鐵路機(jī)車(chē)鑰匙智能管理系統(tǒng)研究

張春紅

（國(guó)家鐵路局裝備技術(shù)中心 北京 100070）

現(xiàn)有的機(jī)車(chē)乘務(wù)鑰匙的管理模式多為人工管理的方式[1]，這種方式存在諸如臺(tái)賬不易保存、人工卡控及追溯困難，甚至易違規(guī)操作等弊端。為改善當(dāng)前機(jī)務(wù)的管理困境[2]，本文研究并設(shè)計(jì)了一套機(jī)車(chē)乘務(wù)鑰匙智能管理系統(tǒng)。

1 設(shè)計(jì)背景

我國(guó)機(jī)務(wù)段管理機(jī)車(chē)鑰匙多為人工發(fā)放鑰匙，并通過(guò)手寫(xiě)臺(tái)賬的方式來(lái)記錄鑰匙的借用及歸還。這種方式存在著以下弊端：鑰匙的發(fā)放人員不能完全確認(rèn)哪些人有權(quán)限來(lái)領(lǐng)取鑰匙，可能會(huì)造成鑰匙的遺失；無(wú)法卡控鑰匙領(lǐng)取流程，鑰匙的發(fā)放、領(lǐng)取和歸還可能存在違規(guī)操作；手動(dòng)填寫(xiě)臺(tái)賬，可能會(huì)因領(lǐng)用人及發(fā)放人簽字不規(guī)范給查看臺(tái)賬記錄帶來(lái)困難；而且隨著時(shí)間的推移，臺(tái)賬數(shù)量越來(lái)越多，臺(tái)賬的管理也會(huì)成為問(wèn)題。

機(jī)務(wù)段作業(yè)人員在領(lǐng)取機(jī)車(chē)鑰匙過(guò)程中，要對(duì)鑰匙領(lǐng)用人員的權(quán)限進(jìn)行嚴(yán)格的卡控，且有多個(gè)角色，如司機(jī)、行修人員、其他人員等，每種角色的審批流程都是不同的。不僅如此，機(jī)車(chē)鑰匙的種類(lèi)也不同，諸如車(chē)門(mén)鑰匙、天窗鑰匙、隔離開(kāi)關(guān)鑰匙等[3]，每種鑰匙的領(lǐng)用過(guò)程亦是有所不同這就進(jìn)一步加重了管理的困境。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)

引入機(jī)車(chē)鑰匙信息化管理系統(tǒng)的重要性不言而喻。

機(jī)車(chē)鑰匙智能管理系統(tǒng)主要由服務(wù)器軟件、客戶(hù)端軟件、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、智能卡控柜以及各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件組成，實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)鑰匙智能卡控及存取的功能。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境方面，系統(tǒng)基于鐵路辦公網(wǎng)研發(fā)，不與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交互。

系統(tǒng)的客戶(hù)端安裝在鑰匙柜一體柜上，根據(jù)用戶(hù)人臉識(shí)別認(rèn)證的信息，獲取對(duì)應(yīng)的權(quán)限，并按照對(duì)應(yīng)的角色業(yè)務(wù)去執(zhí)行相應(yīng)的領(lǐng)用或歸還流程。系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)的操作記錄進(jìn)行有效的記載，方便后續(xù)的查詢(xún)等，并能生成報(bào)表。系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)根據(jù)機(jī)務(wù)段現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境，沿用原來(lái)的操作流程，以安全、智能、便捷等為原則進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

2.2.1 功能設(shè)計(jì)

機(jī)車(chē)鑰匙智能管理系統(tǒng)創(chuàng)新性的功能主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）天窗鑰匙、車(chē)門(mén)鑰匙和隔離開(kāi)關(guān)鑰匙的智能權(quán)限存取。

（2）嚴(yán)格的權(quán)限及流程控制，天窗鑰匙領(lǐng)用人必須具有領(lǐng)用權(quán)限，而且要經(jīng)過(guò)車(chē)間負(fù)責(zé)人的審批和監(jiān)護(hù)員的確認(rèn)才能領(lǐng)取鑰匙；若無(wú)乘務(wù)出勤計(jì)劃，乘務(wù)員無(wú)法領(lǐng)取車(chē)門(mén)鑰匙；機(jī)統(tǒng)6系統(tǒng)沒(méi)有機(jī)車(chē)故障需要維修的信息，則不允許行修人員領(lǐng)取鑰匙。其余人員領(lǐng)取車(chē)門(mén)鑰匙無(wú)需確認(rèn)（其余人員權(quán)限嚴(yán)格卡控）。

（3）無(wú)紙化管理，自動(dòng)生成電子臺(tái)賬，可隨時(shí)查詢(xún)和打印。

BIM技術(shù)在工程實(shí)踐中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而Revit軟件作為BIM技術(shù)很重要的組成部分，不僅僅是有助于工程結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)，甚至對(duì)于整個(gè)工程專(zhuān)業(yè)的力學(xué)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課程都有很大的幫助。將Revit軟件應(yīng)用到工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，極大地促進(jìn)了教學(xué)，但同時(shí)也檢驗(yàn)了軟件本身，為Revit軟件進(jìn)一步的改善提升性能提供了方向。

（4）采用目標(biāo)最優(yōu)解算法，選擇最優(yōu)的空閑盒子存放同一類(lèi)型設(shè)備，減少作業(yè)損耗，最大程度利用存放盒。

本文求解目標(biāo)為根據(jù)鑰匙存放的空閑盒子使用過(guò)的次數(shù)（或者盒子使用的時(shí)間）和盒子位于當(dāng)前坐標(biāo)系的位置，使得單位盒子的綜合使用次數(shù)最小，找出目標(biāo)最優(yōu)的空閑盒子。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)如式（1）所示：

式中,maxC表示單位盒子當(dāng)前的最大綜合使用次數(shù),ikC表示柜子坐標(biāo)系中i坐標(biāo)的柜盒已使用k次。

2.2.2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)控制端主體使用B/S結(jié)構(gòu)，采用Sping Cloud技術(shù)，前端使用Vue，前后端分離；客戶(hù)端軟件使用C/S結(jié)構(gòu)，程序采用WPF技術(shù)和MVVM框架，界面美觀，交互簡(jiǎn)單；數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)采用MySql、SqlServer數(shù)據(jù)庫(kù)。智能柜和中心控制系統(tǒng)之間采用WebSocket進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)、穩(wěn)定。系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 機(jī)車(chē)鑰匙智能管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

2.2.3 業(yè)務(wù)流程

這里我們考慮車(chē)門(mén)鑰匙的智能存取，為方便記為車(chē)門(mén)鑰匙智能管理系統(tǒng)，分為存鑰匙和取兩個(gè)模塊。

（1）存鑰匙的流程為：作業(yè)人員到客戶(hù)端軟件上輸入(或選擇)車(chē)型，輸入車(chē)號(hào)，刷臉確認(rèn)個(gè)人信息后，對(duì)應(yīng)柜子上的盒子打開(kāi)，將鑰匙放入盒子中。流程如圖3所示。

圖3 存鑰匙的流程

（2）取鑰匙的人員分為三大類(lèi)，司機(jī)，行修人員和其余人員，三類(lèi)人員取鑰匙的流程存在差別。司機(jī)領(lǐng)取鑰匙流程：外勤系統(tǒng)會(huì)事先存儲(chǔ)乘務(wù)出勤計(jì)劃，當(dāng)司機(jī)申請(qǐng)領(lǐng)取鑰匙時(shí)，車(chē)門(mén)鑰匙管理系統(tǒng)會(huì)讀取乘務(wù)出勤計(jì)劃，假如讀到該司機(jī)的出勤計(jì)劃，界面會(huì)自動(dòng)顯示車(chē)型、車(chē)號(hào)及領(lǐng)用人信息，系統(tǒng)允許該司機(jī)領(lǐng)取鑰匙；若沒(méi)有該司機(jī)的出勤計(jì)劃則不允許該司機(jī)領(lǐng)取鑰匙，流程如圖4所示。

圖4 司機(jī)領(lǐng)鑰匙流程

行修人員領(lǐng)鑰匙流程：機(jī)統(tǒng)6系統(tǒng)會(huì)事先存儲(chǔ)機(jī)車(chē)有故障需要維修的信息，行修人員申請(qǐng)領(lǐng)鑰匙時(shí)，車(chē)門(mén)鑰匙管理系統(tǒng)會(huì)讀取機(jī)統(tǒng)6系統(tǒng)的信息，如果沒(méi)有機(jī)車(chē)故障需要維修的信息，則不允許行修人員領(lǐng)取鑰匙；如果讀到機(jī)車(chē)故障信息，則將所有需要維修的機(jī)車(chē)列出來(lái)，行修人員選擇某臺(tái)機(jī)車(chē)后領(lǐng)取鑰匙。流程如圖5所示。

圖5 行修人員領(lǐng)鑰匙流程

其余人員領(lǐng)鑰匙流程：除了司機(jī)和行修人員外，其余人員領(lǐng)鑰匙的流程相同。取鑰匙時(shí)要選擇或輸入車(chē)型，輸入車(chē)號(hào)，刷臉認(rèn)證后，要由地檢組的人員確認(rèn)才能領(lǐng)取鑰匙，領(lǐng)鑰匙流程如圖6所示。

圖6 其余人員領(lǐng)鑰匙流程

2.2.4 UI設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制端功能涵蓋視頻監(jiān)控、作業(yè)臺(tái)賬、基礎(chǔ)信息及后臺(tái)等管理功能，UI如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)控制端

系統(tǒng)操作端功能涵蓋車(chē)門(mén)鑰匙、天窗鑰匙、隔離開(kāi)關(guān)鑰匙的領(lǐng)用及歸還，我們展示車(chē)門(mén)鑰匙管理UI如圖8所示。

圖8 智能柜操作端

3 創(chuàng)新性和先進(jìn)性

機(jī)車(chē)鑰匙智能管理系統(tǒng)范圍基本涵蓋了鑰匙管理所有的服務(wù)對(duì)象，包括鑰匙存放的盒子、盒子所在的柜子、智能鑰匙柜所使用的段網(wǎng)IP地址、機(jī)車(chē)鑰匙的車(chē)型車(chē)號(hào)、隔離開(kāi)關(guān)鑰匙所管理的股道、鑰匙的流轉(zhuǎn)臺(tái)賬。除此之外，系統(tǒng)還包括了部門(mén)權(quán)限、實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的功能，實(shí)時(shí)監(jiān)控可以實(shí)時(shí)反應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息。

采用websocket通信技術(shù)+輪詢(xún)的方式進(jìn)行客戶(hù)端與服務(wù)端的通信，可以在機(jī)務(wù)段內(nèi)任意電腦上審批作業(yè)人員在柜子上發(fā)起的鑰匙申請(qǐng)。

采用目標(biāo)最優(yōu)解算法進(jìn)行設(shè)備存放，無(wú)需固定設(shè)備存放位置，選擇綜合使用次數(shù)最優(yōu)的空閑盒子存放設(shè)備，降低設(shè)備損耗。

采用生成電子臺(tái)賬的方式取代現(xiàn)有的手工填寫(xiě)臺(tái)賬的方式，科學(xué)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的生成電子臺(tái)賬。減少了人力資源，為機(jī)務(wù)段機(jī)車(chē)設(shè)備臺(tái)賬的管理和維護(hù)減輕了壓力，提高機(jī)務(wù)段運(yùn)營(yíng)管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

“機(jī)車(chē)鑰匙智能管理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了乘務(wù)鑰匙管理的信息化、智能化，也將是從根本上改變現(xiàn)行機(jī)車(chē)鑰匙的管理模式，提升工作效率，保障生產(chǎn)組織，且具有較強(qiáng)的實(shí)用性和普遍的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)該系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)及應(yīng)用，期望能產(chǎn)生良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，并為中國(guó)鐵路事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。