薛紅昌　劉廣平　潘錦明　廖清　靳守杰

摘? 要：自動售檢票系統(tǒng)領(lǐng)域關(guān)鍵模塊質(zhì)量良莠不齊，檢測和評價能力薄弱。專用檢測裝置可對符合標準軟件接口的模塊進行功能、性能、可靠性檢測，提升該領(lǐng)域自動化檢測能力，節(jié)省人力成本，實現(xiàn)AFC非標系統(tǒng)部件的基準能力評測。從項目需求、軟硬件功能設(shè)計及可靠性評估算法角度，闡述自動售檢票系統(tǒng)專用檢測裝置的系統(tǒng)設(shè)計及未來研究方向。

關(guān)鍵詞：AFC系統(tǒng);專用檢測裝置;可靠性評估

中圖分類號：U293.221;TP311.52? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）05-0125-05

Special Detection Device for Key Modules of AFC System

XUE Hongchang1，LIU Guangping1，PAN Jinming1，LIAO Qing1，JIN Shoujie2

（1. GRG Banking Equipment Co.，Ltd.，Guangzhou? 510663，China;

2. Guangzhou Metro Group Co.，Ltd.，Guangzhou? 510330，China）

Abstract：The quality of key modules in the field of automatic fare collection system is uneven，and the ability of detection and evaluation is weak. The special detection device can detect the function，performance and reliability of the modules that meet the standard software interface，improve the automatic detection ability in this field，save labor cost，and realize the benchmark ability evaluation of the non-standard system components of AFC. From the perspective of project requirements，software and hardware function design and reliability evaluation algorithm，expounds the system design and future research direction of the special detection device for AFC system.

Keywords：AFC system;special detection device;reliability assessment

0? 引? 言

本文為國家重點研發(fā)計劃“先進軌道交通專項”——復雜環(huán)境下軌道交通系統(tǒng)全生命周期能力保持技術(shù)的研究成果。該項目研究城軌交通系統(tǒng)全生命周期能力保持技術(shù)的理論體系及系統(tǒng)裝置，推動軌道交通從前期規(guī)劃、建設(shè)運營到維修保養(yǎng)的全生命周期優(yōu)化，提升軌道交通投資/收益比，提升城軌交通系統(tǒng)的安全性、可靠性。該項目所屬課題“復雜環(huán)境下城軌車站設(shè)備及系統(tǒng)能力保持技術(shù)”及子任務“隘口型設(shè)備服役性能評測技術(shù)”對自動售檢票系統(tǒng)（AFC）關(guān)鍵模塊全生命周期能力保持技術(shù)進行研究。

自動售檢票系統(tǒng)是軌道交通領(lǐng)域廣泛使用的運營管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)自動實現(xiàn)售票、檢票、清分、統(tǒng)計等工作，大大降低企業(yè)人力成本。作為AFC系統(tǒng)關(guān)鍵模塊，硬幣模塊和發(fā)卡模塊的質(zhì)量可靠性愈顯重要。

現(xiàn)階段，此類模塊全靠人工檢測，效率低、勞動強度大、人為因素較難把控。隨著人力成本升高及自動控制技術(shù)發(fā)展，對無人值守自動化檢測裝置的需求愈來愈迫切。

1? 項目需求及硬件系統(tǒng)設(shè)計

如圖1所示，從硬幣/發(fā)卡模塊人工檢測流程中提取兩者共同點，形成專用檢測裝置的項目需求。A位置需1個補幣暫存器用于給硬幣/發(fā)卡模塊補幣。B位置和C位置各需1個收集審計器統(tǒng)計該通道的硬幣/票卡數(shù)量。硬幣/票卡從B/C位置傳輸至A位置需傳動鏈傳輸機構(gòu)。B位置和C位置的傳動鏈傳輸機構(gòu)需具有正反傳輸功能。A、B、C位置的部件均需具有自動出幣及計數(shù)功能。

1.1? 專用檢測裝置總體架構(gòu)

如圖2所示，專用檢測裝置采用二級控制系統(tǒng)，計算機作為控制中心，承擔被檢測模塊和檢測平臺的協(xié)調(diào)配合，檢測裝置控制板作為下位機控制系統(tǒng)，二者共同實現(xiàn)被檢模塊自動測試任務。計算機系統(tǒng)選用高可靠性和環(huán)境適應能力強的工控機。工控機與檢測平臺，被測模塊，輸入/輸出驅(qū)動板之間使用廣電運通自研的串口通訊協(xié)議。該協(xié)議采用命令-響應的被動形式，具有BCC校驗及糾錯重傳機制，保證串口通訊高效傳輸?？刂颇K接收命令，執(zhí)行相應動作，并將執(zhí)行結(jié)果返回工控機。工控機自行決策下一步操作。由工控機、顯示器、鍵盤、鼠標實現(xiàn)人機接口。通過上層軟件，操作人員可設(shè)置測試參數(shù)及查詢測試結(jié)果。220 V市電通過配電箱接入電源箱，輸出檢測裝置及被測模塊所需的24 V/12 V電壓。配電箱集成漏電保護開關(guān)，有效保護人身安全。硬幣/票卡采用皮帶夾送傳輸方案，該方案在《皮帶夾送傳輸控制算法》中詳細闡述。補幣暫存器及收集審計器均選用廣電運通自研出幣器。該出幣器出幣速度快，可達6～8枚/秒，有利于自動化設(shè)備高速運行。機架配置4個腳輪和4個支撐腳架，既方便裝置移動，又方便裝置固定測試。

1.2? 溫控系統(tǒng)

如圖3所示，主機柜上下各安裝一個12 V風扇。下部風扇從外部吸空氣。上部風扇向外部排空氣。在主機柜內(nèi)部形成從下往上的空氣循環(huán)，維持主機柜適宜溫度。為避免資源浪費，在風扇供電電路增加磁敏溫度開關(guān)CTR-18/20～25 MY，當機柜內(nèi)溫度高于20 ℃，風扇自動啟動降溫。當機柜溫度下降到20 ℃以下，風扇自動停止工作，綠色環(huán)保。

1.3? 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖4是整體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。當硬幣/票卡從補幣暫存器1出來，通過補幣管道2進入被測模塊3。被測模塊3執(zhí)行相應操作，硬幣/票卡進入收集審計器1或收集審計器2，最后由皮帶夾送傳輸至補幣暫存器1，形成完整的硬幣/票卡循環(huán)路徑。

（注：1-補幣暫存器;2-補幣管道;3-被測模塊;4-托架調(diào)節(jié)手輪;5-托架;6-螺紋絲桿;7-水平傳輸通道;8-回收箱;9-腳輪;10-支撐腳架;11-手輪1;12-步進電機1;13-步進電機2;14--手輪2;15-收集審計器1;16-收集審計器2;17-聲光報警燈;18-工控機;19-上出風口;20-檢測平臺控制板;21-輸入輸出驅(qū)動板;22-電源箱;23-下出風口;24-配電箱）

被測模塊安裝架5、絲桿6和手輪4組成的部件，可沿Z軸方向手工調(diào)節(jié)。補幣暫存器1和補幣管道2可沿Z、X軸方向手工調(diào)節(jié)，以兼容不同供應商的模塊。

2? 軟件系統(tǒng)設(shè)計

如圖5～圖8所示，軟件系統(tǒng)由登錄界面、功能檢測、可靠性測定、可靠性檢測等界面組成。

3? 可靠性評估算法

可靠性測定方案通過可靠性試驗，測定被測模塊的可靠性指標，判定被測模塊是否符合可靠性指標。為保證可靠性試驗結(jié)果的準確性，被測模塊需經(jīng)過應力篩選（高溫老化或常溫老化）合格的產(chǎn)品。在試驗過程中，被測模塊應盡可能模擬實際使用情況進行基本功能操作。選擇MCBF作為硬幣模塊和發(fā)卡模塊的可靠性特征值。

3.1? 可靠性測定方案

依據(jù)GB 5080.4-1985《設(shè)備可靠性試驗 可靠性測定試驗的點估計和區(qū)間估計方法（指數(shù)分布）》規(guī)定的試驗方案實施。

以硬幣模塊為例，任務剖面覆蓋以下基本功能：硬幣識別、硬幣主找零、硬幣緩存找零、硬幣清幣。其中硬幣識別、硬幣主找零、硬幣緩存找零、硬幣清幣處理的硬幣數(shù)量計入硬幣處理總數(shù)，

硬幣主找零、硬幣緩存找零操作應覆蓋全部主找零器和緩存找零器。覆蓋每次緩存找零1枚至緩存找零18枚。硬幣清幣操作應覆蓋容量為100%、80%、50%、20%時執(zhí)行清幣。對試驗中出現(xiàn)的故障進行故障原因分析。排除非關(guān)聯(lián)故障，記關(guān)聯(lián)故障數(shù)為r。

3.1.1? 點估計

試驗達到定數(shù)時，假設(shè)試驗處理硬幣總枚數(shù)是M，出現(xiàn)的關(guān)聯(lián)故障數(shù)為r，則MCBF的點估計值：

MCBF=試驗處理硬幣總枚數(shù)M/關(guān)聯(lián)故障數(shù)r

如未發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)故障，則r=0，點估計按MCBF=試驗處理硬幣總數(shù)M*3計算。

3.1.2? 區(qū)間估計

我們只關(guān)心被測模塊的最低壽命，采用單邊置信區(qū)間。假設(shè)試驗終止時，總處理硬幣枚數(shù)M，關(guān)聯(lián)故障數(shù)r，置信水平90%，則MCBF的區(qū)間估計值：

MCBF>=2M/x²₀₉₀（2r+2）（參考數(shù)據(jù)見表1、表2）

當關(guān)聯(lián)故障超過3次時，點估計和區(qū)間估計均可作為可靠性測定指標。當故障數(shù)較小時，點估計值缺乏可信度。當故障數(shù)充分多時，點估計和區(qū)間估計逐步趨近。本文使用區(qū)間估計值作為m0值。

3.2? 可靠性檢測方案

依據(jù)GB 5080.7-1986《設(shè)備可靠性試驗 恒定失效率假設(shè)下的失效率與平均無故障時間的驗證試驗方案》中的序貫試驗編號4：6方案（標稱值α=20%，β=20%，鑒別比Dm= 2）實施。

如圖9所示，x軸為累計試驗硬幣數(shù)，y軸為累計相關(guān)故障數(shù)。斜線ab，cd將坐標系分為拒收區(qū)、繼續(xù)試驗區(qū)、接收區(qū)。當試驗中發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)故障，則計算當前m值與m0的倍數(shù)，根據(jù)表3判定下一步是拒收，接收，還是繼續(xù)試驗。假如是拒收或接收，則試驗結(jié)束。假如試驗達到m0的1.4倍時未發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)故障，或試驗達到m0的2.09倍時只發(fā)生1次關(guān)聯(lián)故障，則判定為接收。

4? 結(jié)? 論

綜上所述，自動售檢票系統(tǒng)關(guān)鍵模塊專用檢測裝置為獨立的測試平臺，具備友好的人機交互界面，能實現(xiàn)AFC非標系統(tǒng)部件自動化檢測，篩選優(yōu)質(zhì)模塊，提升現(xiàn)場模塊服役年限，提升軌道交通投資/收益比。隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，專用檢測裝置應向網(wǎng)絡化方向發(fā)展。

參考文獻：

[1] 馮越，姜艷姝.自動控制元件：第2版 [M].北京：中國電力出版社，2018.

[2] 李莉.計算機控制技術(shù) [M].北京：機械工業(yè)出版社，2019.

[3] 羅文廣，廖鳳依，石玉秋，等.計算機控制技術(shù)：第2版 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2018.

[4] 劉偉.數(shù)控技術(shù) [M].北京：機械工業(yè)出版社，2019.

[5] 盛驟，謝式千，潘承毅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計：第4版 [M].北京：高等教育出版社，2008.

[6] 全國電工電子產(chǎn)品標準技委會.設(shè)備可靠性試驗 可靠性測定試驗的點估計和區(qū)間估計方法（指數(shù)分布）：GB 5080.4-1985 [S].北京：中國標準出版社，1985.

[7] 全國電工電子可靠性與維修性標準化技術(shù)委員會.設(shè)備可靠性試驗 恒定失效率假設(shè)下的失效率與平均無故障時間的驗證試驗方案：GBT5080.7-1986 [S].北京：中國標準出版社，1986.

作者簡介：薛紅昌（1983-），男，漢族，山西臨汾人，就職于AFC開發(fā)二部，硬件工程師，電子技術(shù)工程師，2007年畢業(yè)于長江大學，工學學士，研究方向：自動售檢票系統(tǒng)研發(fā)、硬幣模塊、TOKEN模塊、票卡模塊研發(fā)。