交通枢纽多设备接口集成设计系统及集成设计方法

摘要

本发明提供了一种交通枢纽多设备接口集成设计系统，其由前馈控制模块和多级反馈控制模块组成，所述的前馈控制模块由执行信息采集与处理任务的信息采集处理模块、便于多元设计组织进行协同设计的协同设计平台模块、对接口设计进行模拟验证的协同仿真平台模块和对具有设计冲突的接口进行重新设计并消解冲突的冲突消解及优化模块组成；所述的多级反馈控制模块由接口安装程序控制模块和接口运行控制模块组成。本发明的集成设计系统具有多级反馈机制，并在设计阶段充分考虑运行风险，可以有效降低接口运行的风险发生概率并保证接口运行的安全性及可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及多设备接口的集成设计系统，特别是涉及交通枢纽多设备接口的集成设计系统及集成设计方法。

背景技术

城市的交通枢纽建设项目主要包括地铁、轻轨组成的城市轨道交通及铁路运输、公交汽车等多种换乘服务方式。在枢纽的设计、建设阶段存在多元设计单位以及多样、复杂的设备系统，因而存在大量的设计接口。目前对于接口的设计，国内设计单位多采用“松散型协同”方式，即相关设计单位独立设计，针对接口的设计，经网络信箱进行暂时协同设计。而协同设计的时间、对象等事项是由工程计划等文件规定。除此之外，还存在其他的设计方式，如在三维设计环境下分专业依次在前期设计的模型上进行展开设计、逐步传递。

上述接口设计技术尽管在设计单位得到了运用，但接口设计在现实实施中依然存在许多问题。例如，尽管统一设置了设计标准，但由于同一设备系统设计由不同设计单位联合设计，各协同设计单位的信息与标准都存在信息不对称的情况。当需要将接口联接时，由于参数的微少差异而产生设备冲突，导致无法达到设备系统联动控制的目的。除此之外，在接口的安装及运行阶段设有完整的反馈机制，对接口的设计无法达到全寿命周期控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有以设计阶段前馈控制为基础的多级反馈机制，并在设计阶段充分考虑运行风险，有效地降低接口运行的风险发生概率并保证接口运行的安全性及可靠性的交通枢纽多设备接口集成设计系统及集成设计方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种交通枢纽多设备接口集成设计系统，由前馈控制模块和多级反馈控制模块组成。

上述的前馈控制模块由执行信息采集与处理任务的信息采集处理模块、便于多元设计组织进行协同设计的协同设计平台模块、对接口设计进行模拟验证的协同仿真平台模块和对具有设计冲突的接口进行重新设计并消解冲突的冲突消解及优化模块组成。

上述的多级反馈控制模块由接口安装程序控制控制模块和接口运行控制模块组成。

一种交通枢纽多设备接口集成设计方法，由前馈控制阶段和多级反馈控制阶段组成。

上述的前馈控制阶段包括以下步骤：

1)接口设计信息采集处理：通过信息采集与处理模块制定可供参考的设计参数；

2)协同设计：多元设计组织在共建的协同设计平台上进行交互式设计，运用计算机语言将接口设计标准化；

3)仿真模拟：将设计结果输入协同仿真平台进行模拟运行，对仿真结果进行接口设计风险分析，确定具有运行风险的接口设计；

4)冲突消解与优化：通过冲突消解及优化将不符合设计参数的接口进行再设计，形成指导接口安装的接口设计参数手册。

上述的多级反馈控制阶段包括以下步骤：

1)根据前馈控制模块输出的接口设计参数手册指导接口的安装和设置，并将实际问题反馈给相关设计单位：

2)设计单位根据安装阶段实时反馈回来的信息与接口设计参数手册进行对比，并对所提出的问题进行分析，如果问题由设计原因所产生，则进行优化设计；若非设计原因而是由于元件或安装原因造成的问题则无需进行设计变更；

3)当接口安装阶段完成后，将接口设计参数手册及安装信息整合，形成接口文档，交给设备运行管理方，指导设备运行管理方的日常设备运行与维护。

4)当接口运行阶段出现运行问题时，对问题的产生的原因进行分析，由于设计原因导致的问题经过技术经济分析后确定是否需要重新设计和重新安装；由于安装等原因造成的运行问题则直接根据接口参数手册进行重新安装。

本发明的接口集成设计控制系统的先进性表现为：

(1)全寿命周期控制的思想。该接口集成设计系统的反馈机制涉及到接口安装与运行阶段，实现多级反馈机制，完善不同阶段的接口控制依据，体现了全寿命周期控制的先进性。

(2)注重设计的风险分析。在前馈阶段的接口仿真模拟模块中，加入了风险分析方法，即在设计阶段充分考虑运行风险。在前期，高标准的设计可以有效地降低接口运行的风险发生概率，保证接口运行的安全性及可靠性，

(3)接口设计方法的集成性。在设计的全过程使用计算机辅助技术以及经济管理技术等工具包，并将其有效的集成，形成一套可操作的接口集成设计手册。

附图说明

图1为交通枢纽多设备接口的集成设计系统的逻辑图；

图2为本发明的集成设计系统中前馈控制模块所采用的工具包及输出成果示意图；

图3为本发明中的接口设计分解结构示意图；

图4为本发明的集成设计方法中前馈控制流程图；

图5为基于工作分解结构的协同设计平台结构示意图；

图6为本发明的集成设计方法中多级反馈控制流程图。

具体实施方式

本发明提供的交通枢纽多设备接口集成设计系统及集成设计方法适用于城市综合交通枢纽多元设计单位参与、多设备的接口设计。

本发明提供的交通枢纽多设备接口集成设计系统由前馈控制模块为基础的多级反馈控制模块组成。在前馈控制阶段主要是多元设计单位的协同设计，经仿真模拟技术及接口风险分析完成接口设计参数手册。在多级反馈控制模块的接口安装和接口运行阶段，如出现性能等问题，则多级反馈控制模块将信息反馈到前馈控制阶段，采取校正措施进行接口再设计。从根本上讲，上述过程形成多层PDCA循环(PLAN、DO、CHECK、ACTION)，保证多元设计单位、多设备接口设计的安全可靠性，达到枢纽综合监控系统在必要状态下的相关设备联动功能。

下面结合附图对本发明的集成设计系统和集成设计方法进行详细说明。

参见图1，本发明的交通枢纽多设备接口集成设计系统包括前馈控制模块和多级反馈控制模块。其中，多级反馈控制模块包括：接口安装程序控制模块和接口运行控制模块；前馈控制模块的主要功能是从相关类型的项目中采集设备接口的参数信息，经处理后形成适合本项目的标杆(benchmarking)，多元设计单位在共建的协同设计平台中，根据前一模块制定的接口参数信息进行设计。如图1所示，前馈控制模块包括：信息采集处理模块、协同设计平台模块、协同仿真平台模块(COSIM)和冲突消解与优化设计模块。

信息采集处理模块执行信息采集与处理任务，相关接口设计专业人员经统一安排，对相似项目进行实地调研(field searching)。通过对技术类型、设备接口运行环境等数据进行分析，形成为本项目的接口设计提供参照的标准和设计参数，形成接口设计参数信息。

协同设计平台的建立基于两点：1)各个设计单元可以相互沟通的专业设计接口标准；2)需要一个实体平台，其支持异地设计，且在采用不同软件时，可以经模型转换工具达到接口设计文件之间的数据交换与共享。协同设计平台包括：1)形成规划、监控、协商、调度和决策支持等系列文件的接口设计管理过程；2)接口设计通讯处理与环境共享的过程，通讯语言的协同与接口信息的共享性要得到保证。多元设计组织在共建的协同设计平台上进行交互式设计，运用计算机语言将接口设计标准化。

协同仿真平台通过相应的专业设计软件对接口设计进行模拟验证，输入真实环境因素指标，经仿真模拟后输出接口运行数据。通过对数据进行专家调查和风险因素分析来确定输出数据是否符合参数标准，进而列出具有风险因素的设备接口及相应参数，确定需要优先优化的设计参数。

冲突消解与优化设计模块对具有设计冲突的接口通过专家调查法进行重新设计，对其进行冲突消解，最终形成指导接口安装的接口参数手册。

上述模块所采用的相关工具包及输出的成果如图2所示。信息采集处理模块包括实地调研法和标杆选取法，通过该工具包收集同类或类似项目多设备接口设计参数、规范及考虑的因素，为接口设计提供一组可行的性能参数指标，形成接口设计参数信息；协同设计平台的建立方法包括以工作分解结构为基础的协同设计平台(WBS-CSCW)、计算机辅助设计(CAD)和管理科学技术中的规划控制技术；协同仿真平台模块包括系统仿真技术、敏感性分析法、风险三维度计算、专家调查法等确定需要修正的接口设计：冲突消解与优化设计模块通过专家调查法来制定优化设计方案，完善接口设计。

下面对工具包中涉及的方法进行简单说明：

1)标杆法：标杆法的运用步骤一般包括以下几个步骤：成立标杆设计小组，其初始任务是考虑确认什么样的标杆、决定数据的采集方法；从设计单位内部，查询搜集已有的可借鉴的接口设计参数标准，从设计单位外部，选取可以借鉴的参数标准。

2)实地调研法：对选取的标杆项目进行实地调研，分析项目优劣并确定待设计项目的参考标准。

3)工作分解结构(WBS)：按照系统的原理把设备类型分解为可操作的单元，并对工作单元的内容进行界定，其分解形式如图3所示。

4)敏感性分析法：该方法主要是针对接口设计中不确定参数输出的模拟数据所采取的分析方法。针对模拟数据分析具有风险的设计参数，采取敏感性分析，分析当影响因素变动时，该参数设计的不确定性的程度。

5)风险三维度计算模型：含有“发生概率”、“损失水平”、“风险的可控制性”等指标在内的风险三维度计算模型，对接口设计进行定量描述。

计算数学模型风险量＝E(风险发生概率*风险损失水平)×风险不可控性。

式中：风险发生概率——风险发生的可能性，以风险统计概率表示；

风险损失水平——风险发生可能造成风险标的的经济损失额；

风险不可控性——以0-1之间的小数表示风险不可控制的程度。

下面对本发明的交通枢纽多设备接口集成设计方法进行详细说明。

本发明的交通枢纽多设备接口集成设计方法包括前馈控制阶段及多级反馈控制阶段。

如图4所示，前馈控制阶段包括以下工作步骤：

1)接口设计信息采集：根据已有可借鉴的工程案例选取标杆工程，对选取的工程进行实地调研，获得接口设计数据，形成接口设计参考标准文档，即接口设计参数信息。

2)协同设计：利用各设计院已有较成熟的网络，在设计院之间搭建协同设计平台；协同设计平台的结构如图5所示，从接口设计的角度，将相关设计单位进行设计分类，在平台中形成较为独立的多个设计单元：设计单位A、……设计单位X，运用项目管理技术中的WBS工具形成工作分解树，并生成多级子项编码系统，方便查询与管理；在平台建立后，通过运用管理科学方法中的计划、协力调、控制、实施等管理方法制定协同设计平台管理方法，并形成相应的管理文件。

3)仿真模拟：各个设计单位确定统一的设计软件，保证接口信息的高效传输性与共享性，完成接口设计任务；在设计平台上进行协同设计，将由不同设计单位完成的需要联动的设备系统接口的设计进行链接，形成该设备系统的完整的接口设计形式；将形成的接口设计参数输入系统仿真平台中的仿真模拟软件，对输出的数据结果运用敏感性分析法、风险三维度计算和专家调查法对接口设计进行分析，确定出风险较大、对设备系统可靠性运行会产生较大影响的设计缺陷，该项工作由设计人员与专家组共同完成，最终相关设计单位共同递交接口设计风险报告；

4)冲突消解与优化：经上述风险分析后，对确定出的接口设计出现的问题进行冲突消解与设计优化，通过专家调查法、头脑风暴法等确定设计修正方案，转入步骤2)进行再设计，并将设计参数仿真模拟，直至达到设计合格标准，然后编制接口设计参数手册及管理办法(总称为接口参数手册)并输出。

表1为以供电设备系统接口设计参数手册为例的具体参数形式，其余各设备系统可根据实际情况增减接口描述项目。

表1接口设计参数手册——供电设备系统接口参数表(部分)

在多级反馈控制阶段，将前馈控制阶段输出的接口设计参数手册运用到接口安装阶段，指导接口元件的采购、安装及接口的设计变更。通过安装信息采集处理模块将出现的问题再次反馈到前馈控制模块，对“问题”接口进行再设计，实现接口设计的反馈控制。在接口运行阶段，通过对运行状况的监测及维修发现接口运行新产生的实际问题，再次通过反馈模块对接口的初始设计及安装进行优化。如图6所示，多级反馈控制阶段具体包括以下工作步骤：

1)根据前馈控制模块输出的接口参数手册指导接口的安装和设置。在安装过程中，由安装部门建立安装信息采集文档。要明确注明设备品牌、型号及在安装过程中的遇到的实际问题，如接口的可养护性等问题，并将实际问题反馈给相关设计单位。

2)设计单位根据安装阶段实时反馈回来的信息，从接口设计的角度进行分析，经专家组及设计人员确定后，如果问题由设计原因所产生，则进行优化设计(前馈控制阶段2)～4)工作步骤)；若经分析后并不是设计原因所致，则无需进行设计变更，即无需再次进行前馈控制阶段的2)～4)工作步骤。

3)当接口安装阶段完成后，将接口设计手册及安装信息整合(接口参数手册为基础，将设计的变更注明，以备注的形式说明接口安装中的一些影响接口运行的问题)，形成接口文档，供接口运行阶段的维护等工作参考使用。

4)当接口运行阶段出现运行问题时，通过因果分析图法确定接口运行问题的产生原因是设计原因还是安装等其他原因。由于设计原因导致的问题经过确定后进行重新设计和重新安装：由于安装等原因造成的运行问题则直接根据接口参数手册重新安装。