CC BY
382
Удалённая автоматизированная диагностика вендинговых автоматов
Розанов И.А., МГТУ им. Н.Э.Баумана ivanr@artgravura.ru
Аннотация
Системы удалённой автоматизированной диагностики являются эффективным и экономически выгодным средством минимизации убытков в вендинговой торговле. В данной статье рассматриваются современные технологии, делающие возможным построение такой системы, а также показатели, характеризующие её влияние на надёжность вендингового автомата. Делается вывод об эффекте от использования диагностических систем в вендинговых сетях.
1 Введение
Вендингом называется продажа товаров и услуг при помощи автоматизированных систем. Такой вид торговли в настоящее время активно развивается: согласно данным [Vending Times 2011 Census of the Industry, 2011] суммарный годовой доход от вендинговых продаж в США за 2010 год составил более 42 млрд долларов и продолжает повышаться. На территории РФ вендинговый бизнес также набирает популярность, и в связи с этим становятся актуальными технические проблемы, сопряжённые с обслуживанием вендинговых автоматов.
Вендинговый автомат представляет собой терминальное устройство, доступное покупателю и предназначенное для непосредственной продажи предлагаемого товара либо услуги. Поскольку вендинговые автоматы находятся в публичном доступе, напрямую контактируют с пользователями и представляют собой сложную систему узлов, подверженных воздействию различных деструктивных факторов, существует высокий риск выхода такого устройства из строя. С другой стороны, вендинговый автомат является средством получения прибыли, и простой автомата влечёт финансовые потери для владельца вендинговой сети.
Важную роль в минимизации времени простоя вендинговых автоматов играет
своевременное обнаружение проблем в их функционировании. В этих целях применяется автоматизированная диагностика, значительно сокращающая временной интервал между возникновением неполадок и их ликвидацией. Данная статья посвящена рассмотрению принципов автоматизированной диагностики вендинговых автоматов, а также исследованию эффекта внедрения диагностических систем с точки зрения теории надёжности.
2 Проблемы диагностики вендинговых автоматов
Вендинговый автомат включает в себя ряд подсистем, предназначенных для выполнения различных функций. В число основных подсистем автомата входят: блок наличных либо безналичных платежей, блок хранения товара, блок транспортировки товара из хранилища, блок взаимодействия с пользователем, а также управляющий контроллер и связанная с ним электроника. Все блоки связаны между собой системой шин, служащих для передачи сигналов от контроллера к исполнительным узлам. Устройства, связанные с хранением и транспортировкой товара, включают в себя механические составные части, наиболее подверженные физическому износу и в то же время критически важные для функционирования автомата. Также высокому риску подвергаются интерфейсные и платёжные блоки: эти части автомата могут быть непреднамеренно либо умышленно повреждены пользователями, что приводит к прямым и косвенным финансовым потерям. Неполадки в контроллере автомата и системе шин вероятны в меньшей степени, однако выход из строя управляющей электроники означает полную неработоспособность вендингового автомата.
Современные вендинговые автоматы оснащены диагностическими блоками, интегрированными в функциональные подсистемы и представляющими собой комплексы программного и аппаратного обеспече-
ния, фиксирующие неполадки в функционировании подконтрольного узла. Так, например, согласно документации [Multi Drop Bus / Internal Communication Protocol, 2011], монетоприёмник может обнаруживать ошибки источника питания, конфигурации, оперативной памяти, датчиков сепаратора и другие неисправности. Контроллер автомата в процессе опроса устройств регистрирует зафиксированные ими сбои в соответствии с используемым промышленным протоколом. Таким образом осуществляется автоматизированная диагностика автомата штатными средствами.
Собранная контроллером статистика хранится локально и становится доступной оператору только во время обслуживания автомата. Это означает, что при возникновении неисправности сведения о ней поступают к оператору в худшем случае через время, равное интервалу между обслужива-ниями, который варьируется в пределах от 2 дней до недели. Дополнительное время требуется на ремонт вендингового автомата. Образующаяся вследствие этого временная задержка во многом неоправданна, и в связи с этим возникает вопрос о её минимизации.
Для мгновенного информирования оператора о возникновении неисправностей в настоящее время широко применяется телеметрия. Эта технология подразумевает наличие аппаратно-программного комплекса, подключаемого к системе шин вендин-гового автомата и получающего данные о состоянии всех блоков. Аппаратная часть представляет собой модем, способный передавать данные по сетям GSM/GPRS. Системы телеметрии не только собирают статистику, отправляя её на удалённый сервер, но и посылают SMS-сообщения в случае возникновения критических сбоев в работе автомата.
Согласно расчётам, проведённым компанией Telemetron ([Расчёт окупаемости, 2013]), внедрение автоматизированной системы телеметрии даёт 20% экономии от прямого сокращения издержек за счёт сокращения времени вынужденного простоя автоматов и сокращения количества плановых контрольных выездов оператора. Таким образом, удалённая диагностика торговых автоматов зарекомендовала себя как перспективное решение, востребованное в сфере автоматизированной торговли.
3 Стандартизированные
протоколы взаимодействия блоков вендингового автомата
Диагностическая и статистическая информация передаётся между узлами вендингового автомата в виде блоков данных, отформатированных согласно определённому стандарту. Для получения и использования диагностических данных необходимо учитывать особенности протокола, определяющего формат информационного кадра и регламентирующего его содержимое.
Протоколы взаимодействия подсистем вендингового автомата разделяются на две основные группы: протоколы последовательных интерфейсов и протоколы аудита. Протоколы последовательных интерфейсов обеспечивают взаимосвязь исполнительных узлов и контролирующего устройства, осуществляющего управление вендинговыми транзакциями. Протоколы аудита используются для соединения платёжной системы автомата с устройством сбора статистики.
Среди протоколов последовательных интерфейсов, сертифицированных Европейской вендинговой ассоциацией, наиболее широкое распространение получили стандарты MDB/ICP и EXE. На Рис. 1 представлена диаграмма, иллюстрирующая процент устройств, использующих эти протоколы. Из числа всех автоматов, поддерживающих каждый протокол, выделена часть, работающая исключительно с одним стандартом.
60 50 40
30 ■ Использование, %
20 10
MDB только MDB EXE только EXE
Рис. 1. Использование протоколов последовательных интерфейсов Протокол MDB/ICP связан с электрической шиной Multidrop Bus и подразумевает наличие контроллера, выступающего в роли ведущего устройства и осуществляющего централизованный арбитраж. Кадр MDB/ICP включает в себя 9 битов, один из которых служит индикатором передачи адреса. Опрос периферийных устройств осу-
ществляется путём посылки на линии шины адресного кадра и последующего получения ответа от ведомого устройства с соответствующим адресом. Каждый блок данных сопровождается контрольной суммой, вычисляемой по всем полям адреса и данных этого блока. Скорость передачи данных фиксирована и составляет 9600 бод.
Уровни напряжения на шине MDB, кодирующие двоичные цифры, соответствуют уровням напряжения логики КМОП. Благодаря этому существует возможность подключения к системе шин автомата стороннего КМОП-микроконтроллера, способного воспринимать и программно интерпретировать сигналы шины MDB. На этом свойстве шины MDB основаны существующие системы телеметрии (Telemetron, TPPVend, Информатор).
Другой популярный протокол последовательного интерфейса, EXE (Executive, Protocol A), не требует наличия обособленного контроллера: в этой роли выступает монетоприёмник, управляющий вендинго-выми транзакциями. Физическая основа функционирования EXE - помехоустойчивая токовая петля; в связи с этим сопрягаемые устройства должны иметь соответствующий интерфейс, что затрудняет подключение к автомату стороннего устройства. Скорость передачи составляет 9600 бод, как и в автоматах под управлением MDB/ICP. Кадр данных содержит 8 битов, из которых три являются адресными и один используется для контроля по чётности. Сообщения делятся по типам на команды и данные.
Согласно оригинальной версии EXE ([Weston, 2001]), монетоприёмник выступает в качестве ведущего устройства и управляет периферийными узлами. Протокол подразумевает непрерывный циклический опрос ведомых устройств, которые в ответном сообщении присылают информацию о своём текущем состоянии.
Основной недостаток протокола EXE с точки зрения сбора статистики - размера поля данных (4 бита). Для того, чтобы получить один байт статистической информации, необходимо произвести 14 транзакций передачи данных ([Weston, 2001]). Это одна из причин, по которым EXE менее распространён, чем стандарт MDB/ICP. Тем не менее, значительная доля вендинговых автоматов поддерживает этот протокол как
основной, и в большинство систем телеметрии заложена совместимость с EXE.
Протоколы аудита предназначены непосредственно для передачи статистических данных. Эта информация хранится в формате, регламентированном стандартом EVA DTS, и передаётся при помощи интерфейсов аудита. Наиболее часто применяется протокол DEX/UCS, электрически соответствующий уровням сигнала и параметрам стандарта RS-232. Спецификация протокола предусматривает обширный набор полей, позволяющих поместить в информационный блок множество специфических параметров, которые впоследствии могут быть обработаны приёмником и представлены в человекочитаемом формате ([DEX/UCS Programmer's Guide, 2004]).
Как правило, аппаратные средства автоматизированной диагностики работают на физическом и канальном уровнях. Интерпретация сигналов на этих уровнях требует знания спецификации протокола взаимодействия, используемого в конкретном вен-динговом автомате. Наличие общепринятых стандартов протоколов передачи данных делают возможной реализацию диагностических систем. Кроме того, число протоколов, утверждённых European Vending Association (EVA), невелико, что позволяет создавать системы диагностики с высокой степенью универсальности.
4 Расчёт показателей надёжности вендингового автомата
При возникновении неисправности в вендинговом автомате существует возможность её устранения, поэтому с точки зрения теории надёжности автомат представляет собой восстанавливаемый объект. Формулы (1) - (6) описывают ряд статистических показателей надёжности, характеризующих восстанавливаемый объект и применимых к вендинговым автоматам.
Среднее время восстановления объекта (1):
2Г=1 т,
г„ =
ш
где Т( - время, необходимое для обнаружения и устранения >го отказа; - количество отказов.
Коэффициент готовности (2): у *
¿<1=1
кг =
NT,
раб
где tip - время пребывания i-ro объекта в работоспособном состоянии;
I1'.' - число наблюдаемых объектов;
- продолжительность работы, включающая в себя время работы и восстановления объекта.
Коэффициент технического использования (3):
У" t
Кщ —
NT
* * A at
где Тэкс - продолжительность эксплуатации, включающая в себя время работы, технического обслуживания и ремонта объекта.
Интенсивность восстановления (4): пв{
МцфМ
где - количество объектов, восста-
новленных за
- количество объектов, находившихся в невосстановленном состоянии в течение №.
Коэффициент
(5):
и,
г?пр =
вынужденных простоев
Р
где - время работы; - время простоев.
Коэффициент оперативной готовности
(6)к к Р{г) (6)
где Р - вероятность безотказной работы в течение £р.
В Табл.1 представлены значения приведённых выше коэффициентов, рассчитанных до и после внедрения телеметрической системы автоматизированной диагностики на основании статистических данных, полученных при обслуживании вендинговых автоматов.
Приведённые результаты расчётов свидетельствуют о значительном уменьшении среднего времени восстановления автомата при наличии подключённой к нему системы удалённой автоматизированной диагностики. Также внедрение диагностической системы положительно сказывается на коэффициентах вынужденных простоев, технического использования, готовности и оперативной готовности.
Таким образом, внедрение телеметрической системы автоматизированной диагностики позволяет улучшить показатели
надёжности вендингового автомата, тесно связанные с экономическими показателями.
5 Заключение
Вендинговый автомат, представляющий собой автоматизированную систему, даёт возможность реализации автоматизированной диагностики, сокращающей время и трудовые затраты, требуемые для устранения возникающих неисправностей.
Табл.1. Показатели надёжности вендинговых
автоматов
Показатель Значение
До внедре- После
ния внедрения
Среднее время 48 ч 1 ч
восстановления
Коэффициент вы- 0,919 0,986
нужденных про-
стоев
Интенсивность 1/720 1/720
восстановления
Коэффициент тех- 0,919 0,986
нического исполь-
зования
Коэффициент го- 0,932 0,998
товности
Коэффициент 0,932 0,998
оперативной го-
товности
Современные стандарты протоколов взаимодействия делают возможным создание диагностических устройств высокой степени универсальности, получающих информацию напрямую от узлов автомата и отправляющих её в удалённое хранилище данных для дальнейшей обработки.
Внедрение системы удалённой автоматизированной диагностики оказывает положительное влияние на показатели надёжности вендинговых автоматов и сокращает время, в течение которого автомат неработоспособен и не приносит прибыль. Это делает телеметрическую диагностику экономически выгодной и перспективной технологией, способствующей развитию автоматизированной торговли.
Список литературы
Расчёт окупаемости // Телеметрон: сайт. Санкт-Петербург, 2013. URL:
http://telemetron.ru/advantages/profit (дата обращения 09.03.2016)
DEX/UCS Programmer's Guide // Intermec Technologies Corporation [2004] URL: http://apps.intermec.com/downloads/eps_man/93 7-019.pdf (дата обращения 09.03.2016)
Multi-Drop Bus / Internal Communication Protocol // National Automatic Merchandising Association [2011] URL: http://www.coin-accep-
tor.com.cn/Upload/EditorFiles/technicalfile/ Mdb_version_4-2.pdf (дата обращения 09.03.2016)
Vending Times 2011 Census of the Industry // Vending Times [2011] URL: http://www.vendingtimes.com/Media/MediaMan ager/VTcensus11.pdf (дата обращения 09.03.2016)
Weston, J. 2001. MEI 20mA Protocol A Specification. Workingham, Berkshire.
