RFID技术在动车组零部件管理中的应用探讨

2013-08-07张正普戴建强

铁路计算机应用 2013年4期

张正普，张研，戴建强

（中国铁道科学研究院电子计算技术研究所，北京 100081 ）

动车组虽然能极大程度地提高铁路行业的客运效率和质量，然而动车组的应用在我国尚处于起步阶段，各种零部件的生产、组装及维修均处于初期，面临着动车组的生产及的检修维修问题。

目前，我国拥有包括长客、四方、唐客、庞巴迪在内的4个动车组主机厂，此外，我国已经建成并部分投入使用北京、上海、武汉、广州动车检修基地，另有西安、成都及沈阳动车检修基地正在规划建设之中。无论在主机厂还是在检修基地，都要牵涉到动车组零部件的管理问题。

国内主机厂及动车检修基地除个别组件外均采用条码作为识别动车组零部件的工具。剔除条码本身储存量少、易损坏等无法克服的短处外，在生产车间现场，由于存在油污、喷漆等无法避免的外在因素，导致条码使用起来极不方便，无法完好地起到应有的标识作用。

为了更好地跟踪和维护零件的生产及维修记录，采用RFID（Radio Frequency Identification,射频识别技术）标签是一个很好的选择。在动车组零部件适当的位置粘贴RFID电子标签，通过这一数据载体将与动车组零部件相关的信息流、实物流联系起来，实现各个环节的技术交换。

1 RFID标签在动车组零部件管理系统上的应用

RFID技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。

动车组零部件管理系统功能架构如图1所示。

其中，可根据操作距离、供电方式选择不同工作频率的RFID电子标签。由于动车组零部件在组装、检修时被识别的距离较远，且供电不便，宜采用高频无源的RFID电子标签。可根据操作方式选择固定或移动的读写设备。采用固定的读写设备对定点零部件进行卡控操作，移动的读写设备则可以方便灵活地对零部件进行数据交换，实现随时随地随机操作。

图1 动车组零部件管理系统功能架构图

2 现有RFID标签的不足与改进探讨

（1）RFID标签存储量。最简单的办法是增加额外容量，高于标准；但此方法大大增加成本，在标签需求量很大的情况下，这样做显得很不明智。另外一种可行的办法是，仅仅把标签作为一个标识，把信息尽可能地存储在相关的后台数据库里，在动车组零部件每次作业时，标签信息不变，更新的是后台相关数据。这种方法需要读写设备与后台应用程序通信时时处在良好状态。动车组生产及维修现场需均能实现有线或无线的通讯链路，使读写设备及后台程序数据交互方便。

（2）RFID标签的安全。动车组行驶速度极高，运行时轨道上“飞沙走石”，附加在零部件上的电子标签很容易被高速的石子击中而受到破坏。

需采用具有高抗冲击性能的外壳，将电子标签封装起来，进行保护。该外壳不对电子标签造成性能上的任何干扰，并具有良好的封闭性，可以防水、防尘、防酸、防碱、防静电及防电磁干扰。

（3）RFID标签的可视化。可视化涉及到电子标签的领发、装配、维护等，直接关系到其安装工艺及日后使用的方便问题。现在一般采用两种可视化方式：a.使用不干胶将打印好的标识粘贴在电子标签外壳上；b.直接在电子标签外壳上直接刻蚀。第1种方法很可能出现因粘贴不牢靠而脱落丢失的现象，并且容易受到油污污染，使字体不清楚乃至难以辨认。第2种方法难以更改信息，不便维护。

为了使RFID标签有更友好、更方便使用的可视化界面，可以在电子标签外壳上使用电子纸技术，保证无源的情况下实时显示所需信息。

电子纸的表面是一层透明材料，作为电极端使用；底部是电子纸的另一个电极，微胶囊夹在这两个电极间。微胶囊受负电场作用时，白色颗粒带正电荷而移动到微胶囊顶部，相应位置显示为白色；黑色颗粒由于带负电荷而在电场力作用下到达微胶囊底部，使用者不能看到黑色。如果电场的作用方向相反，则显示效果也相反。只要改变电场作用方向就能在显示黑色和白色间切换，组成文字或者图片显示出来。

采用电子纸技术的RFID标签，在自身变更信息时耦合产生的电流更新电子纸的显示信息，其它时候维持屏幕的显示内容是不需要电力支持的。尽管电子纸反映速度较慢，相对信息变更一次就需要保持很长时间。这样，可以使电子纸显示的内容与电子标签存储的信息保持一致。

但是，电子纸耐压力很差，很容易被异物击坏；由于RFID标签有外壳保护，可以将电子书也放在标签壳里，只需将外壳做成透明即可；既透明又坚硬的材料在动车组上已有应用。另外，电子书的价格目前还较为昂贵，由此带来的费用甚至是电子标签本身的好几倍，在实际应用尚需考虑。