在核心模块的研发选择上,中软AFC从战略部署角度出发,又作出了一个具有前瞻性的决定——集中优势“兵力”,将核心技术研发聚焦于门单元。
中软AFC掌握核心技术可以有很多选择,包括纸币单元、硬币单元、票卡的发行回收机构以及门单元。虽然当时二维码还不普遍,但考虑到无现金支付方式一定会成为潮流,纸币单元、硬币单元、票卡发行都有被淘汰的可能,门单元却是一个永远淘汰不了的系统。不管用哪种支付方式,这种阻挡的方式是停不下来的,门单元是AFC本质的核心。
门单元及配套通行逻辑算法作为轨道交通售检票系统的核心部件,对安全性(防止夹伤)、可靠性以及防逃票性能要求极高,过去长期被国外品牌垄断。国内盛行品牌有瑞典固力保、德国马格梯内克、韩国普龙等。随着AFC技术在国内的普及和发展,国外早期产品逐渐开始退去技术先进的光环。
国外产品大部分均采用“直流有刷电机驱动+减速器+到位传感器+电磁铁限位”或是“直流无刷伺服电机+行星减速器”的运动控制方案,设计技术已不再领先,而且这种方案的门单元工作噪声大、寿命较短、维护成本较高等弊端也逐渐显现。但由于市场上缺少竞争对手,仍然占据国内市场的大部分份额。
为了进一步实现国产化的目标,中软AFC在门单元方面进行了投资。门单元的产品创新是中软AFC在完成了AFC业务功能部件产品体系后的又一次研发,或者说是研发中的研发。通过其他功能部件的研发,中软AFC在数年的摸爬滚打中逐渐总结出了一套有效可行、轻车熟路的硬件设计方法与体系,培养了从机械设计、电气开发到嵌入式软件编写兼备的专业队伍。中软AFC从中挑选精英员工组建了门单元产品组,开始对门单元这款产品精耕细作。
根据AGM阻挡机构的不同,门单元一般分为三辊门、拍打门和扇形门三大类。三辊门是由三个闸杆组合成阻挡机构,该机构在闸机解除控制后需要人力推杆放行,放行后另一根杆通过机芯的液压减震装置后停留在水平位置,需要再次解控后才能放行。三辊门可以有效避免多人同时进出的问题,但是它的传动机构复杂,乘客通行速度慢,携带物品的乘客出入也很不方便,紧急情况下不利于乘客疏散。拍打门是以一个矩形门结构作为阻挡机构,相对于三辊门更利于通行,但是其门结构刚度难以增大,容易被外力损坏,拍打式门被放置在闸机的一端,对于双向通道来说,在闸机两端都必须设置拍打门,成本较高。剪式门以剪式门模块作为阻挡机构,被安装在闸机中部,每个通道只需要一套门机构,因此成本较拍打门更低。此外,剪式门机构的通行速度快,利于在紧急情况下疏散乘客,且门扇不易被外力损坏。
由于剪式门和拍打门在国内普遍通行,产品组决定,门单元研发主要包含剪式门单元、拍打门单元、乘客通行逻辑算法、剪式门测试平台等。在门结构设计方面,采用简洁的方案,要求达到噪声低、寿命长、可靠性高的效果。门通行控制逻辑自主研发,定制通行逻辑,优化和自适应国内应用的需要。基于我国成人人体尺寸的国家标准,从乘客通行模型建立、通行监控传感器的最优布置、动态式识别乘客及通行行为、基于通行模式挖掘的自学习修正算法等方面,对乘客通行监控技术的解决方案进行全面、系统的研发与软件设计。
为了进一步拓展AFC核心部件的市场和技术,完成中软AFC在AFC系统集成、整机和核心部件的完整的垂直产业链布局,为做强做大奠定基础,中国软件对拥有完整、科学的质量管理体系,在轨道交通自动售检票设备的研发、制造、生产、加工方面具备较强专业能力的艾弗世进行了收购,成为其控股股东。艾弗世此前主营业务及产品为轨道交通自动售检票设备核心模块的研发、生产、销售及售前售后服务,拥有扇门单元的自主知识产权。
与艾弗世合作后,全系列产品的升级开始。机构设计方面主要解决一代产品加工难度大、成本高、工艺难度大问题。优化扇门底座设计,采用简易式底座替代一代产品的焊接式底座。优化摆臂设计,采用方管型材机加方式替代焊接形式的摆臂。自润滑轴承采用自润滑高强度塑料轴承替代一代产品的铜基体自润滑轴承,扇门运动效果更佳。包胶也从自结皮等材质更改为微孔发泡材质,质量更轻、韧性更好、撕裂强度更高。结构连杆通过铸造方式进行加工,同时还在新一代300双折门上尝试铝合金连杆,以达到减重目的。
此外,结构方面的设计优化和生产工艺优化,使得扇门结构精度控制更高,产品稳定性和可靠性明显提高,结构成本降低40%。同时开发了新款电机,性能明显提高,并成功研制成功ISD-001自制驱动器,成本相比采购定制降低30%之多。GCU-G2电路板开发成功,G2电路板集成I/O,闸机电气方案更优,可降低成本和减少维护。CTJ2280SS系列剪式门、CTJ2250SS剪式门、CTJ3300WD剪式门等型号产品大量上线,应用于多个地铁项目,运营方反馈故障率较低。
不久,艾弗世成为中国软件的控股子公司,与中软AFC事业部有效的开展技术融和。中国软件通过注资,为艾弗世注入了更多的技术活力。这种活力,更多地体现在了门单元的研发中,后续的门单元研发更有效而坚实。
自2017年8月起,门单元团队进一步对市场占有率较高的280单折剪式门和每个项目都会用到的300双折剪式门进行升级,可定义为第三代产品平台。结构设计方面主要采用滚珠轴承,扇叶骨架更改为玻纤板,重量和强度更好;扇门机芯结构调整,采用二级连杆方式。新一代280单折剪式门成本将进一步降低20%。新开发驱动器ISD-005已完成样机测试,成本更低。电机采用磁编码器替代光电编码器,稳定性更佳。
2017年底,为达到更窄闸机宽度和更低维修箱高度,门单元团队开始研发CTP1160拍打门,采用剪式门同款电机配合皮带同步轮方式进行驱动,可适用最小160mm闸机,机芯高度进一步降低,改善了整机维护操作空间。
2018年5月,门单元团队成功完成了拍打门研发。产品组CTP1180拍打门采用75型电机,定制版电磁制动器,驱动器配置ISD-002,可适用最小180mm闸机,扇叶分为包胶和PC两种类型,产品结构简单,维护点少,可靠稳定。产品初期为上海地铁21号线研制,现已在广州云闸机项目上线使用近千套,运营方反馈故障率较低。(www.daowen.com)
一代又一代产品的研发和升级,带给门单元团队的是青出于蓝而胜于蓝的喜悦和憧憬。在这个过程中,中软AFC的门单元产品在科技成果方面也取得一系列成就。
在通行逻辑算法及传感器布局方面,基于我国成人人体尺寸的国家标准,实现乘客通行模型建立、传感器的最优布置、动态式识别乘客通行行为、基于通行模式挖掘的自学习修正算法。
在扇门制动器及控制装置方面,采用脉冲宽度调试方法对制动器进行吸合力的检测和控制,采用PID[1]算法通过PI 速度控制器输出理想电流分量,通过PI电流控制器对实际电流和必须电流进行比较,产生输出电压;在PI控制中增加D微分项来解决控制闭环的响应速度,实现快速精确控制。
在物联网闸机通行传感器检测装置及方法方面,基于物联网技术的闸机传感器检测和通行逻辑数据采集与监测,可实现异地远程的通行数据的监控与采集,是行业首创的物联网方案。
在闸机通行逻辑的调节测试装置及方法方面,通行逻辑的多种布局方案,基本集成了目前行业内的所有主流布局,使得门单元在配合闸机整机的情况下具有更好的普适性,是行业首创的测试平台方案。
在扇门打击力与锁止力测试装置与方法方面,扇门锁止力(关闭时强行推开的力)和移动打击力(扇门关闭或打开时)精确控制,是行业独创的产品功能。
在闸机监测及检测系统方面,提供整套的闸机测试检测装置平台,可整合行业内目前所有主流门单元产品进行跨整机的平台化功能性测试、验证及剥离门单元硬件与通行逻辑的配套行,可测试不同门单元在不同的通行逻辑下的功能满足性,是行业首创的测试平台方案。
在调节开闭角度的双折式扇门结构方面,在双折门基础上对折叠扇叶的打开角度进行调整,是行业首创的现场实施细调方案,使得门单元装配更简捷快速。
在应变电桥电路的门的锁止控制装置方面,采用应变电桥电路检测电阻应变计的方法检测门的锁止力并进行反馈,是行业首创的锁止力控制方法,检测精度及响应速度处于国际领先地位。
在门骨架减震装置方面,采用创新型玻璃钢骨架,强度和韧性均较金属有大幅提高,目前行业首创。
目前,中软AFC的门单元团队已逐步成长为可提供生产、研发、售前技术支持、售后技术服务、工程现场支持的综合型产品全生命周期服务型队伍,成为企业核心竞争力之一(fig.3-14)。
剪式门单元、拍打门单元及通行逻辑控制器等产品已获得多项发明、实用新型专利,并在国内数十条地铁线路中得以应用,为中软AFC取得了良好的市场回报和品牌效应。
fig.3-14 杜潜向客户介绍中软AFC研制的门单元
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