铁路智能化工机具管理系统应用研究

陈燕，常学良

（1. 中国铁路呼和浩特局集团有限公司 科学技术研究所，内蒙古 呼和浩特 010020；2. 中国铁路呼和浩特局集团有限公司 财务处，内蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

目前有关工机具等物资智能化管理系统已经在各行各业广泛应用，鉴于铁路行业特点，涉外信息较为封闭，其中作业施工部门较多，工机具复杂，在工机具管理方面大多仍然采用原始方式，不规范、不智能等缺点逐渐显现[1]。同时，鉴于当前全国铁路及高铁营业里程的增加，对各部门作业要求提出了更为严格的规范，其中工机具等物料的规范管理是关乎铁路行车安全的重要因素。随着物联网技术的逐渐成熟普及，铁路行业在管理道路上正面临挑战[2]。如今市面上工机具管理系统种类繁多，但是并没有完全适合铁路工务部门的工机具管理系统，所以开发出适合铁路特定部门的智能化工机具管理系统是今后大力发展智能化铁路的一项重要举措。

1 系统主要研究内容

智能化工机具管理系统基于射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）通信技术进行研发，结合现有工务系统工机具管理方法设计，该系统主要由手持终端（定制手持终端或现有手机安装APP）、工机具标签(支持二维码及电子标签)和数据管理系统3部分组成[3]。工机具逐件粘贴电子（二维码）标签，每个标签具有唯一编码，实现工器具一物一码。其中手持终端能够让作业人员在维修作业时随身携带，对所用工具、物资进行自动扫描管理，大大提高工作效率和自动化程度[4]，保证物料的归还数量、编号跟出库清单上一致，防止物料遗忘在线路上，避免差错或事故的发生，具体研究内容有：

（1）系统功能需求分析和结构设计。根据现场实际需要，研究智能化工机具管理系统的功能需求，包括实现工机具出库、工机具归还、工机具盘点、工机具和人员捆绑等功能。智能化工机具管理系统结构设计包括手持终端、工机具标签RFID及数据管理中心等组成部分间的连接关系和工作原理。

（2）手持端功能定制及APP的设计开发。

（3）工机具标签、人员标签的选型及结构设计。

2 电子标签的设计应用

承载接收器的电子标签即为RFID,它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号识别目标对象并获取相关数据[5]，识别工作无需人工干预。作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签数据可加密、存储数据容量大、存储信息更改自如等优点[6]。工机具逐件配备电子标签，每个电子标签具有唯一编码，实现工机具一物一码。电子标签采用业界领先技术，体积小、识别率高，不影响工机具的使用。电子标签具备多种外形，可适应不同材质和形状的工机具。

电子标签与各类工机具的结合方式根据工机具形态、使用情况采取多样化形式，具体包括粘贴、铆接、吊牌、环箍等形式（见图1），保证了标签与工机具的牢固结合同时不影响现场作业。

图1 电子标签与工机具结合形式

3 系统网络设计

智能化工机具管理系统的开发基于物联网技术，利用RFID超高电子射频自动识别技术，将所有参与生产作业的工机具附上电子标签，实现出入库智能管理[7]，通过互联网传输实现工机具领用状态的实时上传，工具库、调度中心、施工通道门关口信息传输同步畅通，实现智能化管理及卡控（见图2）。其要点如下：

（1）调度中心接收出库信息。作业方案审批通过后，工具出库信息等通过网络（有线）实时上传至调度中心，调度中心收到信息即同步发出调度作业指令，实现信息传输畅通，智能化调度管理[8]。

（2）通道门手持设备智能卡控。作业监督人员在作业通道门处通过无线设备接收到指令，通过手持终端对作业人员携带工具进行扫描，确认工具与作业任务无误方可开启通道门进入作业现场。

（3）作业完毕后确认。作业完毕后，仍然通过手持设备对携带出的工具进行扫描识别，确认无遗漏，相关信息同时回传至调度中心，作业人员按照规定将工具交回库管，通过工具库自动扫描设备对入库工具进行回库记录，此时完成整个工具领用、退还作业流程。

（4）系统网络安全卡控。通过技术与管理相结合的手段，使系统具有最小穿透风险性。系统网络必须通过诸多认证才允许连通，对所有接入数据必须进行审核，对系统用户的登录等操作进行严格安全管理，保证系统安全性。

图2 工机具领用网络传输构架

4 系统平台设计及主要功能模块

4.1 权限管理技术实现

系统平台设计采用功能权限管理技术，使用基于角色访问控制技术[9]（Role Based Access Control，RBAC）赋予系统以下权限管理功能：

（1）用户管理界面。由管理员给系统用户赋予角色。

（2）角色管理界面。由管理员定义角色，为角色赋予权限。

（3）权限管理界面。包含所有可供分配的权限功能。

系统权限设置3级组织机构，分为段、车间、工区3个级别。用户输入用户名及密码完成登录，登录界面见图3。

图3 平台登录界面

4.2 功能模块

平台主界面分为 12个模块，首页主要展示工机具统计信息（见图4）。

图4 系统首页

系统功能基本涵盖了铁路工务系统日常维修作业涉及到的全部作业流程，实现了便捷智能化操作。功能模块见表1。

4.3 管理模块

点击导航栏中的“工机具管理”可进入该模块。该模块包含查询、清空、导入、导出、删除、批量删除、二维码生成、详情、修改、分页和新增等功能（见图5）。

表1 功能模块列表

图5 工机具管理界面

5 手持终端APP设计及主要功能

手持终端与系统平台实现网络信息互通，其功能主要有接收派工单、工机具出入库扫码、上下道扫码、与通道门智能锁钥匙蓝牙连接授权等。手持终端APP登录界面及主页面见图6、图7。

图6 登录页面

图7 主页面

6 结束语

物联网运用于工机具管理的技术越来越成熟，尤其RFID技术结合无线网络在物料管理中的应用较为广泛，从出入库、分拣、盘点、存储等各个环节对物料数据信息进行自动收集，保证管理系统信息的有效性与准确性。基于RFID技术建立的工机具智能管理系统在铁路工务系统使用后，极大优化并规范了包括作业方案审批、工机具管理等流程，有效降低了工机具误拿、丢失、遗漏现场等影响行车安全的情况发生，为行车安全提供了保障。同时能够使车间工机具仓库管理更加规范，工机具出入库更为准确，为现场作业工作负责人和工机具仓库管理员减负，提高工作效率。通过移动信息化手段降低现场作业机具和人员到位管理成本，对上下道工机具实现快速准确的清点，很好地提升了现场作业的管理水平[10]。

该系统实现了“人防、物防、技防”的安全质量保障体系要求，强化了作业班组现场作业管理与控制能力，有效发挥段、车间安全管理监控作用，是未来铁路工务、供电、电务及其他相关专业工机具精细化、信息化、智能化管理的最佳手段，具有良好的社会和经济效益。