鐵路智能化工機(jī)具管理系統(tǒng)應(yīng)用研究

陳燕，常學(xué)良

（1. 中國(guó)鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司 科學(xué)技術(shù)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；2. 中國(guó)鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司 財(cái)務(wù)處，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

目前有關(guān)工機(jī)具等物資智能化管理系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用，鑒于鐵路行業(yè)特點(diǎn)，涉外信息較為封閉，其中作業(yè)施工部門較多，工機(jī)具復(fù)雜，在工機(jī)具管理方面大多仍然采用原始方式，不規(guī)范、不智能等缺點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)[1]。同時(shí)，鑒于當(dāng)前全國(guó)鐵路及高鐵營(yíng)業(yè)里程的增加，對(duì)各部門作業(yè)要求提出了更為嚴(yán)格的規(guī)范，其中工機(jī)具等物料的規(guī)范管理是關(guān)乎鐵路行車安全的重要因素。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐漸成熟普及，鐵路行業(yè)在管理道路上正面臨挑戰(zhàn)[2]。如今市面上工機(jī)具管理系統(tǒng)種類繁多，但是并沒有完全適合鐵路工務(wù)部門的工機(jī)具管理系統(tǒng)，所以開發(fā)出適合鐵路特定部門的智能化工機(jī)具管理系統(tǒng)是今后大力發(fā)展智能化鐵路的一項(xiàng)重要舉措。

1 系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容

智能化工機(jī)具管理系統(tǒng)基于射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）通信技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，結(jié)合現(xiàn)有工務(wù)系統(tǒng)工機(jī)具管理方法設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)主要由手持終端（定制手持終端或現(xiàn)有手機(jī)安裝APP）、工機(jī)具標(biāo)簽(支持二維碼及電子標(biāo)簽)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)3部分組成[3]。工機(jī)具逐件粘貼電子（二維碼）標(biāo)簽，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一編碼，實(shí)現(xiàn)工器具一物一碼。其中手持終端能夠讓作業(yè)人員在維修作業(yè)時(shí)隨身攜帶，對(duì)所用工具、物資進(jìn)行自動(dòng)掃描管理，大大提高工作效率和自動(dòng)化程度[4]，保證物料的歸還數(shù)量、編號(hào)跟出庫清單上一致，防止物料遺忘在線路上，避免差錯(cuò)或事故的發(fā)生，具體研究?jī)?nèi)容有：

（1）系統(tǒng)功能需求分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，研究智能化工機(jī)具管理系統(tǒng)的功能需求，包括實(shí)現(xiàn)工機(jī)具出庫、工機(jī)具歸還、工機(jī)具盤點(diǎn)、工機(jī)具和人員捆綁等功能。智能化工機(jī)具管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括手持終端、工機(jī)具標(biāo)簽RFID及數(shù)據(jù)管理中心等組成部分間的連接關(guān)系和工作原理。

（2）手持端功能定制及APP的設(shè)計(jì)開發(fā)。

（3）工機(jī)具標(biāo)簽、人員標(biāo)簽的選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)應(yīng)用

承載接收器的電子標(biāo)簽即為RFID,它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)[5]，識(shí)別工作無需人工干預(yù)。作為條形碼的無線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)[6]。工機(jī)具逐件配備電子標(biāo)簽，每個(gè)電子標(biāo)簽具有唯一編碼，實(shí)現(xiàn)工機(jī)具一物一碼。電子標(biāo)簽采用業(yè)界領(lǐng)先技術(shù)，體積小、識(shí)別率高，不影響工機(jī)具的使用。電子標(biāo)簽具備多種外形，可適應(yīng)不同材質(zhì)和形狀的工機(jī)具。

電子標(biāo)簽與各類工機(jī)具的結(jié)合方式根據(jù)工機(jī)具形態(tài)、使用情況采取多樣化形式，具體包括粘貼、鉚接、吊牌、環(huán)箍等形式（見圖1），保證了標(biāo)簽與工機(jī)具的牢固結(jié)合同時(shí)不影響現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

圖1 電子標(biāo)簽與工機(jī)具結(jié)合形式

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

智能化工機(jī)具管理系統(tǒng)的開發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用RFID超高電子射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，將所有參與生產(chǎn)作業(yè)的工機(jī)具附上電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)出入庫智能管理[7]，通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸實(shí)現(xiàn)工機(jī)具領(lǐng)用狀態(tài)的實(shí)時(shí)上傳，工具庫、調(diào)度中心、施工通道門關(guān)口信息傳輸同步暢通，實(shí)現(xiàn)智能化管理及卡控（見圖2）。其要點(diǎn)如下：

（1）調(diào)度中心接收出庫信息。作業(yè)方案審批通過后，工具出庫信息等通過網(wǎng)絡(luò)（有線）實(shí)時(shí)上傳至調(diào)度中心，調(diào)度中心收到信息即同步發(fā)出調(diào)度作業(yè)指令，實(shí)現(xiàn)信息傳輸暢通，智能化調(diào)度管理[8]。

（2）通道門手持設(shè)備智能卡控。作業(yè)監(jiān)督人員在作業(yè)通道門處通過無線設(shè)備接收到指令，通過手持終端對(duì)作業(yè)人員攜帶工具進(jìn)行掃描，確認(rèn)工具與作業(yè)任務(wù)無誤方可開啟通道門進(jìn)入作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

（3）作業(yè)完畢后確認(rèn)。作業(yè)完畢后，仍然通過手持設(shè)備對(duì)攜帶出的工具進(jìn)行掃描識(shí)別，確認(rèn)無遺漏，相關(guān)信息同時(shí)回傳至調(diào)度中心，作業(yè)人員按照規(guī)定將工具交回庫管，通過工具庫自動(dòng)掃描設(shè)備對(duì)入庫工具進(jìn)行回庫記錄，此時(shí)完成整個(gè)工具領(lǐng)用、退還作業(yè)流程。

（4）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全卡控。通過技術(shù)與管理相結(jié)合的手段，使系統(tǒng)具有最小穿透風(fēng)險(xiǎn)性。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)必須通過諸多認(rèn)證才允許連通，對(duì)所有接入數(shù)據(jù)必須進(jìn)行審核，對(duì)系統(tǒng)用戶的登錄等操作進(jìn)行嚴(yán)格安全管理，保證系統(tǒng)安全性。

圖2 工機(jī)具領(lǐng)用網(wǎng)絡(luò)傳輸構(gòu)架

4 系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)及主要功能模塊

4.1 權(quán)限管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)采用功能權(quán)限管理技術(shù)，使用基于角色訪問控制技術(shù)[9]（Role Based Access Control，RBAC）賦予系統(tǒng)以下權(quán)限管理功能：

（1）用戶管理界面。由管理員給系統(tǒng)用戶賦予角色。

（2）角色管理界面。由管理員定義角色，為角色賦予權(quán)限。

（3）權(quán)限管理界面。包含所有可供分配的權(quán)限功能。

系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置3級(jí)組織機(jī)構(gòu)，分為段、車間、工區(qū)3個(gè)級(jí)別。用戶輸入用戶名及密碼完成登錄，登錄界面見圖3。

圖3 平臺(tái)登錄界面

4.2 功能模塊

平臺(tái)主界面分為 12個(gè)模塊，首頁主要展示工機(jī)具統(tǒng)計(jì)信息（見圖4）。

圖4 系統(tǒng)首頁

系統(tǒng)功能基本涵蓋了鐵路工務(wù)系統(tǒng)日常維修作業(yè)涉及到的全部作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)了便捷智能化操作。功能模塊見表1。

4.3 管理模塊

點(diǎn)擊導(dǎo)航欄中的“工機(jī)具管理”可進(jìn)入該模塊。該模塊包含查詢、清空、導(dǎo)入、導(dǎo)出、刪除、批量刪除、二維碼生成、詳情、修改、分頁和新增等功能（見圖5）。

表1 功能模塊列表

圖5 工機(jī)具管理界面

5 手持終端APP設(shè)計(jì)及主要功能

手持終端與系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息互通，其功能主要有接收派工單、工機(jī)具出入庫掃碼、上下道掃碼、與通道門智能鎖鑰匙藍(lán)牙連接授權(quán)等。手持終端APP登錄界面及主頁面見圖6、圖7。

圖6 登錄頁面

圖7 主頁面

6 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用于工機(jī)具管理的技術(shù)越來越成熟，尤其RFID技術(shù)結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)在物料管理中的應(yīng)用較為廣泛，從出入庫、分揀、盤點(diǎn)、存儲(chǔ)等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)物料數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)收集，保證管理系統(tǒng)信息的有效性與準(zhǔn)確性?；赗FID技術(shù)建立的工機(jī)具智能管理系統(tǒng)在鐵路工務(wù)系統(tǒng)使用后，極大優(yōu)化并規(guī)范了包括作業(yè)方案審批、工機(jī)具管理等流程，有效降低了工機(jī)具誤拿、丟失、遺漏現(xiàn)場(chǎng)等影響行車安全的情況發(fā)生，為行車安全提供了保障。同時(shí)能夠使車間工機(jī)具倉(cāng)庫管理更加規(guī)范，工機(jī)具出入庫更為準(zhǔn)確，為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工作負(fù)責(zé)人和工機(jī)具倉(cāng)庫管理員減負(fù)，提高工作效率。通過移動(dòng)信息化手段降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)機(jī)具和人員到位管理成本，對(duì)上下道工機(jī)具實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的清點(diǎn)，很好地提升了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的管理水平[10]。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“人防、物防、技防”的安全質(zhì)量保障體系要求，強(qiáng)化了作業(yè)班組現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理與控制能力，有效發(fā)揮段、車間安全管理監(jiān)控作用，是未來鐵路工務(wù)、供電、電務(wù)及其他相關(guān)專業(yè)工機(jī)具精細(xì)化、信息化、智能化管理的最佳手段，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。