我国铁路货车RFID应用技术研究与探讨

刘 洋，邵文东，曹玉峰，丛盛国，徐世锋，王 厂

(1.国能铁路装备有限责任公司 北京 100120； 2.中车齐齐哈尔车辆有限公司 大连研发中心，辽宁 大连 116052)

铁路货车运用工况复杂，零部件数量大，检修流程工序多、管理繁琐。既有HMIS系统基本数据的采集大部分是依靠人工读取零部件上刻录或浇注的编号来实现，该方式读取效率低，难以实现零部件防伪和对零部件进行全寿命周期的跟踪、追溯，进而影响运用检修效率和货车健康管理水平。随着信息技术的发展，RFID自动化识别技术日趋成熟，可以在开展状态修时依据自动化识别技术建立起重要零部件的“身份信息”，再通过与大数据中心建立联系，快速检索零部件基本信息以及整个寿命周期内的检修信息、故障信息等[1]，准确定位零部件的状态，更好地实现精准维修，提高检修效率。

1 RFID技术的应用

RFID技术从20世纪90年代开始兴起，目前已经在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事物流供应链可视化管理等方面广泛应用。

1.1 在铁路运输上的应用

由于RFID电子标签充分考虑了铁路货车零部件特性及车辆实际运用条件等因素，铁路货车零部件应用RFID电子标签具备较高的适用性。RFID电子标签具有非接触、抗污染、多目标、可防伪、强度高等多种技术优势，可有效避免在铁路货车运用检修中被损坏或被覆盖而造成电子标签失效的情况。图1为铁路货车零部件全寿命跟踪管理系统示意图，图2为 RFID电子标签信息传递示意图。

图1 铁路货车零部件全寿命跟踪管理系统示意图

图2 RFID电子标签信息传递示意图

2000年，原铁道部一期投资4亿多元实施铁路车号自动识别系统工程，在40万辆铁路货车上安装货车RFID电子标签，1万多台机车上加装机车RFID电子标签，在全国铁路主要大站、编组站安装2 000套地面识别设备，使列车正点率提高30%，每年增收十多亿元的经济效益。而今在中国铁路十几万公里的铁路线上，几十万辆货车及客车、千余组动车组、几万台机车全部安装了电子标签，遍布铁路沿线的地面车号识别设备24 h运行，为铁路运输管理提供实时可靠的车辆数据采集信息，成为铁路信息化建设的基础设施[2]。

1.2 在其他运输行业的应用

随着RFID技术的不断发展，2017年富士通公司与波音公司签署合同，向波音公司提供RFID集成标签。波音公司为所有飞机制造阶段的主要零部件增加RFID电子标签，能够对每个零部件进行管理，实现准确的追溯，提高飞机维修工作效率。波音公司将富士通RFID电子标签附加到单架飞机的大约7 000个零部件上并自动生成飞机准备工作日志(ARL)，旨在数字化地管理零部件信息，大幅提高任务效率，减少人为错误，提高飞机制造生产效率[3]。通过使用数字化飞机准备工作日志(ARL)，可以确保飞机零部件的准确性、可追溯性，从而在飞机维护或发生故障时安全快速地提供相应支持。此外，通过在库存管理中使用RFID电子标签，还将提高物流运营和库存管理的效率。该项目的实施提高了对飞机零部件全寿命周期管理的效率。

2 国能铁路装备有限责任公司铁路货车RFID技术应用

2.1 应用RFID识别技术的零部件范畴

铁路货车产品结构复杂，零部件种类及数量繁多，不同零部件具有不同的使用环境、功能特性、使用寿命和检修管理要求，国能铁路装备有限责任公司根据零部件的重要等级、安装方式、安装位置及搭载运行试验进度等综合因素，筛选出首批永久加装RFID电子标签的零部件，共20种，如表1所示。状态修模式下的零部件分类方式，主要考虑零部件故障对行车安全影响的重要度、是否有强制报废周期要求、是否可修复、是否具备修复价值、检修成本、采购成本、使用周期长短、检修模式等因素，据此将铁路货车零部件重新划分为全寿命零部件、使用寿命零部件和易损零部件。表1中全寿命零部件8种，使用寿命零部件12种。

表1 首批永久加装RFID电子标签零部件明细表

2.2 RFID电子标签的存储信息

(1) RFID电子标签编码。根据相应编码规则制定零部件各种信息的编码，与大数据中心保持一致，并确保编码的唯一性和准确性。

(2) 产品出厂时存储信息。我国铁路货车零部件现有的永久性标识主要包括生产厂家、生产日期、批次、编号等，在出厂后也仅对配件进行质量追踪管理，不能有效地掌握相关零部件的运用检修情况。采用RFID技术后，相关产品在出厂时其基本信息存储到RFID电子标签中，可通过信息化管理手段对零部件进行自动追踪，实时掌握零部件的运用检修情况。

(3) 产品应用后存储信息。铁路货车零部件在运用检修过程中主要故障为裂纹、磨耗、变形、失效等。因此，在状态修过程中，除了记录零部件的基本信息外，还应记录零部件的运用检修信息。RFID电子标签本身录入的信息应包括：检修单位、检修日期、修程、运用里程、故障基本信息。其中运用检修的详细信息存储在数据中心内，如零部件的尺寸、磨耗、裂纹、性能等信息，通过数据中心快速检索零部件整个寿命周期的检修、故障信息，便于分析其失效规律。

2.3 RFID电子标签信息传递

(1) 产品制造过程中信息传递。在产品的生产制造过程中，利用RFID设备将零部件基本信息写入RFID电子标签芯片内，RFID电子标签存储的零部件基本信息写入后不可更改。电子标签存储的“一物一码”信息应同步上传到数据中心，便于后续零部件交付及应用时实时调取。

(2) 产品交付后信息传递。零部件交付使用单位后，使用单位利用RFID设备读取零部件上的电子标签信息，自动识别零部件基本信息，确认零部件合规后执行零部件的入库操作，同时将零部件的入库信息直接存储到数据中心，完成整个产品交付的数据传递。

(3) 产品应用后信息传递。零部件装车应用后，在运用检修的相关工位，利用RFID设备读取零部件上的电子标签信息，根据自动识别的零部件基本信息，可以通过查询数据中心实时掌握零部件的状态。在运用检修完成后，利用RFID设备可以将运用检修的关键信息写入电子标签芯片内进行存储，也可以通过电子标签的信息关联将相关的运用检修信息上传到数据中心进行存储。数据中心可以实时查询零部件整个寿命周期内的运用检修过程以及当前的状态。

2.4 RFID电子标签安装

2.4.1 安装方式

国家能源集团货车车型多、数量大，运行线路长，运用环境复杂，安全可靠性要求高，尤其走行部关键零部件比其他零部件运行环境更加恶劣，标签安装方式直接影响关键零部件的技术状态及标签使用寿命。较为成熟的电子标签安装方式包括胶粘、挂链、磁铁、焊接、铆接、螺纹连接等。由于挂链固定方式存在安装空间不足和易碰撞丢失的问题，磁铁固定方式存在易丢失的问题，焊接方式存在局部温度高易造成标签本体损伤的问题，因此首批安装RFID电子标签的零部件将采取胶粘、螺纹连接以及铆接3种方式实现永久性安装，并以铆接方式为主。采用铆接方式的有：车体钢结构、车门组成、摇枕、侧架、轴箱橡胶垫、制动梁组成、下心盘、承载鞍、120/120-1型紧急阀、KZW-A型传感阀、限压阀、钩体、牵引杆、钩尾框、缓冲器以及转动套，共16种；采用螺纹连接方式(加紧固胶)的有：车轮、120/120-1型主阀、120/120-1型中间体，共3种；闸调器采用胶粘方式安装RFID电子标签安装。

2.4.2 安装位置

由于车辆零部件种类较多，且具备不同的外型特征和处于不同的运用环境，例如车轴、车轮表面是曲线形状，处于旋转及上下左右振动运用状态；摇枕、侧架、承载鞍等部件表面不规则，处于上下左右振动运用状态。同时，在零部件生产维修环节也有着不同的作业环境和作业要求。

从RFID手持机读写标签性能方面看，将标签固定到零部件表面平滑区域其读写性能才不会受标签固定位置四周凸凹不平金属的反射电波的影响。因此，需综合考虑零部件生产加工或机械搬运吊运过程中避免磕碰、满足手持机与标签表面倾斜不超过30°且两者距离不超过300 mm要求，确定不同零部件的固定标签位置。

3 RFID电子标签试制及试验

3.1 试制

根据首批永久性安装RFID电子标签零部件的种类，确定了“螺栓式”和“铭牌式”2种RFID电子标签形态(图3)，结合电子标签安装位置、固定方式、运用环境以及使用寿命等相关要求进行了电子标签的试制。“螺栓式”电子标签在螺栓头的端面上加工槽位，将电子标签嵌入到螺栓头内，在保证电子标签性能的同时，能够确保螺栓固有的机械性能不变；“铭牌式”电子标签底壳和四周采用不锈钢，电子标签嵌入上表面的中间内部，并采用PC材料一体成型。

图3 电子标签样品示意

3.2 试验

3.2.1 抛丸试验

根据相关零部件的检修工艺需要，摇枕、侧架、钩体、钩尾框、转动套(其余还有制动梁组成、牵引杆等)在检修过程中会进行抛丸除锈。因此，为验证RFID电子标签的强度和可靠性，2019年1月在中车齐齐哈尔车辆有限公司(以下简称中车齐车公司)铸钢分厂进行了RFID电子标签抛丸试验，电子标签分别安装在摇枕、侧架、钩体、钩尾框上。抛丸试验设备为车钩、摇枕等铸件的抛丸打砂机，抛丸时间定为10 min。试验结束后对标签的表面状态进行检测，发现标签表面仅存在轻微的砂粒打击痕迹，满足零部件整个寿命周期内的抛丸除锈要求；用RFID手持机对电子标签进行信息读取，读取效果良好。

3.2.2 高低温试验

2019年1月在中车齐车公司产品试验室对装用RFID标签的主阀体及闸调器筒体进行了高低温试验，低温采用24 h、-50 ℃工况，高温采用3 h、110 ℃工况，高低温试验后检查RFID标签的可用性及与其余产品结合的可靠性。试验结果显示，装用RFID标签的主阀体及闸调器筒体的标签无脱落，且读取功能正常。

3.2.3 超声波及耐介质清洗试验

2019年1月在中车齐车公司产品生产线对采用粘接方式装用RFID标签的主阀体和紧急阀体进行了超声波清洗试验及耐介质清洗试验，介质采用中性金属清洗剂，水温70 ℃状态下浸泡24 h后检验其粘接状态及读取性能。试验结果显示，装用RFID电子标签的主阀体及紧急阀体标签无脱落且读写功能正常，能够满足检修时的清洗要求。

3.2.4 装车组装试验

上述试验完成后，于2019年1月在中车齐车公司货车分厂进行了带RFID电子标签零部件的装车试验。试验车型为C80B型敞车，按既有操作方式对相关零部件进行装车及拆卸。在零部件装车过程中、组装完成后以及零部件拆卸过程中未发现电子标签与相关设备存在干涉情况。试验结束后利用RFID手持机对所有零部件电子标签的信息进行读取，读取效果良好。

4 结束语

RFID电子标签技术先进，全寿命周期性价比高，安装、生产、运用及检修试验验证了电子标签的安装方案能够满足车辆装用要求。采用RFID“一物一码”技术对铁路车辆的重要零部件进行管理，可在零部件的检修和使用的寿命周期中随时查询核对零部件信息，保障零部件的质量，提高检修过程中识别和信息采集的效率，提升自动化程度，合理调配零部件库存，满足多方面的管理和安全需求，为状态修信息化管理提供条件。随着RFID标签的逐步推广应用，建议在实际应用成功的案例基础上形成企业或行业标准，以指导RFID标签技术在铁路货车管理中的推广应用。