基于J2EE的机车检修作业综合管理系统的设计与实现

熊歆斌　修少鹏　刘丽丽

摘要：为有效的解决机务段检修作业的管理，分析了机车检修过程的特点，采用J2EE技术完成检修作业综合管理系统的搭建，着重分析了SpringMVC框架在实际问题中的应用，包括JPA技术实现数据的访问层，HTML5技术實现用户视图，二维码/条码唯一识别等。通过实际运用，系统达到了设计目标，简化了机车检修过程中的工作，提高了机车检修作业管理的效率和质量。

关键词：检修作业；J2EE；SpringMVC；JPA；HTML5；二维码/条码

中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）22-0068-07

1概述

中国铁路总公司下属十八个铁路局（集团公司）近60个机务段，担负起了全路上万台客、货运、调车和小运转机车的运行、检修、整备等机务系统工作。机务系统工作一般采用传统的人员管理办法、手工记录的管理手段、分散的检修方法等，但这种工作模式已逐渐满足不了机车检修和铁路运输的实际需求，因此，铁路检修工作的信息化管理迫在眉睫。

随着互联网技术的不断提高和政府的“互联网+”政策的提出，以及铁路跨越式发展引领的机车检修理念的变革，国内开发出了一些适用检修管理的系统，如华中科技大学2006年开发设计的机车检修管理信息系统，兰州交通大学2008年开发设计的铁路机车检修质量管理信息系统等。同时，国外的一些发达国家也开发出了基于计算机应用的机车检修信息系统，例如德国的ICE城际快车检修信息系统，美国通用的智能列车故障遥测监控系统，日本列车检修管理系统等，在一定程度上提高了机车的检修质量和检修效率。

综上所述，国内外已有计算机技术应用于机务检修，并形成了各自特色的机务检修信息类管理系统，但在实际使用过程中，还存在着一定问题，如没有很好地将机车部件的管理与检修生产管理结合起来，机车检修成本的有效考核和控制也未能充分实现，持续升级及功能扩展也未能满足等，这都制约了机务检修信息化的发展。

系统将机车部件与检修生产管理相结合，实现成本的有效考核和控制，并对系统功能进行扩展，开发和设计了检修管理过程的综合作业平台。第2节给出系统需求分析与业务流程。第3节给出系统结构与功能设计。第4节给出系统的创新点。第5节给出研究结论。

2系统需求分析与业务流程

机车检修作业综合管理系统根据现场实际情况，实地考察车间、班组、领料库、经济室等部门的工作流程，给出了具体的需求分析和业务流程。

2.1系统需求分析

根据机车检修现场的情况，可概括为五大问题：

1）机车检修流程化问题

现场机车检修作业的过程通过人工方式通知各检修班组长，并通过沟通与协调来分配各个检修作业，未能实现机车检修流程化。针对该问题，开发检修计划管理模块、检修过程模块、检修记录模块等功能，旨在完成机车检修的流程化问题。

2）机车台位使用问题

现场台位管理是通过放置揭示板，人工书写出入的车辆，为此，经常出现机车状态无法正常显示，机车出入库状态混乱等问题。针对该问题，开发机车检修动态电子地图模块，帮助管理者实现调度生产计划编制、车位调派等功能。

3）成本管理问题

机车检修过程中各班组按照在修机车状况领料，领料时需填写班组领料卡，车间核算室对班组领料卡进行审核，审核通过开具材料支出票，并通过EXCEL格式保存至电脑。录入的内容包括物资编号、物资名称、单价、数量、车型、修程等。由于EXCEL的局限性，对于每月3000种左右的材料需要用大量的时间来进行统计与分析。同时，对于班组的超支、超领或冒领无法实时的进行监控和警戒。对于某一种材料或配件使用频率及动态趋势不能一目了然。针对该问题，开发成本管理模块，实现领料管理，支出统计管理，成本管理等功能。

4）配件管理问题

①配件采用手工填写纸质检修卡的方式进行保管。检修卡在运输或管理过程中极易发生丢失，造成配件的修理信息无法追踪。

②配件清单采用EXCEL表格和人工填写管理，无防篡改功能，进行数据统计和图表分析困难。

③配件账目与实体核实实现困难。

④无法实现配件保有量预警。

⑤配件周转信息不全，寿命管理难以实现。

⑥配件分存管理，出入库管理难统一。

针对以上的六个问题，开发配件管理模块，通过二维码/条码的方式对配件信息进行保存，实现配件出入库登记，查询，委外修，保有量预警等功能。

5）人员绩效考核问题

现场工作人员通过考勤机打卡上下班，管理人员通过拷贝出考勤机中的人员信息统计人员的上下班情况，并人工计算奖惩金额。同时，工作人员的工作内容通过手工填写记名修的方式进行统计分析。工作量大和繁琐，容易出现错误。针对该问题，开发工作量与绩效管理模块，实现考勤，请假，考核，奖金分配的功能。

2.2系统业务流程

通过现场实际调研来分析机车检修作业的业务流程。通常机车入库文件下达后，做机车计划，机车实际入库后，对机车车身和机车配件进行修理，工作人员对工作内容进行工作分值录入。具体流程如图1所示。

3系统结构与功能设计

根据现场的实际情况，制定了该系统的硬件结构和软件架构，并根据实际需求设计了检修调度指挥模块、检修过程模块、检修质量控制模块、检修成本管理模块、配件管理模块、工作量与绩效管理模块等。

3.1系统硬件结构

充分考虑目前机务段已有信息化设备设施状况，以及所需要解决的问题，机车检修作业综合管理系统的硬件部署在生产作业现场、中心调度大厅、信息机房等位置。其结构如图2所示：

3.2系统软件架构

机车检修综合作业管理系统采用J2EE技术开发，B/S（浏览器/服务器）轻用户端结构，中间件使用Apache Tomcat，数据库使用mySQL，并支持各种主流数据库格式。基于对机务段（检修段）业务需求分析及信息系统的建设需求，系统的软件总体架构由数据库管理系统、数据库连接池、中间件及应用服务构成，如图3所示：endprint

平台总体架构中的各个部分都不是独立存在的，而是相互关联的。数据库管理系统是平台的基础，数据库连接池为中间件与数据库管理系统提供延展性与伸缩性，应用服务是架构的核心，提供完整的机车检修作业系统流程管理。

3.3系统关键技术

1）本系统采用HTML5技术实现用户视图，保障用户在多浏览器支持（Microsofi IE、Firefox、Chrome等）的同时也支持多设备的无差别显示（电脑、平板、手机等）。

2）采用传统的账号密码认证、指纹识别、ID Card刷卡识别等多种认证方式，保障系统的安全性、稳定性及数据的准确性，各个应用部门可根据自身需要选择合适的方式进行系统的认证工作。

3）采用可视化（拖拽方式）、数据录入（固定格式）等两种不同方式定制机车、配件检修流程，满足各个机务段不同用户的需求，保障系统的易用性。

4）应用二维激光打码技术，结合现场环境，通过打码载体及打码形式的多次筛选，在配件管理中，选用专有标签，实现了配件周转的二维标识管理，实现配件段内周转查询及委外跟踪。通过配件入库、配件出库和配件明细等配件周转过程中的二维码，条码登记及索引，优化了中心配件库的管理能力，减少了职工的工作量，使配件的出库、入库、配件数量更加准确可靠，为生产网络的运行提供了支持。

5）机车、配件检修过程中会产生大量的数据，系统采用大数据管理技术，可对机车、配件检修过程中的数据进行实时汇总、解析、处理，并采用可视化技术对机车、配件检修过程进行实时的展现，保障机车、配件检修的过程稳定运行，并可对上述过程中发现的问题进行质量追控。

3.4功能模块设计

检修作业管理系统主要完成的功能模块有调度指挥管理、检修过程管理、质量控制管理、成本管理、配件管理、工作量与绩效管理等。

3.4.1检修调度指挥模块

检修调度指挥通过调车管理和检修动态电子地图来管理各型机车的出入库。其中调车管理由调度员实时录入机车的相关信息，并将机车调入到相应的位置。调车管理如图4所示。

检修动态电子地图通过调车管理，可完成机车的实时调派和台位配属。检修动态电子地图，能实时显示检修区域内台位和股道占用情况、机车排列顺序情况、机车状态信息，其中，机车状态信息通过为机車设置不同颜色来判别机车当前的状态，如绿色代表修复后机车，红色代表待修机车，黄色代表在修机车等。同时点击任意机车能够清楚看到该机车人台时间、检修状况等信息，为机车后期质量分析提供了数据来源。检修动态电子地图如图5所示。

3.4.2检修过程模块

检修过程管理模块，主要实现检修标准管理、机车和配件检修过程管理等功能，其中，图形化实时展现生产动态、机车动态、执行进度、各检修工艺流程进度等。实现对机车及配件的拆解、清洗、检测、修理、组装、试验、交验等各环节实际进度与计划进度的自动比对，及时发现和处置影响检修进度的环节和问题。检修标准管理中通过配置相应的机车网络图来实现机车作业内容的流程化。网络图的配置如图6所示。

根据机车车型和修程配置机车的生产节点，工人根据当天的任务进行开工和完工确认，具体完成功能如图7所示。机车检修工艺流程是以每半天为节点，班组按照时间节点完成相应的生产任务，由班组长进行确认。通过对生产任务设置不同的颜色来实时显示工作进度，若生产任务未开始，网络不变色；若生产任务正在进行中，网络变为黄色；若按时完成生产任务，网络变为绿色；若未按时完成生产任务，网络为红色。车间生产调度室调度长可通过该网络图确认各班组生产进度情况，并对生产进度进行及时调整。生产任务网络图如图8所示。

完工的班组则可填写电子版记名修，系统会将累计的量值记录到个人的绩效中，实现的具体功能如图9所示。应用该模块，有效避免了在检修生产过程中人员的出勤、开/完工时间的随意性，从而提高了生产效率，降低了检修质量问题发生的概率。

3.4.3检修质量控制模块

检修质量控制模块是对各车型不同修程（包括大修、中修、小修、辅修、临修）过程中的检修范围、检修项目（含机统28、机车检修技术状态书、超范围修、普查整修、技术加装改造等）、检修标准、检修工具、量具、安全作业提示、作业时间、检修结果（检测、试验等检修数据）、记名检修（作业者、工长、质检员、验收员等）、检修用料等录入和查询功能的实现。

其中，根据普查整修要求和技术加装改造要求，进行普查整修项目登记和技术加装改造项目登记并纳入检修工单管理。记录普查整修/技术加装改造进度及结果，改变了过去人为控制，经常出现机车没有进行彻底加改或彻底整治造成机车故障的情况。

现通过加改文件在系统中进行控制，每台机车加改的时间、加改的数量、应加改多少台、现已加改多少台实时显示，加改后机车变为绿色，加改的机车为红色，在文件夹中进行整体记录，未按时完成的进行分析，及时进行调整，确保加改和整治各项任务的完成，有效提高了机车检修质量。

普查/技术加装改造实现如图10所示。

同时，可对机车故障进行分析，包括故障的车型、次数、位置等。具体实现效果如图11所示。

3.4.4检修成本管理模块

成本管理是直接关系到机务段检修生产效益的重要组成部分，控制成本、减少浪费是所有检修部门关注的重点。信息化技术的大力发展，使企业精益化成本管理在客观上成为可能。实施成本的计算机网络化管理，使成本控制更加趋于过程化、合理化，同时提高了成本管理的效率和成本分析的实时性。

检修成本管理模块实现了领料管理、材料费支出统计分析、成本定额等功能，使得成本控制从繁重的手工操作中解脱出来，提高了工作效率，做到核算工作事半功倍。从管理上达到了动态调整、过程控制、预算分析，提高预算管理的全面性、科学性、实效性。endprint

其中，领料单管理可对任何一种材料的金额、数量、领取班组、车型、车号、修程等信息进行记录、导出、合计等功能。具体实现结果如图12所示。

成本定额是指为每个待修机车规定的修理成本，其中包括机车的车型、修程、科目、定额、列支范围等。该模块也将统计结余和超支。成本定额的结果如图13所示。结余和超支则以柱状图的形式展现出来，如图14所示。

3.4.5配件管理模块

配件采用二维码自动识别技术进行唯一标识，实现全生命周期管理。

配件管理模块主要实现了配件出入库、配件库存汇总、大型配件周转、配件委外修、质量追控等功能。其中，配件出入库是对配件出库和入库的登记；大型配件周转是指由于配件库存问题，机务段之间进行的临时交换；配件库存汇总是指对库中配件的个数的统计，并对配件保有量进行预警；配件委外修是指配件在其他机务段进行检修，系统对该类配件进行的记录；质量追控是指配件在未使用或使用时发生故障而返回到厂家进行修理，系统对其登记。

配件入库信息包括配件编号、配件名称、配件来源、入库时间、入库班组、送件人、库管员、二维码/条码、库存状态等信息。具体效果如图15所示。

配件库存汇总管理信息包括配件编号、配件名称、保有量最大值、保有量最小值、配件实际数量、库存状态等信息。库存状态中对配件小于保有量最小值的配件进行“不足”预警，对大于保有量最大值的配件进行“超额”预警。具体效果如图16所示。

配件管理模块的成功运行实施，解决了原有配件管理过程中配件检修卡手工填写繁琐易错、配件管理台账数据统计和分析困难、配件账目与实体核实困难、无法实现配件保有量预警、配件码放混乱、配件周转信息不全、配件分存无法管理等诸多问题。优化了配件管理，减少了职工的工作量，使配件的出库、入库、配件数据更加准确可靠。

3.4.6工作量與绩效模块

绩效考核关系所有人员切身利益，对规范管理，维护部门稳定，促进员工的工作积极性起着至关重要的作用。

机车检修作业综合管理系统利用指纹考勤设备，与其余信息化系统进行数据交互，从工作日常考勤、工作单日常考核、安全运用等多角度，采取统一分值配置的方式，完成了对于所有员工日常工作量和工作情况的定量统计，并结合检修过程管理模块的记名修统计结果进行考核，使得考核结果有理可溯、有据可查，绩效分配更为合理规范。考勤统计效果和考核管理效果如图17、图18所示。

4系统的创新点

1）系统采用JPA技术实现数据的访问层，通过数据持久层技术创建检修数据的实体一关系模型，根据原始数据的映射关系进行分析处理，动态创建机车检修计划，机车和配件检修过程中的超时预警，配件库存预警及全生命周期数据统计汇总，JT6、JT28（机务段已存在的系统）提票故障部位分析、临修定责分析、车间及班组成本分析等。

2）系统基于机车和配件检修过程中产生的数据进行实时更新、分析、汇总可量化机车和配件检修全过程，在保障机车检修和配件检修质量的同时为管理者完善检修流程、质量的追控、绩效考核、控制生产任务的顺利进行提供了决策支持。

3）系统面对机车和配件检修大数据处理高并发、低延迟、高吞吐量的要求，采用支持工作流驱动下的异构数据分析处理方法及相关的工具软件，实现动态数据源（异构系统）和数据流水线（系统产生的机车、配件检修数据）的数据全生命周期管理、监控和调优，将通用检修生产管理组件模块与对应的大数据处理框架及通用处理算法库进行并联，为检修作业管理提供流程化、模块化、高通量、可扩展、可推广的解决方案。

5研究结论

通过信息化平台解决机车检修过程中流程网络化、机车检修过程中检修分配、机车检修过程中质量控制、生产过程动态监控管理、机车履历分析、机车检修过程中配件数字化管理、机车配件寿命分析、机车故障分析、机车事故责任分析、检修成本控制、职工工作工效挂钩、职工工作业绩评定依据、职工奖金分配等问题。并采用HTML5、传统的账号密码认证、指纹识别、ID Card刷卡识别、人脸识别、二维码、条码技术、大数据管理等技术最终实现了如下所述的结果。

1）实现了机车检修管理网络化，及时传递、交流信息，共享资源；

2）实现了机车检修生产管理、配件检修流程规范化管理，进行检修成本分析及质量控制管理；

3）监控机车配件管理全过程，并记录全部活动和各种文档；

4）继承已有系统的数据和电子资料，实现了原有系统的数据导人；

5）实现了机车检修相关信息的建档、查询、统计等辅助决策。endprint