城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)終端設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)

孟宇坤，祝建成

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2.北京城市快軌建設(shè)管理有限公司，北京 100011）

城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)終端設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)

孟宇坤1，祝建成2

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2.北京城市快軌建設(shè)管理有限公司，北京 100011）

隨著城市軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，模塊化設(shè)計(jì)在AFC系統(tǒng)終端設(shè)備中的應(yīng)用越來越重要，它有利于更換故障模塊，節(jié)約整體設(shè)備的檢修時(shí)間，有利于減少整體結(jié)構(gòu)的變動(dòng)和設(shè)備的更新?lián)Q代，有利于進(jìn)行模塊設(shè)備設(shè)計(jì)和替換，節(jié)約社會(huì)成本。本文以北京地鐵15號(hào)線自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的自動(dòng)售票機(jī)為例，研究和探討模塊化設(shè)計(jì)在軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)終端設(shè)備上的應(yīng)用和發(fā)展。

軌道交通；自動(dòng)售檢票系統(tǒng) ；終端設(shè)備；自動(dòng)售票機(jī)；模塊化；可替換性

隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，作為軌道交通系統(tǒng)中重要系統(tǒng)之一的自動(dòng)售檢票系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱AFC系統(tǒng)）經(jīng)過快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)備系統(tǒng)的可靠性、安全性和可維護(hù)性向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和模塊化的發(fā)展。

由于入網(wǎng)線路數(shù)量及里程不斷增加，在進(jìn)行北京地鐵15號(hào)線建設(shè)時(shí)已開通運(yùn)營(yíng)了多條線路，每條線路的參建單位不同，其設(shè)備內(nèi)部模塊的使用及布局也不同，為日后的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)及更新?lián)Q代帶來了一定的影響。本文以北京地鐵15號(hào)線一期工程AFC系統(tǒng)自動(dòng)售票機(jī)模塊化設(shè)計(jì)為例，分析模塊化設(shè)計(jì)在城市軌道交通AFC系統(tǒng)終端設(shè)備的應(yīng)用及發(fā)展。

1 AFC系統(tǒng)終端設(shè)備概述

AFC系統(tǒng)終端設(shè)備是指為軌道交通乘客提供售票、檢票、充值、補(bǔ)票并統(tǒng)計(jì)、上傳客流信息，實(shí)現(xiàn)乘客進(jìn)、出站及扣費(fèi)服務(wù)的相關(guān)設(shè)備，主要包括自動(dòng)售票機(jī)（TVM）、半自動(dòng)售票機(jī)（BOM）、自動(dòng)檢票機(jī)（AG）、自動(dòng)查詢機(jī)（EQM）、車站服務(wù)器（SC）、交換機(jī)（SW）、監(jiān)控工作站（SCWS）等。AFC系統(tǒng)終端設(shè)備為乘客提供的售檢票服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出站扣費(fèi)功能，節(jié)約了人力、物力成本，避免了因人工檢票而導(dǎo)致票款流失的可能。

車站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 車站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 模塊化設(shè)計(jì)概述

在自動(dòng)售檢票系統(tǒng)終端設(shè)備中主要包括軟件及硬件兩部分，硬件又分為專用設(shè)備和通用設(shè)備，通用設(shè)備通常采用市場(chǎng)上主流的設(shè)備廠商提供，像TVM、BOM、AG、AQM等專用設(shè)備一般需要AFC系統(tǒng)集成商進(jìn)行自主設(shè)計(jì)、制造，在此過程中，因設(shè)計(jì)人員理念、技術(shù)水平以及加工工藝限制，會(huì)造成不同廠商的設(shè)備存在差異，因此，在北京地鐵15號(hào)線一期工程AFC系統(tǒng)建設(shè)初期，針對(duì)自動(dòng)售票檢票系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)、探索。

模塊化設(shè)計(jì)是系統(tǒng)根據(jù)功能需求，將一組具有同一功能和結(jié)合要素的若干模塊，通過不同的組合，得到能實(shí)現(xiàn)整體作用或功能的通用模塊。

3 設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)方便

在機(jī)械設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)，將整機(jī)分解成不同模塊單元，引入成熟技術(shù)，降低設(shè)計(jì)難度，縮短研發(fā)周期，建立初期模型。

3.2 升級(jí)快速

根據(jù)已有模型在系統(tǒng)升級(jí)過程中，針對(duì)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)更新，或客戶需要更新的部件進(jìn)行快速替換，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建影響降到最低。

3.3 加工效率高

通過固有的模型，在不同型號(hào)、批次生產(chǎn)過程中存在大量可復(fù)用部件，可提高工人熟練度、產(chǎn)品成品率以及產(chǎn)品質(zhì)量一致性，從而提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

3.4 縮短建設(shè)周期

通過模塊化設(shè)計(jì)，使整個(gè)系列產(chǎn)品中的部件由原本專用模塊的性質(zhì)變?yōu)橥ㄓ媚K，在生產(chǎn)加工過程中，可對(duì)已有的模具、工裝進(jìn)行利用，縮短設(shè)備生產(chǎn)工期。

模塊化設(shè)計(jì)為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)提供了強(qiáng)有力的支持，可加快產(chǎn)品和技術(shù)的更新，迅速適應(yīng)市場(chǎng)的變換，降低生產(chǎn)成本；并能保證產(chǎn)品質(zhì)量和工程效益，在生產(chǎn)過程中持續(xù)改善生產(chǎn)過程及產(chǎn)品質(zhì)量；有助于產(chǎn)品優(yōu)化和專業(yè)化，使產(chǎn)品更新?lián)Q代快；模塊化設(shè)計(jì)可以縮短設(shè)計(jì)和制造周期；降低維修維護(hù)成本，更利于產(chǎn)品更換、維修，性能更加穩(wěn)定可靠。另外，模塊化設(shè)計(jì)更利于AFC系統(tǒng)終端設(shè)備后期的檢修、維護(hù)、更換，節(jié)約維修時(shí)間，提高工作效率，更好地為乘客提供服務(wù)，產(chǎn)品模塊化的應(yīng)用使社會(huì)資源集約化、專業(yè)化，產(chǎn)品更加精致，功能和質(zhì)量更利于設(shè)備的使用和發(fā)展。

4 AFC系統(tǒng)終端模塊化設(shè)計(jì)

AFC系統(tǒng)模塊化是將具有相同功能或用途的部件，通過定義將其能夠互換，通過不同廠家的專用模塊，構(gòu)成不同配置的產(chǎn)品，滿足不同城市標(biāo)準(zhǔn)，用以適應(yīng)市場(chǎng)變化。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)化乘客交互面板設(shè)計(jì)

乘客對(duì)自動(dòng)類設(shè)備的使用從一開始形成了一種操作習(xí)慣，在日后使用自動(dòng)售票系統(tǒng)操作中會(huì)形成一種條件反射，按照第一次使用AFC系統(tǒng)時(shí)的操作習(xí)慣進(jìn)行操作，北京地鐵15號(hào)線AFC系統(tǒng)在設(shè)計(jì)初期依照以往經(jīng)驗(yàn)即制定了交互面板布置標(biāo)準(zhǔn)。自動(dòng)售檢票系統(tǒng)設(shè)備在界面、交互窗口設(shè)計(jì)時(shí)能夠達(dá)到一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，如圖2所示。

圖2 AFC系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面結(jié)構(gòu)圖

4.2 專用模塊設(shè)計(jì)

自動(dòng)售票機(jī)中主要的專用模塊有硬幣模塊、紙幣接收模塊、紙幣找零模塊、車票發(fā)售模塊，部分模塊由多個(gè)不同的廠家生產(chǎn)，其外觀尺寸、功能結(jié)構(gòu)各不相同，如在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)不針對(duì)設(shè)備模塊的固定孔位、通信接口、供電方式等設(shè)立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，隨著開通線路和模塊廠家、型號(hào)、樣式、通信標(biāo)準(zhǔn)類型的逐漸增加，會(huì)對(duì)日常運(yùn)營(yíng)的備件庫(kù)存種類、維修人員培訓(xùn)的管理帶來困擾。

在運(yùn)營(yíng)過程中模塊使用達(dá)到設(shè)計(jì)年限需要更新?lián)Q代時(shí)，按照自動(dòng)售檢票系統(tǒng)建設(shè)初期的設(shè)計(jì)，需采用原廠生產(chǎn)的模塊，采購(gòu)相同型號(hào)、相同通信接口的模塊不利于產(chǎn)品更新?lián)Q代，針對(duì)特殊需求會(huì)受到限制，北京地鐵15號(hào)線AFC系統(tǒng)在設(shè)計(jì)初期對(duì)模塊的通用性做了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)限定，如對(duì)設(shè)備的外觀結(jié)構(gòu)的安全性，材料的質(zhì)量特性、裝配合理性、電氣性能、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性、環(huán)保要求以及裝配后的設(shè)備整體性能做了明確的要求。

4.3 通用模塊設(shè)計(jì)

4.3.1 電源模塊設(shè)計(jì)

設(shè)備生產(chǎn)廠家在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，電源系統(tǒng)一般采用通用模塊進(jìn)行集成設(shè)計(jì)或者自行設(shè)計(jì)電源電路進(jìn)行集成，對(duì)于上述兩種設(shè)計(jì)方式，均需集成商自行設(shè)計(jì)電源模塊接口，為電源模塊的模塊化設(shè)計(jì)提供了便利，北京地鐵15號(hào)線一期工程AFC系統(tǒng)終端設(shè)備電源、主控單元等通用模塊在設(shè)計(jì)初期與專用模塊相同，制定了標(biāo)準(zhǔn)要求，通過對(duì)AFC系統(tǒng)終端設(shè)備中的電源等級(jí)、容量需求進(jìn)行分類、統(tǒng)計(jì)，在設(shè)計(jì)電源模塊時(shí)，對(duì)相同電壓等級(jí)的接口采用相同形狀的物理接口，做到電源模塊可以通用。

4.3.2 主控單元（ECU）

主控單元使用的數(shù)量、范圍較大，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，其生產(chǎn)廠商一般均采用標(biāo)準(zhǔn)化接口，針對(duì)其特點(diǎn)，提供標(biāo)準(zhǔn)接口數(shù)量進(jìn)行定制服務(wù)即可。

5 結(jié)束語

北京地鐵15號(hào)線一期工程AFC系統(tǒng)終端設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)在工程實(shí)踐過程中，經(jīng)過不斷摸索，將不同的模塊集合在一起，最后形成自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的終端設(shè)備可在自動(dòng)檢票機(jī)、自動(dòng)售檢票、自動(dòng)查詢機(jī)等設(shè)備中使用或互換，保證了設(shè)備的通用性，維修維護(hù)的便捷性，提升了經(jīng)濟(jì)效益。

[1]于 梅. 機(jī)械設(shè)計(jì)中的模塊話設(shè)計(jì)思想[J]. 科技資訊，2006（2）.

[2]林 宋. 機(jī)械模塊化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

責(zé)任編輯 陳 蓉

Modular design of Station Local Equipment of Urban Transit Automatic Fare Collection System

MENG Yukun1, ZHU Jiancheng2
( 1.Institute of Computer Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China; 2.Beijing Urban Rapid Transit Development Co., Ltd., Beijing 100011, China )

With the construction and development of Automatic Fare Collection (AFC) System of Urban Transit, the modular design has been playing a signif i cant role in the application of Station Locale Equipment (SLE) of the AFC System. The modular design was helpful to replace the fault module and promote the eff i ciency of overall equipment inspection, reduce variations in overall structure, reduce needs for equipment upgrade, and be convenient for design and replacement of module equipment, save social cost. The paper took the ticket vending machine(TVM) of the AFC System in Beijing Metro Line15 as a case to discuss and research on the application and development of the modular design in the Station Locale Equipment (SLE) of Urban Transit AFC System.

Urban Transit; Automatic Fare Collection (AFC); Station Locale Equipment(SLE); Ticket Vending Machine (TVM); modularity; replaceability

U231.92∶TP39

A

1005-8451（2015）08-0061-03

2014-12-26

孟宇坤，助理研究員；祝建成，工程師。