基于一体化管理的动车组运用检修作业过程控制系统研究

郑 敏 ，于东洋，宁松成，吴诗春

(1 南昌铁路局 福州动车段，福建福州350018;2 北京京天威科技发展有限公司，北京100085)

近年来，铁路旅客运输中动车组的应用可谓异军突起，规模不断扩大，车型逐渐增多，这对于动车组运用检修的生产组织、现场管理、质量控制等工作提出了更高的要求，为切实提高维修保养质量保障动车组安全运行，需进一步深化检修现场信息化管理程度。因此，有必要利用先进的信息采集技术，对现场检修过程的质量进行有效管理，进行采集、整合、分析、监控动车组一、二级修任务执行及运用故障处理等过程的关键信息，达到促进生产作业的规范化、科学化、制度化目标，努力实现“数字铁路”安全管理目标，保障安全质量、提高管理效率。

1 检修现场管理的现状

运用所检修现场主要业务包括定检作业(一、二级修)和运用故障两大部分，定检作业主要是进行固定项目的检修，作业线路相对固定;而运用故障的发生具有随机性，修复状况需要动态跟踪。目前，动车系统现已全面推广使用的动车组管理信息系统，较为完整的实现了动车组配属、履历、计划、故障等5大业务模块功能，不过在运用检修过程管理方面，尚未贴近现场管理需要。检修过程数据的获取与采集，主要依靠检修库端头等固定地点的触摸一体机，工作者在每个工作节点到工位机处打卡确认任务，用以记录作业完成情况。而动车检修场地较大，动车检车线长通常超过500 m，工作者来回奔波于固定处所的工位机打卡操作，占用了大量工作时间，具体问题如下:

目前，动车组运用检修现场管理主要存在以下问题:

(1)作业过程监控手段有待提升。现场管理主要依赖人控，管理者无法对工作者检修作业情况进行实时有效监控，无法进行及时有效的调度安排，无法实现远程可视化管理。

(2)作业秩序、作业质量控制难。动车组仅一级修的检修任务就多达百项，作业者在检修过程中容易发生检修项目漏检、漏修或重复作业的问题。此外，对于三电、保洁等外单位人员作业过程与动车组检修衔接松散，作业情况不能有效掌控，“一体化”作业管理难以落实。

(3)流程卡控缺乏保障。遗留故障不能自动跟踪提醒，故障处理过程未做到流程化卡控处理，故障信息都是事后登记甚至信息虚报，对故障的闭环管理无法落到实处。

(4)工序衔接过程有待优化。故障和物料无法挂钩，无法做到快速反馈更换配件信息至材料库并实现到料提醒，材料室与工作者间信息交流的脱节，使得材料室无法及时了解配件更换的需求情况，无法做到提前预备、及时发送。

2 过程控制设计

2.1 设计思路

根据现场作业特点，动车运用所检修现场管理的关键是动车组检查、维修过程控制，其主要内容就是一、二级修标准化作业流程及关键任务的卡控，目的是辅助工作者检修作业，避免漏检漏修、简化作业，加强故障物料挂钩，提高故障处理效率，确保检修质量，促使运用检修作业过程标准化、高效化。例如生产日计划编制下达后，班组作业者可远程及时获取相关任务;检修过程中，系统根据作业者的车组、号位信息，实现当前位置(部位)作业项目和故障任务的自动提醒，并便于作业者及时确认任务完成情况;同时，工长与作业者可便捷获取已派活的故障信息，在现场完成故障登记、故障处理回填、故障复查、提报物料申请并查看物料库存信息。

对此，如何实时确定工作者位置，将检修任务(故障)与工作者及所在位置动态关联，是影响本系统成功的关键。由于检修范围涵盖动车顶部、车厢内部、车厢两侧以及车底，检修位置(部位)较广，检修项目较多，这就需要精确定位工作者处所，以获取准确而适量的任务信息。在定位技术中，应用普遍的A－GPS定位、Wifi基站定位、Zigbee定位等方式，既有的终端产品都无法满足复杂站场高精度定位的应用要求。

于是，在对几种中短距射频识别定位技术反复测试后，综合考虑终端设备成本、体积以及适用性等因素，最终选择超高频射频标签技术(UHF－RFID)来实现位置识别。设计方案是在车体各部位安装超高频电子标签，使用集成了RFID识别模块的移动数据采集终端(手持机)读取标签信号，以定位工作者当前位置，从而获取相应的检修任务和故障信息。

2.2 系统结构

检修现场质量卡控系统从工位级应用出发，共享动车组管理信息系统的车组基本履历信息，是一套相对独立的智能化管理系统。系统网络拓扑结构如图1所示。

图1 系统总体结构

从图1可以看出，系统集成包括后台数据服务中心、监控分析中心及前端数据采集终端3大部分:

(1)数据采集终端

数据采集终端为智能操作系统手持机，集成了传感定位、数据通信、图像语音等模块，其传感识别的有效距离为1～160 cm，以斜挎或手持方式携带。手持机应用对象主要为工作者、工班长、质检员，一方面通过射频识别模块捕获存储了车组车号部位数据的电子标签信息，以对作业者前进方向和位置进行确定，另一方面通过无线通信模块与数据服务中心进行信息同步，采集任务文本及图像信息。为简化用户操作维护操作，数据采集终端实现了智能的自动扫描标签、自动同步数据、自动下载升级与自动校准时钟。

(2)数据服务中心

数据库服务器群(包括本系统数据库、动车组信息系统数据库、材料管理系统数据库)数据与应用服务器群(包括Web应用、Web service终端数传应用、Web service外部接口应用)组成了系统完整的数据服务中心，可以部署在动车段、动车所两级。其中，本系统数据库与其他系统数据库通过Web service外部接口应用进行数据共享，而数据采集终端访问数据库则依赖Web service终端数传应用。考虑到站场环境的复杂性，移动终端位于车底地沟的部分位置可能失去网络连接，系统设计既满足实时在线同步操作，也满足脱机离线本地操作，在网络可用时再自动与数据库服务器同步数据。

(3)监控分析中心

监控分析中心分为动车段与动车所两级，通常部署在调度值班室，实现库位动态、检修动态、人员动态及车组故障等信息的图形化展示和历史数据的统计分析功能。

2.3 系统主要功能(见图2)

图2 系统主要功能模块

本系统接入的外部系统数据主要有车组基本信息及任务故障信息、材料库存信息等，其功能模块主要由标签管理、任务管理、故障管理、作业动态管理和基础数据管理5部分组成。

(1)标签管理

电子标签注册初始化，车组已注册标签信息查询等。

(2)任务管理

工作者到达检修处所时，系统自动提醒显示检修任务，以便作业者现场确认销号。可根据需要进行前后标签节点卡控设置，保障执行任务按标准流程开展。

(3)故障管理

作业者在检修作业过程中，系统自动判断作业者所在区域是否存在遗留故障，对于待料故障自动提醒到料情况，作业者还可通过手持机登记故障信息、回填处理结果、确认故障修复情况。如果检修过程中需要换料，可将配件信息通过手持机进行领料申请，系统自动返回材料的库存信息。

(4)检修动态监控

库内检修实时动态监控，显示车次出入库动态、检修作业号位人员所在位置、号位任务完成进度、一体化检修维护作业动态以及遗留故障处理信息。

(5)基础数据维护

作业指导书信息维护、作业项目维护、作业项目位置关系维护，及用户权限设置、用户角色设置以及模块权限设置等。

3 系统实施与应用

3.1 号位模型

在实际应用中，号位模型的设计，即如何对各号位作业任务按区域划分并选择合适位置安装电子标签，是影响系统能否适应现场作业的关键。如果区域分得过大，每个标签对应的任务项就会很多，不方便在手持机上查看操作，区段任务提示的价值就无从体现;相反，如果区域分得过细，标签漏读可能性会增加，同时系统维护成本会大大增加。对于CRH1A型动车组一级修作业区域划分，4个号位设置8枚起止标签、61枚定位标签，每枚标签对应的区域任务相对均衡，都在数十项左右。根据作业者行进方向的不同，号位模型中任务与标签对应关系存在两种情况，系统通过动态模型方法，手持机读取定位标签后能自动匹配显示前方区域的任务(见图3)。

图3 车体标签安装示例

3.2 辅助作业模式

系统应用时，检修作业者一次检修作业过程可简述为动车组入库后，作业者按照作业任务计划，携带手持机到达指定作业线路开始作业;作业者在检查过程中，手持机自动识别定位标签，系统自动提示区域内作业项目与故障信息，作业者及时确认已完成检修项目，查看故障信息，并回填故障处理结果;在检查过程中发现故障，现场录入故障信息，在发现需要换料维修时提交换料申请，现场查询材料库存信息;监控终端实时显示库内作业动态及遗留故障处理情况。此外，对于二级修(专项修)以按项目卡控作业开工、完工的方式进行确认，并根据项目包含的检修项点及状况进行记录，并将内外保洁、三电、加装改造等外单位作业情况纳入到系统进行跟踪管理，真正实现动车组检修“一体化”过程控制。检修过程流程图如图4所示:

在南昌铁路局科委的支持下，本系统在福州动车段进行了试点，辅助作业过程控制模式得以成功应用。通过流程化、一体化作业卡控，任务项自动提醒，有效避免了检修项目的遗漏和重复作业情况;通过对故障闭环跟踪处理，保障了待料故障的到料及时提醒与待跟踪故障的动态跟踪提醒，确保第一时间发现与修复遗留问题，同时，将故障处理与复查过程牢牢绑定到现场故障部位操作，有效促进了动车组检修质量的提高。

图4 检修作业过程应用流程

4 结束语

本文研究的动车组运用检修作业过程控制系统，通过在动车组车体关键部位安装非接触式电子标签，采用手持终端无线感应技术，作业者接近标签时自动获知相应区域内作业任务并执行，实现了检修作业过程的“一体化”管理，确保作业流程规范、进度可视、质量可控;同时，可现场即时提报物料更换申领单，获知当前可用库存或计划到料日期，通过信息整合有效提高了现场作业效率。系统自2012年8月在福州南动车所试用以来，各项功能稳定可靠，使用操作简便，符合现场工作实际需要，已经成为动车所管理与作业的重要帮手，具有良好的推广应用价值。

［1］中华人民共和国铁道部.铁路动车组运用维修规程(暂行)［S］.北京:中国铁道出版社，2007.