一种移动式智能工具车的开发与设计

张 敏

(中国铁路西安局集团有限公司 西安机车检修段，陕西 西安710027)

随着我国现代综合交通装备制造业的快速发展，制造设备的种类、数量以及设备复杂度也随之增加。与此同时，设备维修养护工作也变得更加复杂，所需的维修工具数量和种类也不断增加。在该种情况下，若维修工作人员对工具借还、保养不当，不仅会造成其他相关维修工作无法进行，也会使工具管理陷入混乱。传统的工具管理方式主要通过人工登记的方式进行管理，不仅效率低下，耗费大量的人力。同时，也会出现工具登记遗漏、重复等问题[1-5]。

为此，本文设计了一种移动式智能工具车。该工具车集机械、电气、软件技术为一体，具有形迹管理、自动形成工具借还记录、工具借出超期报警等特点。可以进行工具集中化、自动化管理，即在生产现场放置智能工具柜，具有方便存放常用工具、自动存取、计算机管理的功能。以提高生产效率，减少工人存取、盘点的劳动量。对工具实施实时状态监测，最大限度确保工具处于可控状态，尽量减少工具遗失，从而降低由于工具失控原因而造成的事故。

1 工具车设计

本文所设计的移动式智能工具车[6-8]主要由柜体、平板电脑、身份识别单元、支架、滚轮等组成，如图1所示。平板电脑用于可视化界面显示以及触控操作，其通过支架固定在柜体的顶部。柜体为多层抽屉，根据功能可划分为控制抽屉和工具抽屉。控制抽屉内设置有蓄电池和控制单元，控制单元、平板电脑与身份识别单元电联接，其通过机械锁锁住，只有维修人员才可打开，蓄电池能够满足工具车8小时的移动工作需求；工具抽屉通过电控弹力锁锁定在柜体上，工具抽屉内放置有若干工具，每个工具下方设置有接近开关，接近开关通过信号传输线与所述的控制单元电联接。身份识别单元通过读取IC卡信息，来识别使用者的信息。

图1 智能移动工具车结构示意图

移动式智能工具车系统，采用自动识别、自动检测、计算机控制、网络通讯，实现管理员日常管理、工具借用、归还管理、数据更新等日常管理功能。依照使用人员的使用权限及要求开启电子锁，在存、取工具后能自动形成工具借出、归还记录。计算机通过监控IO控制模块中工具放置槽的接触开关状态，实现工具型号的自动识别。

1.1 硬件电路设计

移动智能工具车的硬件电路主要由主板、485模块、继电器模块、传感器、平板电脑、光敏开关等组成，如图2所示。

图2 移动智能工具车电路原理图

按下平板电脑的开机按钮，485模块开始处于待机状态，指示灯发光；光敏开关接收到485模块发出指示灯光后开始工作，此时所有的设备均会处于正常通电状态；平板电脑会在启动后自动进入智能工具车专用操作软件，软件数据库开始与485模块进行数据交换，此后操作员可以开始存取、查询等动作，智能工具车专用软件开始正常工作；操作员通过点击抽屉按钮可查询每层抽屉相对应的工具，工具存在则界面显示工具实物图片，不存在则显示灰色，并在此图片上显示借此工具人的工号、姓名、电话等信息，方便追踪；操作员通过IC卡识别登录后，可以正常借还工具；操作员点击所需工具的抽屉按钮，在点击打开抽屉按钮，动作会通过485模块和IO主板进行动作的数据传输，IO板接收到命令后开始工作，控制电磁锁工作，自动弹开对应抽屉，抽屉按钮则显示红色，表示抽屉已弹开；操作员取走抽屉内的工具后，通过传感器反馈给操作系统，此时工具图片显示灰色，并显示操作员的联系信息，系统会自动生成数据库，最后关闭抽屉。

1.2 软件设计

移动智能工具车的软件工作流程，如图3所示。

图3 软件流程图

首先是设备开启，打开电源开关，并按下电脑的电源按钮，工作指示灯亮起。经过一段时间待电脑启动完成，双击移动式智能工具车管理软件图标，即设备开启完毕。

然后进行系统初始化，根据需求设定操作员信息、系统提示时间和超期时间，并依据工具类别或抽屉编号设定工具位置信息。

之后工作人员刷卡，将能识别操作员身份的ID卡，放置于射频阅读口，如扫描成功，则会发出响声，同时要求输入密码；电脑自动生成刷卡记录；如操作员身份的ID卡识别失败，则返回刷卡。

工作人员对存取工具位置寻找，依据设定的工具类别或存放抽屉编号在触摸屏上查询工具；然后依据查询结果选择工具，点击打开工具所在的抽屉，并将工具放入与工具相对应的存储位置或取出所需的工具。一次可以取用、归还同一抽屉内的多件工具，同时记录存、取信息；

最后，操作员在规定时限内完成存、取工具后，关闭抽屉完成操作。超出规定时限工具柜自动发出报警并生成记录，退出系统，返回刷卡界面。

1.3 工具车联网设计

如图4所示，若干台通过无线局域网内互联的移动工具车，可组成智能工具使用管理系统。每台车独立操作使用，通过每台车上的平板电脑可以查询本车及其他车辆的工具在位及借出情况。管理者还可通过该无线局域网内的终端设备实时扫描每台移动车的数据，统一采集汇总并进行数据的管理与处理。此外，通过APP软件，使用者可在手持移动终端设备上键入移动式工具车的编号进行多条件分类精细查询。

图4 多台工具车联网示意图

2 实验测试

本文对所设计的移动智能工具车进行测试，其实物图如图5所示。

图5 移动智能工具车实物图

图6为移动智能工具车可视化管理界面，其包括抽屉选择菜单和工具选择菜单。抽屉选择菜单位于可视化管理界面的左端，表示软件界面上显示的是哪一层抽屉。显示区域所在的抽屉层则采取不同颜色或高亮的显示方式，以清楚的提醒使用者，并可通过触摸的方式进行抽屉更换。工具选择菜单位于管理界面的右侧，其采用工具实物照片显示工具所在的区域，当工具取走时则显示空位，并显示取走人的姓名和电话；当工具归还时，软件界面中此工具的实物图片又会重新显示。图中分别给出了工具在位时的示意和工具不在位显示形式，该方式直观、简洁，便于用户操作。

图6 移动智能工具车可视化管理界面

3 结束语

针对目前现代综合交通装备制造与维修行业，在日常工器具管理使用中存在的人工效率低下、工器具遗漏严重、安全隐患失察、工器具状态信息失控等诸多问题。同时降低了工器具的使用效率，缺乏对工器具状态管理的控制，工器具的采购和更新缺乏大数据的信息支持，满足不了对工器具标准化、精细化管理的要求，文中开发设计了移动式智能工具车。其立足于互联网技术、无线WiFi技术、云计算技术、机电一体化技术等实现了软硬件相结合，以移动终端智能工具车为载体，专门管理日常工具的一款智能化移动工具车。其提供了工具入库、出库、盘点、统计查询等功能模块，可以满足各类制造检修场所工具仓储管理者的需求，实现了工具管理的智能化。

参考文献

[1] 谢家文.基于RFID技术的移动式智能工具箱系统设计与实现[D].北京:中国科学院大学,2017.

[2] 徐海枝.智能工具箱的设计与实现[J].价值工程,2016(2):87-88.

[3] 李璇.维修工具的远程控制[J].航空维修与工程,2015(3):29-31.

[4] 滕涌澎.基于RFID的智能工具箱系统设计与实现[D].北京:中国科学院大学,2013.

[5] 赵进,王曙燕,曹小鹏,等.基于RFID的智能枪械管理系统设计与实现[J].现代电子技术,2011,34(5):33-35.

[6] 郭旋,李立,陶春松,等.一种智能工具箱系统:中国,CN107009332A[P]. 2017.

[7] 李杰,李斌,张京勇,等.一种应用于电力营销现场的多功能智能工具箱:中国,CN205734826U[P]. 2016.

[8] 顾培良.一种智能工具车:中国,CN106799722A[P]. 2017.