基于射頻識(shí)別技術(shù)的動(dòng)車組走行部關(guān)鍵部件螺栓防松脫預(yù)警系統(tǒng)管理軟件

馬楠

摘要：動(dòng)車組走行部的安全是動(dòng)車組運(yùn)行安全的重中之重，針對(duì)動(dòng)車組列車在運(yùn)用中存在的走行部螺栓松脫隱患，螺栓的緊固防松至關(guān)重要，安全責(zé)任重大。采用更加先進(jìn)的“技防”手段來(lái)提升檢測(cè)效率，從防松脫預(yù)警角度出發(fā)，結(jié)合RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，通過信息化、系統(tǒng)化等措施，達(dá)到動(dòng)車組走行部關(guān)鍵部件螺栓防松脫預(yù)警的目的，滿足國(guó)家關(guān)于信息系統(tǒng)安全方面的有關(guān)政策要求，切合鐵路信息安全系統(tǒng)建設(shè)要求及特點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)融入敏捷軟件開發(fā)思想，采用面向框架的應(yīng)用平臺(tái)開發(fā)模式，做到了應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的復(fù)用。經(jīng)過實(shí)車檢測(cè)試驗(yàn)，運(yùn)行效果良好，可以將本系統(tǒng)作為通用預(yù)警方案推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：走行部;射頻識(shí)別;螺栓;防松脫;管理軟件開發(fā)

中圖分類號(hào)：TP315;U269 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

動(dòng)車組走行部的安全是動(dòng)車組運(yùn)行安全的重中之重，走行部的任何故障隱患都可能迅速發(fā)展為重大故障，進(jìn)而引發(fā)重大事故，造成巨大人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失?，F(xiàn)行的和諧號(hào)動(dòng)車組及復(fù)興號(hào)動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架普遍采用螺栓連接方式，8輛標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組車下包含螺栓上萬(wàn)個(gè)，僅具有機(jī)械防松設(shè)計(jì)，無(wú)松動(dòng)檢測(cè)手段，單靠目視檢查其可靠度與精準(zhǔn)性都很難控制。螺栓的緊固防松至關(guān)重要，安全責(zé)任重大，采用更加先進(jìn)的“技防”手段來(lái)提升檢測(cè)效率，降低安全隱患迫在眉睫。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)目標(biāo)

通過螺栓防松脫預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)如下管理目標(biāo)：

（1）實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組走行部關(guān)鍵部件螺栓防松脫預(yù)警的目的。

（2）實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組信息，檢修作業(yè)，預(yù)警管理，螺栓松脫預(yù)警分析，測(cè)溫趨勢(shì)分析，作業(yè)質(zhì)量分析，電子標(biāo)簽履歷管理等全程信息化監(jiān)控。

1.2設(shè)計(jì)原則

為了確保項(xiàng)目的先進(jìn)性，采用基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和多種體系結(jié)構(gòu)相結(jié)合的技術(shù)路線，同時(shí)確定其總體開發(fā)思路為：

（1）采用面向框架的應(yīng)用平臺(tái)開發(fā)模式;

（2）采用敏捷軟件思想。

整個(gè)系統(tǒng)融入敏捷軟件開發(fā)思想，采用面向框架的應(yīng)用平臺(tái)開發(fā)模式，做到了應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的復(fù)用，不但可以加快開發(fā)速度，而且開發(fā)出的應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)非常好，確保系統(tǒng)具有靈活的架構(gòu)體系，能夠適應(yīng)業(yè)務(wù)模型和用戶需求的不斷變化。系統(tǒng)開發(fā)共分為三個(gè)階段，如圖1所示。

1.3軟件架構(gòu)

RFID螺栓防松脫作業(yè)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)構(gòu)架，如圖2所示，整體上采用兩級(jí)架構(gòu)：作業(yè)級(jí)、管理級(jí)。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，基于JAVA開發(fā)環(huán)境，使用SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)作為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

1.4系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

由上面的設(shè)計(jì)過程可知，此系統(tǒng)一共分為五個(gè)模塊：基礎(chǔ)信息管理，作業(yè)管理，設(shè)備管理，統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)管理，如圖3所示。

（1）基礎(chǔ)信息管理模塊包括：動(dòng)車組信息管理，電子標(biāo)簽信息管理，讀寫器信息管理，如圖4、圖5所示。

讀寫器信息管理：RFID讀寫器是對(duì)螺栓防松脫RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行檢測(cè)的特有工具，對(duì)RFID讀寫器信息的管理，可提高讀寫器利用效率，降低作業(yè)管理復(fù)雜度。

用戶可查看、統(tǒng)計(jì)RFID讀寫器相關(guān)信息。

（2）作業(yè)管理模塊：庫(kù)作業(yè)計(jì)劃管理，檢修作業(yè)管理，預(yù)警管理，作業(yè)日?qǐng)?bào)管理。

檢修作業(yè)管理：是對(duì)動(dòng)車組螺栓檢測(cè)作業(yè)進(jìn)行管理，從作業(yè)計(jì)劃的編制、審核、下發(fā)、評(píng)價(jià)等各環(huán)節(jié)進(jìn)行管控，如圖6所示。系統(tǒng)提供對(duì)外導(dǎo)入接口，可導(dǎo)入現(xiàn)有作業(yè)管理系統(tǒng)中的作業(yè)計(jì)劃。

預(yù)警管理：作業(yè)人員在進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，檢測(cè)到螺栓松脫情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)在作業(yè)終端上進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，并在系統(tǒng)中生成報(bào)警數(shù)據(jù)，進(jìn)行報(bào)警項(xiàng)點(diǎn)閉環(huán)管理。作業(yè)人員在處理完相關(guān)報(bào)警項(xiàng)點(diǎn)，完成問題閉環(huán)關(guān)閉后，需在系統(tǒng)上進(jìn)行人工銷號(hào)工作。技術(shù)員可根據(jù)車型、車號(hào)、修程、檢修時(shí)間段等數(shù)據(jù)綜合查看所有報(bào)警數(shù)據(jù)，以及報(bào)警處理情況，如圖7所示。

作業(yè)計(jì)劃管理：是對(duì)動(dòng)車組螺栓檢測(cè)作業(yè)進(jìn)行管理，從作業(yè)計(jì)劃的編制、審核、下發(fā)、評(píng)價(jià)等各環(huán)節(jié)進(jìn)行管控。系統(tǒng)提供對(duì)外導(dǎo)入接口，可導(dǎo)入現(xiàn)有作業(yè)管理系統(tǒng)中的作業(yè)計(jì)劃，如圖8所示。

作業(yè)日?qǐng)?bào)管理：系統(tǒng)可根據(jù)作業(yè)人員情況自動(dòng)生成作業(yè)日?qǐng)?bào)，如圖9所示。

（3）設(shè)備管理模塊包括：電子標(biāo)簽履歷管理，讀寫器履歷管理。

電子標(biāo)簽履歷管理：是對(duì)在用、庫(kù)存等所有螺栓防松脫RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行使用履歷的管理。用戶可通過該功能統(tǒng)計(jì)查看在用螺栓防松脫RFID電子標(biāo)簽數(shù)量，以車為單位統(tǒng)計(jì)螺栓防松脫RFID電子標(biāo)簽數(shù)量;也可查看當(dāng)前庫(kù)存螺栓防松脫RFID電子標(biāo)簽數(shù)量，以備在需要更換時(shí)領(lǐng)用螺栓防松脫RFID電子標(biāo)簽;當(dāng)出現(xiàn)損壞無(wú)法使用時(shí)，可進(jìn)行報(bào)廢操作，系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)報(bào)廢電子標(biāo)簽數(shù)量，如圖10所示。

（4）統(tǒng)計(jì)分析模塊包括：作業(yè)質(zhì)量分析，螺栓松脫預(yù)警分析，測(cè)溫趨勢(shì)分析，電子標(biāo)簽統(tǒng)計(jì)分析。

螺栓松脫預(yù)警分析：是指對(duì)作業(yè)過程中檢測(cè)出的螺栓松脫預(yù)警情況的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可根據(jù)車型車號(hào)、車節(jié)號(hào)、以及走行部關(guān)鍵位置的安裝有螺栓防松脫RFID電子標(biāo)簽的松脫情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以數(shù)據(jù)表、圖的形式展示。通過對(duì)數(shù)據(jù)的橫向?qū)Ρ刃胁恳装l(fā)生故障部件位置等。

作業(yè)質(zhì)量分析：是通過對(duì)作業(yè)計(jì)劃及檢修作業(yè)完成情況對(duì)比結(jié)果，對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的作業(yè)完成情況，作業(yè)是否存在漏檢、超時(shí)等異常情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過表形式直觀展示作業(yè)者的作業(yè)質(zhì)量，進(jìn)而評(píng)估動(dòng)車組走行部螺栓緊固狀態(tài)。

（5）系統(tǒng)管理模塊包括：系統(tǒng)日志，用戶管理。

系統(tǒng)日志可對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、異常情況進(jìn)行記錄、查詢。

用戶管理是供系統(tǒng)管理員使用，進(jìn)行用戶賬戶分配、角色權(quán)限配屬、密碼修改等管理功能?？蓪?duì)同一類使用角色分配相同使用權(quán)限，配置角色登陸主頁(yè)。針對(duì)單一用戶，可配置其單位機(jī)構(gòu)、登陸名、用戶名稱、密碼、所屬角色、使用期限等具體信息。后臺(tái)記錄用戶每次登陸信息，以方便管理。

1.5系統(tǒng)創(chuàng)新

打破傳統(tǒng)的檢查方式，使用射頻技術(shù)來(lái)對(duì)動(dòng)車組走行部關(guān)鍵部件螺栓防松脫進(jìn)行預(yù)警。底層使用RFID來(lái)檢查，通過無(wú)接觸式傳輸信息，通過硬件與軟件結(jié)合的方式，是操作人員實(shí)時(shí)的得到螺栓的信息。射頻識(shí)別（RFID）是一種無(wú)線通信技術(shù)，可以通過無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。無(wú)線電的信號(hào)是通過調(diào)成無(wú)線電頻率的電磁場(chǎng)，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去，以自動(dòng)辨識(shí)與追蹤該物品。某些標(biāo)簽在識(shí)別時(shí)從識(shí)別器發(fā)出的電磁場(chǎng)中就可以得到能量，并不需要電池;也有標(biāo)簽本身?yè)碛须娫?，并可以主?dòng)發(fā)出無(wú)線電波（調(diào)成無(wú)線電頻率的電磁場(chǎng)）。標(biāo)簽包含了電子存儲(chǔ)的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識(shí)別。與條形碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識(shí)別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。

2安全設(shè)計(jì)

2.1目標(biāo)

當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展及信息系統(tǒng)建設(shè)的不斷深化，運(yùn)行及業(yè)務(wù)的開展越來(lái)越依賴信息網(wǎng)絡(luò)，信息安全問題日益突出，安全建設(shè)任務(wù)更加緊迫。

由于系統(tǒng)業(yè)務(wù)特殊性，需要設(shè)計(jì)并建設(shè)一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、安全高效、可靠可控的信息安全系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)上，保護(hù)信息在傳輸、交換和存儲(chǔ)過程中的機(jī)密性、完整性和真實(shí)性。

2.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

主要考慮兩個(gè)要點(diǎn)：一是盡可能滿足國(guó)家關(guān)于信息系統(tǒng)安全方面的有關(guān)政策要求，二是切合鐵路信息安全系統(tǒng)建設(shè)要求及特點(diǎn)。國(guó)家在信息系統(tǒng)建設(shè)方面，比較強(qiáng)調(diào)信息安全等級(jí)保護(hù)和安全風(fēng)險(xiǎn)管理。信息系統(tǒng)等級(jí)劃分需按照國(guó)家關(guān)于計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)等級(jí)劃分指南，結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際情況進(jìn)行信息系統(tǒng)定級(jí)，實(shí)行分級(jí)管理。

信息安全風(fēng)險(xiǎn)管理體現(xiàn)在信息安全保障體系的技術(shù)、組織和管理等方面。依據(jù)等級(jí)保護(hù)的思想和適度安全的原則，平衡成本與效益，合理部署和利用信息安全的信任體系、監(jiān)控體系和應(yīng)急處理等重要基礎(chǔ)設(shè)施，確定合適的安全技術(shù)措施，從而確保信息安全保障能力建設(shè)的成效。

2.3建設(shè)內(nèi)容

信息系統(tǒng)的安全建設(shè)包括三方面：一是技術(shù)安全體系建設(shè);二是管理安全體系建設(shè);三是運(yùn)行保障安全體系建設(shè)。其中，技術(shù)安全體系設(shè)計(jì)和建設(shè)是關(guān)鍵和重點(diǎn)。按照信息系統(tǒng)的層次劃分，系統(tǒng)安全建設(shè)技術(shù)體系包括物理層安全、網(wǎng)絡(luò)安全、平臺(tái)安全、應(yīng)用安全以及用戶終端安全等內(nèi)容。

2.4網(wǎng)絡(luò)安全

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層安全，不論是安全域劃分還是訪問控制，都與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)緊密相關(guān)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)是網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的合理性直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)層安全。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)需要做到：統(tǒng)籌考慮信息系統(tǒng)安全等級(jí)、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模、業(yè)務(wù)安全性需求等;準(zhǔn)確劃分安全域（邊界）;網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)有利于核心服務(wù)信息資源的保護(hù);網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)有利于訪問控制和應(yīng)用分類授權(quán)管理;網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)有利于終端用戶的安全管理。

設(shè)計(jì)的放松脫系統(tǒng)所涉及到的安全，在從數(shù)據(jù)庫(kù)的選型以及代碼的編寫到網(wǎng)絡(luò)流程的運(yùn)用，全部采用安全級(jí)別較高的方式來(lái)進(jìn)行軟件的實(shí)現(xiàn)。權(quán)限認(rèn)證，輸入輸出驗(yàn)證等，所有涉及到的密碼等全部采用加密保存來(lái)保證數(shù)據(jù)的安全。

網(wǎng)絡(luò)層安全主要涉及網(wǎng)絡(luò)安全域的合理劃分問題，其中最重要的是進(jìn)行訪問控制。網(wǎng)絡(luò)安全域劃分包括物理隔離、邏輯隔離等，訪問控制技術(shù)包括防火墻技術(shù)、身份認(rèn)證技術(shù)、入侵檢測(cè)技術(shù)等。

基于上述網(wǎng)絡(luò)層安全設(shè)計(jì)思路，采用核心服務(wù)器區(qū)和用戶終端區(qū)的體系結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行邏輯隔離，嚴(yán)格保護(hù)核心服務(wù)器資源。在網(wǎng)絡(luò)層，將核心服務(wù)器群和終端用戶群劃分在不同的VLAN中，VLAN之間通過交換機(jī)進(jìn)行訪問控制。在核心服務(wù)器區(qū)和用戶終端區(qū)之間放置防火墻，實(shí)現(xiàn)不同安全域之間的安全防范。

在此系統(tǒng)中，我們根據(jù)鐵路局網(wǎng)絡(luò)安全文檔來(lái)規(guī)格編寫我們的系統(tǒng)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全，文件的安全，從標(biāo)簽信息的接收，全部采用RFID密文接收，必須使用我們公司所開發(fā)的加密手持機(jī)的讀取，再經(jīng)過加密轉(zhuǎn)發(fā)到web端，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通過加密算法的工作，在web端解析數(shù)據(jù)的時(shí)候再根據(jù)加密字典進(jìn)行數(shù)據(jù)的一一對(duì)比，查詢出我們需要的數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的安全，再網(wǎng)絡(luò)通信方便，我們采用局域網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸，既保證了數(shù)據(jù)的可傳輸性，也保證了數(shù)據(jù)的安全。

在此系統(tǒng)中，不管是數(shù)據(jù)的傳輸還是文件的上傳、讀取、登錄，通信都需要數(shù)據(jù)的加密驗(yàn)證，保證了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全。

3結(jié)束語(yǔ)

通過結(jié)合RFID技術(shù)的防松動(dòng)檢測(cè)標(biāo)簽而設(shè)計(jì)的動(dòng)車組螺栓防松管理系統(tǒng)，經(jīng)過120天的檢測(cè)試驗(yàn)中，系統(tǒng)運(yùn)行良好，符合網(wǎng)絡(luò)安全要求，在動(dòng)車組運(yùn)行環(huán)境下保持良好工作性能;通過管理系統(tǒng)可以清晰了解動(dòng)車組機(jī)車螺栓是否松動(dòng);對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)起到校核作用;通過良好的運(yùn)行狀態(tài)，減少了作業(yè)者的檢修強(qiáng)度，綜上所述，基于RFID技術(shù)的螺栓防松管理系統(tǒng)可以作為動(dòng)車組走行部關(guān)鍵部件螺栓防松預(yù)警的檢測(cè)手段，有較好的推廣應(yīng)用前景，為動(dòng)車組行車安全提供有力的技術(shù)支撐。