基于接口库的城市轨道交通工程设备接口研究

摘 要: 研究 目的:城市轨道 交通 工程建设过程中涉及大量设备,各种设备间接口的合理匹配是 影响 设备联调和工程进度的重要因素之一。为了优质、高效地解决设备间接口匹配 问题 ,本文提出了一个设备接口解决方案。

研究 方法 :运用信息技术和并行工程原理,定义了运用面向对象方法封装的设备、设备接口和匹配等概念,阐述了设备接口匹配原理和匹配过程。

研究结果:建立了设备接口库和专家支持库,并构建了设备接口管理系统的实现框架,为工程相关的各建设单位创建了一个协同工作环境。

研究结论:本方案能有效地规划设备和设备接口匹配,控制设备匹配过程,积累匹配经验并改进匹配效率。同时,也大大缩短了各参建单位在空间和时间上的距离,实现了设备接口的统一并行管理、实时虚拟联调。

关键词:城市轨道交通工程;设备接口匹配;接口库;面向对象;协同

轨道交通工程设备包括车辆、信号、通信、FAS、供电、AFC等7大类1000余种,相关设备间存在众多要求和匹配关系。同时,设备和土建等专业间也存在众多复杂的接口,构成关联紧密的接口体系。设备接口技术是设备联调的基础,对工程的质量、工期和投资有重大影响。高效、合理的设备接口系统可以提高轨道交通工程建设水平,减少参建单位间的冲突,提高工程建设效率,节省建设资金。

设备接口包含的 内容 一般有空间接口、时间接口、技术参数接口和专业责任接口。空间接口:为防止施工时出现空间干涉现象,土建、设备等专业之间存在的空间、尺寸的要求和限制;时间接口:为保证工程的连贯性,防止停工和延误工期,在工程建设的进度计划中,土建、设备安装等专业之间存在的时间序列要求;技术参数接口:为保证设备选型的合理性和 经济 性,防止潜在的设备隐患,避免不必要的浪费,设备系统存在的技术参数的匹配关系;专业责任接口:建设期设计、监理、咨询、施工承建、设备承包及图纸审查等合同中专业设备接口之间责任存在的包容连接性和覆盖性的确认。

现行的设备接口工作大多由建设主管部门召集设计、施工、安装等参建单位开协调会,采用查询设备技术手册的方法,通过制定接口矩阵表和接口说明表,记录和确认设备接口。这种方式存在一些弊端。如工程涉及n个设备,每个设备可能的接口有m个,接口涉及的技术参数为r,则由这种方法可能涉及的参数匹配数量 理论 上有2n×m×r个。处理如此众多的数据,通过查手册和接口矩阵表的方法,不仅工作量大,而且容易发生混乱和遗漏。同时,随着工程建设进展中不断发现和定义新的接口,接口矩阵表的更新和维护工作异常艰巨。因此,这种缺少信息化、智能化和集成化的接口管理方法亟待改进。

本文将信息技术用于设备接口工作,提出基于统一接口库的城市轨道交通工程设备接口解决方案。通过建立结构化、系统化的设备接口体系,使参建单位在统一的平台上管理设备接口,避免由于信息沟通不及时而造成不必要的损失。同时,提供设备接口数据积累和设备匹配经验系统化、知识化的途径,并对设备接口数据、设备匹配关系和设备联调方案分阶段并行管理,为参建方创造协同工作环境。解决方案定义了开放、可扩展的系统外部接口,实现设备接口系统与其他系统的集成。

1 设备接口匹配原理、匹配过程与匹配度

设备接口工作的主要困难在于设备的庞杂性、接口匹配要求的多样性。通过对设备和设备接口的提炼,建立统一的接口库和专家支持库;运用面向对象的方法封装设备、设备接口和匹配等概念;分阶段、分角色进行接口匹配,能有效的规划、控制和改进设备接口管理工作。

1.1 接口库

接口库根据专家的经验,并结合工程实际情况创建。接口库的接口反映设备之间功能上的匹配关系。接口库的接口为抽象对象接口,定义该接口在空间集成、时间集成、技术参数集成、专业责任界面等方面必需和辅助的参数。接口库的接口对象根据专业类型分层次组织。

接口库实现了工程项目设备接口的集中管理,接口库随着工程的不断推进而逐步深化、细化和量化。设备可以分阶段、分层次逐步实现接口。这样设备接口的定义,设备的接口实现与设备的匹配分步骤并行实施,大大减少了实际匹配时的复杂性和工作量,减少可能出现的错误和遗漏,方便责任主体随时进行阶段性的设备匹配。同时,随着建设工程数量的增加,设备接口实际匹配经验的提炼和沉淀,设备数据、匹配数据和成功案例的不断积累,系统的3个支撑知识库(包括接口库、参数转换库和匹配算法库)不断丰富和完善,从而实现系统自身的 学习 和升级。

1.2设备接口匹配原理

基于接口库的设备接口匹配工作原理如图1所示。

匹配原理图中包括3个使用基于面向对象方法描述的本模型的核心概念,即设备接口、设备和设备匹配。同时,包括3个专家知识库,即接口库、换算公式库和匹配算法库。

使用面向对象的方法具有与设备和设备接口本身相似的对称性、层次性、相似性。同一项设备接口在2个相关联的设备中都会出现,接口要求的内容相同。与此对应,设备匹配对的2个设备必须含有相同的接口对象才能匹配;设备对象和接口对象的继承关系表示了设备类型和接口的层次关系,子层次设备或接口自动具有高层次设备或接口的属性和方法,从而实现信息的共享,减少重复工作;城市轨道交通工程设备接口在相似的工点上,其接口要求内容是相似的,模型中相似的接口和设备可以使用同一个接口或设备对象,仅属性或参数不同。

同时,基于面向对象方法的核心概念的定义直接指导设备接口管理系统的 分析 和设计。

设备接口对象是对接口库的设备接口的抽象描述。在本文中,接口库的接口反映相关设备间的一个功能上的匹配关系。以车辆为例,一般包括限界、接触网、供电、土建、线路、轨道、信号、通信、电磁兼容(EMC)等接口。这些接口对象按层次继承自统一的抽象设备接口对象。

设备对象是对设备的抽象描述。轨道交通工程的设备部分一般包括七大类型,各大类型下再细分。这些设备对象按层次继承自统一的抽象设备对象。

设备匹配对象定义设备接口匹配时的主要方法。这些方法针对选定的设备,运用匹配算法专家库的匹配算法进行设备系统的匹配和验证,输出匹配报告。

系统支持库为系统提供专家知识和经验的支持。本方案中系统支持库参见表4。

1.3 设备接口匹配过程

设备接口匹配过程主要包括如下3个步骤。

1.3.1 定义统一设备接口,建立设备接口库

根据城市轨道交通工程建设的特点和以往的经验,建立设备接口的抽象接口对象,定义该接口在空间集成、时间集成、技术参数集成、专业责任界面等方面必需和辅助的参数。定义好的设备接口对象根据设备的类型分层次导入接口库。

1.3.2 设备对象的实现

确定需要匹配的设备,从接口库中,选择并确定设备的匹配接口。借助换算公式库的支持,通过参数换算,把设备的参数转化为需实现的该设备的接口参数,实例化接口对象,并实例化设备对象。

1.3.3 设备匹配

设备匹配是验证设备系统及相关联的设备能否配合使用。当需要验证设备系统的匹配状况、或有新的设备加人、或有设备变更时,调用图2所示匹配的方法。

设备匹配方法调用了上节所述的3个模型核心概念的实例的方法。设备接口参数采用支持库提供的知识表达机制进行形式化和统一化,通过运用各种专家算法,对设备匹配过程接口进行匹配性演算和验证,获得设备系统及其子系统的匹配报告,确认设备系统的接口匹配度,为建设方的决策提供依据。

1.4 设备接口匹配度

设备接口匹配度描述了设备系统的匹配程度。假设,对于设备系统S有m个设备,设备Cm的价格为Vm。设备系统中i个设备有备选设备,其中第i个设备有j个备选设备,设备Cij的价格为Vij。选择 经济 和可靠的匹配方案。匹配度的值介于0和1之间,等于1时最匹配。匹配度 计算 描述如下。

1.4.1说明

接口库的接口根据实际情况和专家经验制定。一个接口U定义的一个或几个参数(u1,...,un,)称为接口参数,参数ui是效用独立的。比如供电接口包含电压、功率等参数。一个设备根据功能需要可以有多个接口。设备的实际参数根据公式换算库(如图1所示)的公式转换为接口参数。如果设备系统中一对接口完全不匹配,(即U(a,b)=0),则整个系统都无法工作,设定系统匹配度等于零。

1.4.2 匹配度的计算

匹配度的计算包括2个接口实例的匹配、2个设备实例的匹配、1个主设备的设备系统的匹配和多个主设备的设备系统的匹配四个递进的步骤。每个步骤可以独立计算,后一个步骤包含前一个步骤。表

5、表6是4个步骤的描述。

1.4.3 设备系统的匹配

设备系统S有m个设备,设备系统中第i个设备有备选设备j个,设备Cij的价格为Vij,没有备选设备,则j=1。设备总数为∑j,设备系统S的预算为W。

设备系统选择偏好的决策属性有两个:设备系统总价格和设备系统匹配度。

设决策向量为A=[a,1-a](0≤a≤

1)

a表示设备系统总价格在设备系统选择偏好中所占的重要程度百分比,设备系统匹配度为1-a。

a值可在0到1之间,由甲方确定或根据实践经验设定。

设Zij表示第i个设备的第j个备选设备选中,Faij表示第i个设备的第j个备选设备被选中的情况下整个设备系统的匹配度。

2 设备接口系统的实现

基于上述设备接口库、模型核心概念和设备匹配过程,建立城市轨道 交通 工程设备接口管理系统。系统的结构如图3所示。

系统核心由中心控制单元、处理数据的数据对象单元、处理 应用 的设备匹配单元和处理与其他系统通讯的数据交换单元组成。系统包含5个数据库,数据库和数据库应用管理模块参见表6。系统的数据交换单元提供与其他应用系统的接口和适配器。其他系统可以包括工程项目管理、客户关系管理等等相关应用系统。

设备接口管理涉及多个施工责任主体和管理机构。用户界面根据用户角色的不同包括系统管理、系统配置管理、专家知识管理、工程设备数据输入、综合查询、信息发布、工程设备匹配等模块,这些应用模块可以并行。设备接口管理系统为相关的各建设方提供了统一的协同工作环境,如图4所示。

3 结束语

(1)设备接口 问题 不仅仅是设备技术参数的匹配问题,还包括设备的空间位置的合理、各专业业务间的时间进度的协调,以及由合同规定的设备接口之间责任的清晰界定。本文将上述4种因素同时考虑,通过接口库实现了轨道交通工程设备接口的集中管理,使各参建单位以设备联调成功为目标更好的协同工作,避免由于信息沟通不及时而造成不必要的损失。

(2)将信息技术用于设备接口工作,所提出的基于信息技术的城市轨道交通设备接口解决方案,较现行的开协调会,查询设备技术手册的 方法 相比,具有明显的技术优势。基于接口库,运用面向对象方法封装,是成功规划设备和设备接口匹配,有效控制设备匹配过程,积累匹配经验并改进匹配效率的有效手段。同时,统一的协同工作环境也大大缩短了各参建单位在空间和时间上的距离。本文提到的设备接口工作涉及的原理、概念和系统解决方案可以推广应用到其他大型工程建设项目中。

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