少信息化、智能化和集成化的接口管理方法亟待改進。      本文將信息技術(shù)用于設備接口工作,提出基于統(tǒng)一接口庫的城市軌道交通工程設備接口解決方案。通過建立結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的設備接口體系,使參建單位在統(tǒng)一的平臺上管理設備接口,避免由于信息溝通不及時而造成不必要的損失。同時,提供設備接口數(shù)據(jù)積累和設備匹配經(jīng)驗系統(tǒng)化、知識化的途徑,并對設備接口數(shù)

6、據(jù)、設備匹配關(guān)系和設備聯(lián)調(diào)方案分階段并行管理,為參建方創(chuàng)造協(xié)同工作環(huán)境。解決方案定義了開放、可擴展的系統(tǒng)外部接口,實現(xiàn)設備接口系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成。1 設備接口匹配原理、匹配過程與匹配度      設備接口工作的主要困難在于設備的龐雜性、接口匹配要求的多樣性。通過對設備和設備接口的提煉,建立統(tǒng)一的接口庫和專家支持庫;運用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ庋b設備、設備接口和匹配等概念;分階段、分角色進行接口匹配,能有效的規(guī)劃、控制和改進設備接口管理工作。1.1 接口庫      接口庫根據(jù)專家的經(jīng)驗,并結(jié)合工程實際

7、情況創(chuàng)建。接口庫的接口反映設備之間功能上的匹配關(guān)系。接口庫的接口為抽象對象接口,定義該接口在空間集成、時間集成、技術(shù)參數(shù)集成、專業(yè)責任界面等方面必需和輔助的參數(shù)。接口庫的接口對象根據(jù)專業(yè)類型分層次組織。      接口庫實現(xiàn)了工程項目設備接口的集中管理,接口庫隨著工程的不斷推進而逐步深化、細化和量化。設備可以分階段、分層次逐步實現(xiàn)接口。這樣設備接口的定義,設備的接口實現(xiàn)與設備的匹配分步驟并行實施,大大減少了實際匹配時的復雜性和工作量,減少可能出現(xiàn)的錯誤和遺漏,方便責任主體隨時進行階段性的設備匹配。同時,隨著建設工程數(shù)量的增加,設備接口實際匹配經(jīng)

8、驗的提煉和沉淀,設備數(shù)據(jù)、匹配數(shù)據(jù)和成功案例的不斷積累,系統(tǒng)的3個支撐知識庫(包括接口庫、參數(shù)轉(zhuǎn)換庫和匹配算法庫)不斷豐富和完善,從而實現(xiàn)系統(tǒng)自身的學習和升級。1.2設備接口匹配原理      基于接口庫的設備接口匹配工作原理如圖1所示。      匹配原理圖中包括3個使用基于面向?qū)ο蠓椒枋龅谋灸Ｐ偷暮诵母拍?即設備接口、設備和設備匹配。同時,包括3個專家知識庫,即接口庫、換算公式庫和匹配算法庫。      使用面向?qū)ο蟮姆椒ň哂信c設備和設備接

9、口本身相似的對稱性、層次性、相似性。同一項設備接口在2個相關(guān)聯(lián)的設備中都會出現(xiàn),接口要求的內(nèi)容相同。與此對應,設備匹配對的2個設備必須含有相同的接口對象才能匹配;設備對象和接口對象的繼承關(guān)系表示了設備類型和接口的層次關(guān)系,子層次設備或接口自動具有高層次設備或接口的屬性和方法,從而實現(xiàn)信息的共享,減少重復工作;城市軌道交通工程設備接口在相似的工點上,其接口要求內(nèi)容是相似的,模型中相似的接口和設備可以使用同一個接口或設備對象,僅屬性或參數(shù)不同。      同時,基于面向?qū)ο蠓椒ǖ暮诵母拍畹亩x直接指導設備接口管理系統(tǒng)的分析和設計。 

10、60;    表1、表2、表3分別定義了設備接口對象、設備對象和設備匹配對象。      設備接口對象是對接口庫的設備接口的抽象描述。在本文中,接口庫的接口反映相關(guān)設備間的一個功能上的匹配關(guān)系。以車輛為例,一般包括限界、接觸網(wǎng)、供電、土建、線路、軌道、信號、通信、電磁兼容(EMC)等接口。這些接口對象按層次繼承自統(tǒng)一的抽象設備接口對象。      設備對象是對設備的抽象描述。軌道交通工程的設備部分一般包括七大類型,各大類型下再細分。這些設備對象按層次繼承自統(tǒng)一的抽象

11、設備對象。      設備匹配對象定義設備接口匹配時的主要方法。這些方法針對選定的設備,運用匹配算法專家?guī)斓钠ヅ渌惴ㄟM行設備系統(tǒng)的匹配和驗證,輸出匹配報告。      系統(tǒng)支持庫為系統(tǒng)提供專家知識和經(jīng)驗的支持。本方案中系統(tǒng)支持庫參見表4。1.3 設備接口匹配過程      設備接口匹配過程主要包括如下3個步驟。1.3.1 定義統(tǒng)一設備接口,建立設備接口庫      根據(jù)城市軌道交通工程建設的特點和

12、以往的經(jīng)驗,建立設備接口的抽象接口對象,定義該接口在空間集成、時間集成、技術(shù)參數(shù)集成、專業(yè)責任界面等方面必需和輔助的參數(shù)。定義好的設備接口對象根據(jù)設備的類型分層次導入接口庫。1.3.2 設備對象的實現(xiàn)      確定需要匹配的設備,從接口庫中,選擇并確定設備的匹配接口。借助換算公式庫的支持,通過參數(shù)換算,把設備的參數(shù)轉(zhuǎn)化為需實現(xiàn)的該設備的接口參數(shù),實例化接口對象,并實例化設備對象。1.3.3 設備匹配      設備匹配是驗證設備系統(tǒng)及相關(guān)聯(lián)的設備能否配合使用。當需要驗證設備系統(tǒng)的匹配狀況、或有

13、新的設備加人、或有設備變更時,調(diào)用圖2所示匹配的方法。      設備匹配方法調(diào)用了上節(jié)所述的3個模型核心概念的實例的方法。設備接口參數(shù)采用支持庫提供的知識表達機制進行形式化和統(tǒng)一化,通過運用各種專家算法,對設備匹配過程接口進行匹配性演算和驗證,獲得設備系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的匹配報告,確認設備系統(tǒng)的接口匹配度,為建設方的決策提供依據(jù)。                   &

14、#160;         1.4 設備接口匹配度      設備接口匹配度描述了設備系統(tǒng)的匹配程度。假設,對于設備系統(tǒng)S有m個設備,設備Cm的價格為Vm。設備系統(tǒng)中i個設備有備選設備,其中第i個設備有j個備選設備,設備Cij的價格為Vij。選擇經(jīng)濟和可靠的匹配方案。匹配度的值介于0和1之間,等于1時最匹配。匹配度計算描述如下。1.4.1說明      接口庫的接口根據(jù)實際情況和專家經(jīng)驗制定。一個接口U定義

15、的一個或幾個參數(shù)(u1,.,un,)稱為接口參數(shù),參數(shù)ui是效用獨立的。比如供電接口包含電壓、功率等參數(shù)。一個設備根據(jù)功能需要可以有多個接口。設備的實際參數(shù)根據(jù)公式換算庫(如圖1所示)的公式轉(zhuǎn)換為接口參數(shù)。如果設備系統(tǒng)中一對接口完全不匹配,(即U(a,b)=0),則整個系統(tǒng)都無法工作,設定系統(tǒng)匹配度等于零。1.4.2 匹配度的計算      匹配度的計算包括2個接口實例的匹配、2個設備實例的匹配、1個主設備的設備系統(tǒng)的匹配和多個主設備的設備系統(tǒng)的匹配四個遞進的步驟。每個步驟可以獨立計算,后一個步驟包含前一個步驟。表5、表6是4個步驟的描述。 1

16、.4.3 設備系統(tǒng)的匹配      設備系統(tǒng)S有m個設備,設備系統(tǒng)中第i個設備有備選設備j個,設備Cij的價格為Vij,沒有備選設備,則j=1。設備總數(shù)為j,設備系統(tǒng)S的預算為W。      設備系統(tǒng)選擇偏好的決策屬性有兩個:設備系統(tǒng)總價格和設備系統(tǒng)匹配度。      設決策向量為A=a,1-a(0a1)a表示設備系統(tǒng)總價格在設備系統(tǒng)選擇偏好中所占的重要程度百分比,設備系統(tǒng)匹配度為1-a。     

17、; a值可在0到1之間,由甲方確定或根據(jù)實踐經(jīng)驗設定。      設Zij表示第i個設備的第j個備選設備選中,Faij表示第i個設備的第j個備選設備被選中的情況下整個設備系統(tǒng)的匹配度。2 設備接口系統(tǒng)的實現(xiàn)      基于上述設備接口庫、模型核心概念和設備匹配過程,建立城市軌道交通工程設備接口管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。      系統(tǒng)核心由中心控制單元、處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)對象單元、處理應用的設備匹配單元和處理與其他系統(tǒng)通訊的數(shù)據(jù)交換單元組成。系

18、統(tǒng)包含5個數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫應用管理模塊參見表6。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換單元提供與其他應用系統(tǒng)的接口和適配器。其他系統(tǒng)可以包括工程項目管理、客戶關(guān)系管理等等相關(guān)應用系統(tǒng)。      設備接口管理涉及多個施工責任主體和管理機構(gòu)。用戶界面根據(jù)用戶角色的不同包括系統(tǒng)管理、系統(tǒng)配置管理、專家知識管理、工程設備數(shù)據(jù)輸入、綜合查詢、信息發(fā)布、工程設備匹配等模塊,這些應用模塊可以并行。設備接口管理系統(tǒng)為相關(guān)的各建設方提供了統(tǒng)一的協(xié)同工作環(huán)境,如圖4所示。3結(jié)束語      (1)設備接口問題不僅僅是設備技術(shù)參數(shù)的匹配問題,還包括設備的空間位置的合理、各專業(yè)業(yè)務間的時間進度的協(xié)調(diào),以及由合同規(guī)定的設備接口之間責任的清晰界定。本文將上述4種因素同時考慮,通過接口庫實現(xiàn)了軌道交通工程設備接口的集中管理,使各參建單位以設備聯(lián)調(diào)成功為目標更好的協(xié)同工作,避免由于信息溝通不及時而造成不必要的損失。      (2)將信息技術(shù)用于設備接口工作,所提出的基于信息技術(shù)的城市軌道交通設備接口解決方案,