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調和工程進度的重要因素之一。為了優質、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:運用信息技術和并行工程原理,定義了運用面向對象方法封裝的設備、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。研究結果:建立了設備接口庫和專家支持庫,并構建了設備接口管理系統的實現框架,為工程相關的各建設單位創建了一個協同工作環境。研究結論:本方案能有效地規劃設備和設備接口匹配,控制設備匹配過程,積累匹配經驗并改進匹配效率。同時,也大大縮短了各參建單位在空間和時間上的距離,實現了設備接口的統一并行管理、實時虛擬聯調。關鍵詞:城市軌道交通工程;設備接口匹配;接口庫;面向對象;協同       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,相關設備間存在眾多要求和匹

3、配關系。同時,設備和土建等專業間也存在眾多復雜的接口,構成關聯緊密的接口體系。設備接口技術是設備聯調的基礎,對工程的質量、工期和投資有重大影響。高效、合理的設備接口系統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,節省建設資金。      設備接口包含的內容一般有空間接口、時間接口、技術參數接口和專業責任接口。空間接口:為防止施工時出現空間干涉現象,土建、設備等專業之間存在的空間、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、設備安裝等專業之間存在的時間序列要求;技術參

4、數接口:為保證設備選型的合理性和經濟性,防止潛在的設備隱患,避免不必要的浪費,設備系統存在的技術參數的匹配關系;專業責任接口:建設期設計、監理、咨詢、施工承建、設備承包及圖紙審查等合同中專業設備接口之間責任存在的包容連接性和覆蓋性的確認。      現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調會,采用查詢設備技術手冊的方法,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,接口涉及的技術參數為r,則由這種方法可能涉及的參數匹配數量理論上有2n

5、15;m×r個。處理如此眾多的數據,通過查手冊和接口矩陣表的方法,不僅工作量大,而且容易發生混亂和遺漏。同時,隨著工程建設進展中不斷發現和定義新的接口,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。      本文將信息技術用于設備接口工作,提出基于統一接口庫的城市軌道交通工程設備接口解決方案。通過建立結構化、系統化的設備接口體系,使參建單位在統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,提供設備接口數據積累和設備匹配經驗系統化、知識化的途徑,并對設備接口數

6、據、設備匹配關系和設備聯調方案分階段并行管理,為參建方創造協同工作環境。解決方案定義了開放、可擴展的系統外部接口,實現設備接口系統與其他系統的集成。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,建立統一的接口庫和專家支持庫;運用面向對象的方法封裝設備、設備接口和匹配等概念;分階段、分角色進行接口匹配,能有效的規劃、控制和改進設備接口管理工作。1.1 接口庫      接口庫根據專家的經驗,并結合工程實際

7、情況創建。接口庫的接口反映設備之間功能上的匹配關系。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、技術參數集成、專業責任界面等方面必需和輔助的參數。接口庫的接口對象根據專業類型分層次組織。      接口庫實現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、分層次逐步實現接口。這樣設備接口的定義,設備的接口實現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,隨著建設工程數量的增加,設備接口實際匹配經

8、驗的提煉和沉淀,設備數據、匹配數據和成功案例的不斷積累,系統的3個支撐知識庫(包括接口庫、參數轉換庫和匹配算法庫)不斷豐富和完善,從而實現系統自身的學習和升級。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個使用基于面向對象方法描述的本模型的核心概念,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。      使用面向對象的方法具有與設備和設備接

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個相關聯的設備中都會出現,接口要求的內容相同。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系表示了設備類型和接口的層次關系,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,僅屬性或參數不同。      同時,基于面向對象方法的核心概念的定義直接指導設備接口管理系統的分析和設計。 

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設備間的一個功能上的匹配關系。以車輛為例,一般包括限界、接觸網、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,運用匹配算法專家庫的匹配算法進行設備系統的匹配和驗證,輸出匹配報告。      系統支持庫為系統提供專家知識和經驗的支持。本方案中系統支持庫參見表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 定義統一設備接口,建立設備接口庫      根據城市軌道交通工程建設的特點和

12、以往的經驗,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、技術參數集成、專業責任界面等方面必需和輔助的參數。定義好的設備接口對象根據設備的類型分層次導入接口庫。1.3.2 設備對象的實現      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,通過參數換算,把設備的參數轉化為需實現的該設備的接口參數,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及相關聯的設備能否配合使用。當需要驗證設備系統的匹配狀況、或有

13、新的設備加人、或有設備變更時,調用圖2所示匹配的方法。      設備匹配方法調用了上節所述的3個模型核心概念的實例的方法。設備接口參數采用支持庫提供的知識表達機制進行形式化和統一化,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,獲得設備系統及其子系統的匹配報告,確認設備系統的接口匹配度,為建設方的決策提供依據。                   &

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的匹配程度。假設,對于設備系統S有m個設備,設備Cm的價格為Vm。設備系統中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      接口庫的接口根據實際情況和專家經驗制定。一個接口U定義

15、的一個或幾個參數(u1,.,un,)稱為接口參數,參數ui是效用獨立的。比如供電接口包含電壓、功率等參數。一個設備根據功能需要可以有多個接口。設備的實際參數根據公式換算庫(如圖1所示)的公式轉換為接口參數。如果設備系統中一對接口完全不匹配,(即U(a,b)=0),則整個系統都無法工作,設定系統匹配度等于零。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的匹配和多個主設備的設備系統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 設備系統的匹配      設備系統S有m個設備,設備系統中第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。設備總數為j,設備系統S的預算為W。      設備系統選擇偏好的決策屬性有兩個:設備系統總價格和設備系統匹配度。      設決策向量為A=a,1-a(0a1)a表示設備系統總價格在設備系統選擇偏好中所占的重要程度百分比,設備系統匹配度為1-a。     

17、; a值可在0到1之間,由甲方確定或根據實踐經驗設定。      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的匹配度。2 設備接口系統的實現      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。系統的結構如圖3所示。      系統核心由中心控制單元、處理數據的數據對象單元、處理應用的設備匹配單元和處理與其他系統通訊的數據交換單元組成。系

18、統包含5個數據庫,數據庫和數據庫應用管理模塊參見表6。系統的數據交換單元提供與其他應用系統的接口和適配器。其他系統可以包括工程項目管理、客戶關系管理等等相關應用系統。      設備接口管理涉及多個施工責任主體和管理機構。用戶界面根據用戶角色的不同包括系統管理、系統配置管理、專家知識管理、工程設備數據輸入、綜合查詢、信息發布、工程設備匹配等模塊,這些應用模塊可以并行。設備接口管理系統為相關的各建設方提供了統一的協同工作環境,如圖4所示。3結束語      (1)設備接口問題不僅僅是設備技術參數的匹配問題,還包括設備的空間位置的合理、各專業業務間的時間進度的協調,以及由合同規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調成功為目標更好的協同工作,避免由于信息溝通不及時而造成不必要的損失。      (2)將信息技術用于設備接口工作,所提出的基于信息技術的城市軌道交通設備接口解決方案,