基于物聯(lián)網(wǎng)的鐵路車輛探傷設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 煒

（中電科鵬躍電子科技有限公司，山西 太原 030006）

鐵路車輛檢修探傷設(shè)備是機(jī)車車輛檢修單位生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，車輛關(guān)鍵部件的探傷是機(jī)車車輛檢修工藝中的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，探傷設(shè)備工作的穩(wěn)定性決定機(jī)車車輛檢修單位的生產(chǎn)效率。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，運(yùn)用信息化手段開展關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控與管理，能夠有效地保障生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)能穩(wěn)定，同時(shí)也有助于延長(zhǎng)關(guān)鍵設(shè)備使用壽命。

1 車輛檢修單位關(guān)鍵設(shè)備管理的研究背景

隨著鐵路車輛系統(tǒng)生產(chǎn)力布局調(diào)整的不斷深入，車輛檢修單位的產(chǎn)能對(duì)保障鐵路生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)陌踩c穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。車輛檢修單位關(guān)鍵設(shè)備的開工狀態(tài)對(duì)產(chǎn)能的釋放產(chǎn)生重大影響。因此，加強(qiáng)車輛檢修單位關(guān)鍵設(shè)備管理、保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要，關(guān)乎車輛運(yùn)行安全的輪對(duì)探傷設(shè)備是管理重點(diǎn)之一。探傷設(shè)備的開工狀態(tài)、探傷工人操作、日常維修與保養(yǎng)等各環(huán)節(jié)直接影響車輛的檢修質(zhì)量。探傷設(shè)備的工作狀況、機(jī)能情況、設(shè)備檢查情況以及每臺(tái)設(shè)備的工作效率，是車輛段、車間管理層必須實(shí)時(shí)掌握的基本信息，同時(shí)也是車輛管理部門調(diào)整生產(chǎn)力布局決策的數(shù)據(jù)支撐來源。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，信息化技術(shù)、傳感技術(shù)、射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的融合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)探傷設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理，有效保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行與及時(shí)維修維護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命周期。

2 車輛檢修單位探傷設(shè)備管理需求

現(xiàn)階段車輛段對(duì)探傷設(shè)備的管理，普遍采用操作人員點(diǎn)檢和維修人員巡檢互控進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)檢查之后再進(jìn)行機(jī)能檢查校驗(yàn)的工作方式，填寫檢查記錄單和打印機(jī)能檢查單，機(jī)能合格后開工使用[1]。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，容易出現(xiàn)以下問題：簡(jiǎn)化作業(yè)、記錄填寫不規(guī)范等現(xiàn)象；紙質(zhì)記錄單存檔造成數(shù)據(jù)無法有效利用；生產(chǎn)過程中現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素對(duì)設(shè)備的影響不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決導(dǎo)致設(shè)備故障，故障判斷無法通過工作環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來排查；車間管理者對(duì)故障修復(fù)時(shí)間不能及時(shí)掌握，影響生產(chǎn)進(jìn)度；車輛檢修單位決策者無法通過數(shù)據(jù)來分析判斷產(chǎn)能是否符合預(yù)期等。為解決現(xiàn)階段設(shè)備管理存在的問題，以問題為導(dǎo)向引出實(shí)際的管理需求。

1）采用信息化手段，改變傳統(tǒng)紙質(zhì)檢查單的填報(bào)方式，通過移動(dòng)終端開展點(diǎn)檢、巡檢、機(jī)能檢查并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)檢索和分析。

2）采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)操作人員和維修人員進(jìn)行身份感知識(shí)別，并進(jìn)行檢查流程作業(yè)互控，實(shí)現(xiàn)作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化。

3）采用傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫濕度、設(shè)備工作電壓電流、磁力強(qiáng)度、紫外線光照度等，按照設(shè)備工作參數(shù)進(jìn)行配置，設(shè)置預(yù)警閾值，記錄異常情況，用于故障檢查與分析[2]。

4）采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)并采用故障及時(shí)報(bào)修、遠(yuǎn)程停機(jī)、自動(dòng)派單、修復(fù)反饋、遠(yuǎn)程開機(jī)等手段，保障設(shè)備及時(shí)修復(fù)投產(chǎn)。

5）將各類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，可通過數(shù)據(jù)分析處理，對(duì)生產(chǎn)情況、故障情況、檢修情況等專項(xiàng)分析，供車間、車輛段、路局生產(chǎn)決策者參考，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的信息實(shí)時(shí)掌握[3]。

3 系統(tǒng)架構(gòu)與硬件布置

系統(tǒng)架構(gòu)采用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成（見圖1）。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

感知層主要實(shí)現(xiàn)對(duì)探傷設(shè)備的工作狀態(tài)及周邊環(huán)境進(jìn)行智能感知、信息采集處理和自動(dòng)控制。通過各類傳感器對(duì)環(huán)境與工況進(jìn)行采集和分析，如光照/紫外輻照傳感器、工作電壓電流傳感器、磁力傳感器、溫濕度傳感器等，代替操作人員通過手持儀器進(jìn)行測(cè)試和記錄。在磁粉探傷設(shè)備的關(guān)鍵檢修點(diǎn)布置點(diǎn)位RFID標(biāo)簽，由設(shè)備的操作人員與維修人員通過標(biāo)簽識(shí)別和檢查完成規(guī)定檢修作業(yè)工作，同時(shí)通過互控操作完成開工前檢驗(yàn)。所有傳感器、RFID設(shè)備以總線方式或物聯(lián)網(wǎng)通信方式通過硬件中間件進(jìn)行連接，所有采集數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳。

網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，網(wǎng)絡(luò)層可依靠已有的鐵路辦公網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、4G/5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)感知層和應(yīng)用層的數(shù)據(jù)交互。

應(yīng)用層包括應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施/中間件和各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施/中間件為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供信息處理、計(jì)算等通用基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施、能力及資源調(diào)用接口，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)備管理方面的各種應(yīng)用，包括相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)調(diào)用和移動(dòng)應(yīng)用。以探傷設(shè)備為例，所涉及的系統(tǒng)除本身的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)外，還有鐵路客車/貨車技術(shù)管理信息系統(tǒng)（K/HMIS）[4]、設(shè)備管理信息系統(tǒng)（EMIS）、績(jī)效考核系統(tǒng)等[3]。

4 主要功能模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用C/S和B/S兩種體系結(jié)構(gòu)，分別為：探傷設(shè)備客戶端/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（C/S）；遠(yuǎn)程WEB客戶端（含移動(dòng)APP）/WEB服務(wù)器（B/S）。其中探傷設(shè)備客戶端軟件利用設(shè)備自有工作站主機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集以及通過互聯(lián)網(wǎng)接收和發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令。遠(yuǎn)程WEB客戶端（含移動(dòng)APP）通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，可向受控探傷設(shè)備發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)操作人員與維修人員的點(diǎn)檢與巡檢互控以及對(duì)探傷設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程分析和故障診斷等。

1）系統(tǒng)設(shè)置。客戶端系統(tǒng)設(shè)置主要進(jìn)行設(shè)備的參數(shù)設(shè)置，包含設(shè)備的編號(hào)、名稱、局名稱、單位、車間、班組等基本信息，還包括上傳數(shù)據(jù)的目標(biāo)服務(wù)器IP地址、本機(jī)監(jiān)控所采集的數(shù)據(jù)源路徑等。

2）點(diǎn)檢與巡檢互控。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以RFID身份感知識(shí)別為基礎(chǔ)的點(diǎn)檢與巡檢互控作業(yè)模式，確保標(biāo)準(zhǔn)化點(diǎn)檢與巡檢工作的落實(shí)。在點(diǎn)檢與巡檢要檢查的設(shè)備關(guān)鍵部位設(shè)置RFID標(biāo)簽，按檢修規(guī)程要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)備檢查，同時(shí)點(diǎn)檢與巡檢人員對(duì)雙方工作內(nèi)容確認(rèn)后，設(shè)備才可正常開工生產(chǎn)。后臺(tái)監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)采集探傷設(shè)備的日檢信息、紫外輻照信息、季檢信息、微機(jī)操作信息和點(diǎn)檢與巡檢記錄等信息并實(shí)時(shí)上傳，從源頭上規(guī)范作業(yè)流程。

3）故障報(bào)修與維修派單。系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)了設(shè)備故障報(bào)修和維修派單功能，當(dāng)探傷設(shè)備在使用過程中發(fā)生故障后，操作人員通過客戶端或移動(dòng)客戶端的故障報(bào)修功能，將設(shè)備信息和故障現(xiàn)象發(fā)送到管理部門；管理部門收到故障報(bào)修信息后，通過分析該設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，確定故障等級(jí)，來決定下達(dá)停機(jī)、檢修或整改指令，同時(shí)也派單給維修人員?？蛻舳私邮盏街噶詈?，自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備控制，由設(shè)備維修人員進(jìn)行故障排查與處理。故障處理完畢，由維修人員填寫處理結(jié)果后，設(shè)備恢復(fù)正常使用。

4）設(shè)備狀態(tài)瀏覽。設(shè)備狀態(tài)瀏覽設(shè)計(jì)兩級(jí)瀏覽模式，一級(jí)可直觀查看所轄各家單位所有探傷設(shè)備的開工狀態(tài)情況，包含所屬單位、車間、設(shè)備編號(hào)、實(shí)時(shí)使用狀態(tài)等信息；二級(jí)可查看所選探傷設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)詳細(xì)情況，包括點(diǎn)檢與巡檢、日檢、季檢、環(huán)境、設(shè)備操作記錄等信息。

5）點(diǎn)檢與巡檢記錄。通過該功能，可看到點(diǎn)檢人員何時(shí)進(jìn)行的點(diǎn)檢或巡檢以及監(jiān)控設(shè)備的點(diǎn)檢與巡檢過程記錄。當(dāng)設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)故障時(shí)，通過點(diǎn)檢記錄可相應(yīng)地看到探傷設(shè)備點(diǎn)檢故障，提醒設(shè)備維修人員及時(shí)進(jìn)行檢修然后再確認(rèn)；也可看到點(diǎn)檢或巡檢確認(rèn)的時(shí)間和人員，可清晰地顯示是否在點(diǎn)檢與巡檢作業(yè)上實(shí)現(xiàn)了互控，并且對(duì)于探傷設(shè)備重點(diǎn)檢查點(diǎn)的故障一目了然。

6）分類歷史數(shù)據(jù)查詢。系統(tǒng)圍繞探傷設(shè)備工作過程中所產(chǎn)生數(shù)據(jù)進(jìn)行大項(xiàng)分類，通過分類歷史數(shù)據(jù)查詢可直觀看到和分析一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的設(shè)備機(jī)能情況、點(diǎn)檢與巡檢情況、設(shè)備操作情況、環(huán)境數(shù)據(jù)、故障報(bào)修數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)程控制指令下發(fā)與反饋情況，這些數(shù)據(jù)經(jīng)后期分析處理，可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)執(zhí)行情況、設(shè)備產(chǎn)能、故障診斷與維修起支撐作用。

7）遠(yuǎn)程控制。該主要功能分為3個(gè)部分：一是遠(yuǎn)程控制指令，用于管理人員根據(jù)瀏覽到的設(shè)備機(jī)能信息和故障報(bào)修信息，來對(duì)故障設(shè)備發(fā)送遠(yuǎn)程停機(jī)指令或強(qiáng)制檢修指令；二是反饋查詢，用于管理人員瀏覽遠(yuǎn)程控制指令的相應(yīng)情況，判斷車間人員是否及時(shí)到崗處理相應(yīng)問題；三是故障查詢，用于查詢?cè)O(shè)備的保修基本歷史情況，便于管理人員及時(shí)掌握設(shè)備故障的動(dòng)態(tài)。

5 結(jié)論

檢修檢測(cè)類設(shè)備管理是鐵路車輛檢修單位企業(yè)管理的重要內(nèi)容，做好關(guān)鍵設(shè)備的管理工作，對(duì)于保證企業(yè)生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、增加經(jīng)濟(jì)效益、優(yōu)化生產(chǎn)力布局等方面都具有重要意義。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)、RFID標(biāo)簽識(shí)別、圖像與視覺識(shí)別等技術(shù)的融合應(yīng)用，為相關(guān)管理部門提供了遠(yuǎn)程管理探傷類重點(diǎn)檢修檢測(cè)設(shè)備的手段，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)的信息實(shí)時(shí)采集和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析，有利于檢修單位各部門間協(xié)同工作和信息管理。目前，該原型系統(tǒng)試用于鐵路車輛段的CJW-3000III型熒光磁粉探傷機(jī)的設(shè)備管理中，系統(tǒng)可隨著企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況進(jìn)行調(diào)整和改造，同樣適用于其他關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)控管理。因此，設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的鐵路車輛探傷設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)車輛檢修單位設(shè)備管理能夠起到積極的指導(dǎo)作用，具有較好的應(yīng)用推廣前景。