胡婉瑩 呂崇偉 劉康寧 崔洪濤

（1.國(guó)能鐵路裝備有限責(zé)任公司滄州機(jī)車車輛維修分公司，滄州 061113；2.北京心華石科技有限公司，北京 102488）

機(jī)車履歷簿是記錄機(jī)車及主要部件從生產(chǎn)、組裝、運(yùn)用、檢修到報(bào)廢全壽命過程重要技術(shù)數(shù)據(jù)的管理資料。機(jī)車大修時(shí)，機(jī)車履歷簿和補(bǔ)充技術(shù)狀態(tài)資料等須在機(jī)車入廠時(shí)一并交給工廠[1]。機(jī)車履歷簿誕生于主機(jī)廠新造機(jī)車，之后在主機(jī)廠、路局和檢修單位之間通過人工記錄更新和文件包的形式交接傳遞。在當(dāng)前信息化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的今天，機(jī)車檢修和運(yùn)用信息化得到了長(zhǎng)足發(fā)展，而紙質(zhì)履歷的管理方式與生產(chǎn)發(fā)展不平衡、不匹配的現(xiàn)象已日益嚴(yán)重。

利用無線射頻（Radio Frequency Identification，RFID）識(shí)別技術(shù)可為機(jī)車重要部件建立唯一電子芯片“身份證”，搭建物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展基礎(chǔ)，使得重要履歷信息隨身攜帶，實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)系統(tǒng)的融合，在保留履歷簿原有信息的同時(shí)，擴(kuò)展和深化機(jī)車履歷信息，豐富機(jī)車履歷內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)機(jī)車履歷的無紙化，對(duì)機(jī)車履歷發(fā)展具有重要意義。

1 問題分析及架構(gòu)設(shè)計(jì)

紙質(zhì)機(jī)車履歷管理模式主要存在以下問題。

（1）查閱不便、信息量有限。在機(jī)車運(yùn)用或檢修過程中，一些部件不便直接查閱其履歷信息，導(dǎo)致部分工作存在較大的盲目性。機(jī)車履歷簿限于篇幅記載內(nèi)容有限，如檢修記錄往往只有一條，包括日期、檢修單位、修程及填報(bào)人，無詳細(xì)的檢修細(xì)節(jié)，導(dǎo)致機(jī)車履歷簿使用率偏低。

（2）更換部件后，信息追蹤難。當(dāng)機(jī)車更換部件后，紙質(zhì)記錄簿將會(huì)相應(yīng)更換，造成機(jī)車歷史組成部件信息和對(duì)應(yīng)檢修信息難以追蹤。

（3）文件丟失或漏填，影響完整性。機(jī)車履歷簿在路局與檢修單位之間交接傳遞過程中，容易發(fā)生文件丟失現(xiàn)象。機(jī)車履歷簿填寫缺乏規(guī)范，漏填、字跡潦草等情況時(shí)有發(fā)生。此外，機(jī)車履歷的完整性和信息安全管理乏力。

通過分析紙質(zhì)機(jī)車履歷簿存在的問題，有針對(duì)性地進(jìn)行電子履歷系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，具體如圖1所示。

2 電子標(biāo)簽選擇

射頻識(shí)別系統(tǒng)一般由應(yīng)答器和閱讀器兩部分構(gòu)成。應(yīng)答器應(yīng)放置在要識(shí)別的物體上。閱讀器可以是讀或?qū)?讀配置，取決于所使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)[2]。

應(yīng)答器是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，俗稱“電子標(biāo)簽”，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)是否搭載電池，電子標(biāo)簽分為有源式和無源式兩種。考慮到機(jī)車電子履歷的使用特點(diǎn)，選擇無源標(biāo)簽更適合使用場(chǎng)景。

無源標(biāo)簽又稱作被動(dòng)標(biāo)簽，在收到讀卡器發(fā)出的微波信號(hào)后，可以將部分微波能量轉(zhuǎn)化為直流電供自己作業(yè)，激活RFID標(biāo)簽中的芯片，并發(fā)送RFID芯片中的數(shù)據(jù)。

按照工作頻率的不同，RFID標(biāo)簽可以分為低頻（Low Frequency，LF）、高 頻（High Frequency，HF）、超高頻（Ultra High Frequency，UHF）和微波等不同種類。鑒于超高頻標(biāo)簽具有穿透能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)記憶容量大等特點(diǎn)，符合機(jī)車電子履歷使用場(chǎng)景需求，選擇容量2 kB的超高頻電子標(biāo)簽。

3 外形定制

結(jié)合機(jī)車14種主要部件的構(gòu)造特點(diǎn)，設(shè)計(jì)外形時(shí)要方便進(jìn)行安裝和讀取?？紤]到機(jī)車運(yùn)行中存在顛簸振動(dòng)，采用鉚釘固定方式安裝。定制電子標(biāo)簽樣式如圖2所示。

圖2 電子標(biāo)簽

4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)車電子履歷使用場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行分析，有些委外修部件不具備網(wǎng)絡(luò)條件，因此支持離線應(yīng)用是必需的。對(duì)于自修部件可以在廠內(nèi)聯(lián)網(wǎng)使用，確保數(shù)據(jù)一致性。系統(tǒng)的兩種應(yīng)用場(chǎng)景，分別如圖3和圖4所示。

5 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于機(jī)車電子履歷的應(yīng)用需求、使用范圍及場(chǎng)景分析進(jìn)行系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。系統(tǒng)涉及PC和Android兩個(gè)應(yīng)用平臺(tái)，具體如圖5所示。

圖3 委外修部件應(yīng)用場(chǎng)景

圖4 自修部件應(yīng)用場(chǎng)景

機(jī)車電子履歷寫入和讀取流程包括業(yè)務(wù)邏輯控制和密碼驗(yàn)證，以確保信息的讀寫安全，流程分別如圖6和圖7所示。

5.1 受電弓

受電弓是機(jī)車受電的重要部件。受電弓檢修完成后，通過手持機(jī)將本次檢修信息填寫到系統(tǒng)中，確認(rèn)無誤后，可以將檢修信息寫入電子履歷芯片，主要包括型號(hào)、編號(hào)、接觸壓力、同向壓力差、同高壓力差、升弓時(shí)間、降弓時(shí)間、氣密性能及低壓操作性能等信息，并將電子履歷芯片固定到受電弓預(yù)定位置。

圖5 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

圖6 機(jī)車電子履歷寫入流程圖

圖7 機(jī)車電子履歷寫入、讀取流程圖

5.2 牽引通風(fēng)機(jī)

牽引通風(fēng)機(jī)是機(jī)車重要的通風(fēng)設(shè)備。在牽引通風(fēng)機(jī)檢修完成后，通過手持機(jī)將本次檢修信息登記到系統(tǒng)中，確認(rèn)無誤后，將檢修信息寫入電子履歷芯片，主要包括風(fēng)機(jī)型號(hào)、風(fēng)機(jī)編號(hào)、電機(jī)編號(hào)、葉輪編號(hào)、機(jī)械檢查、絕緣檢查、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)、空載運(yùn)行試驗(yàn)及振動(dòng)速度測(cè)量等信息，并將電子履歷芯片固定到牽引通風(fēng)機(jī)的預(yù)定位置。

5.3 干燥器

作為機(jī)車車輛制動(dòng)機(jī)和機(jī)車氣動(dòng)器械的工作介質(zhì)，壓縮空氣質(zhì)量的好壞將直接影響機(jī)車或列車的安全運(yùn)行。壓縮空氣中存在著固態(tài)的機(jī)械雜質(zhì)和塵埃、液態(tài)的凝結(jié)水和潤(rùn)滑油、氣態(tài)的水蒸氣和霧狀潤(rùn)滑油。這些有害物質(zhì)進(jìn)入機(jī)車車輛空氣管路后，將造成管道和零件的銹蝕，或加速運(yùn)行件的磨損，或墊住閥口、堵塞氣路、卡死柱塞等，影響了空氣管路系統(tǒng)的正常使用[3]。干燥器處理壓縮空氣，凈化和干燥壓縮空氣，達(dá)到凈化指標(biāo)，滿足機(jī)車車輛運(yùn)行使用需求。干燥器檢修后需要進(jìn)行檢查及試驗(yàn)，數(shù)據(jù)通過手持機(jī)登記到系統(tǒng)中，主要包括產(chǎn)品型號(hào)、出廠編號(hào)、流量、額定電壓、結(jié)構(gòu)與外觀檢查、性能測(cè)試、機(jī)械性能、絕緣電阻及加熱器等信息。待確認(rèn)無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定到干燥器預(yù)定位置。

5.4 高壓柜

高壓柜集中了除平波電抗器和制動(dòng)電阻以外的主電路直流供電電器的所有電氣設(shè)備。SS4B機(jī)車按功能，分為高壓柜Ⅰ和高壓柜Ⅱ。高壓柜檢修完成后，通過手持機(jī)將高壓柜檢修信息登記到系統(tǒng)中，主要包括型號(hào)、編號(hào)、磁場(chǎng)削弱固定分路電阻、Ⅰ級(jí)磁場(chǎng)削弱電阻、Ⅱ級(jí)磁場(chǎng)削弱電阻、KE并聯(lián)電容、KE并聯(lián)電阻、KE接地電阻、KE限流電阻、主接地保護(hù)裝置動(dòng)作電壓、主電路檢查、控制電路檢查、電流傳感器準(zhǔn)確度檢試、直流電壓傳感器準(zhǔn)確度檢試、額定及最低電壓氣壓下的操作性能等信息。待確認(rèn)無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定到高壓柜預(yù)定位置。

5.5 低壓柜

輔助電路與控制電路除主令電器外的絕大部分電器均裝于低壓柜。SS4B機(jī)車根據(jù)功能，分為低壓柜Ⅰ和低壓柜Ⅱ。低壓柜檢修后，通過手持機(jī)將信息登記到系統(tǒng)中，主要包括型號(hào)、編號(hào)、輔接地繼電器、劈相機(jī)起動(dòng)繼電器、輔過壓吸收電容、630 V輔接地電容、20 W零壓電阻、20 W輔接地電阻、200 W輔過壓吸收電阻、電器操作性能、輔助電路、控制回路及自動(dòng)開關(guān)動(dòng)作值校核等信息。待確認(rèn)無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定到低壓柜預(yù)定位置。

5.6 電源柜

機(jī)車上的110 V控制電源由110 V電源柜和蓄電池組構(gòu)成。電源柜分高低兩部分，為機(jī)車輸出（110±5%）V的穩(wěn)壓電源[4]。電源柜檢修后，通過手持機(jī)將檢修信息登記到系統(tǒng)中，主要包括型號(hào)、編號(hào)、電壓調(diào)整、限流保護(hù)整定值、輸出電壓脈動(dòng)有效值、輸入端對(duì)地及輸出端對(duì)地等信息。待確認(rèn)無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定到電源柜預(yù)定位置。

5.7 管路柜

電力機(jī)車上的許多電器，如受電弓、主斷路器、高壓柜內(nèi)轉(zhuǎn)換開關(guān)及電空接觸器等，均以壓縮空氣為動(dòng)力開展工作。為了保證這些控制電器的正常工作，機(jī)車上設(shè)置了一套專為這些控制電器提供穩(wěn)定壓力的空氣管路，即空氣管理系統(tǒng)?？諝夤苈饭駷槌休d空氣管路的載體，對(duì)機(jī)車運(yùn)行具有重要作用。當(dāng)空氣管路柜檢修后，通過手持機(jī)將檢修信息登記到系統(tǒng)中，主要包括空氣管路柜編號(hào)、布置檢查、電磁閥檢查、塞門檢查、柜門檢查、緊固件檢查及性能試驗(yàn)等信息。待確認(rèn)無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定到空氣管路柜預(yù)定位置。

5.8 硅機(jī)組

TGZ4B型變流裝置是SS4B型電力機(jī)車的主要部件之一，主要供給牽引電動(dòng)機(jī)牽引整流和相控電壓調(diào)節(jié)或制動(dòng)整流和相控電流加鎖功能。硅機(jī)組檢修完成后，通過手持機(jī)將檢修信息登記到系統(tǒng)中，主要包括變流裝置型號(hào)、變流裝置編號(hào)、均流系數(shù)、絕緣電阻、耐壓試驗(yàn)、晶閘管觸發(fā)脈沖檢查、輕載試驗(yàn)、均流試驗(yàn)及其他檢查等信息。待確認(rèn)無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定到硅機(jī)組預(yù)定位置。

5.9 壓縮機(jī)

機(jī)車諸多部件都依賴壓縮空氣進(jìn)行動(dòng)作控制，壓縮機(jī)主要為機(jī)車提供壓縮空氣。壓縮機(jī)檢修完成后，通過手持機(jī)將檢修信息登記到系統(tǒng)中，主要包括產(chǎn)品型號(hào)、排氣壓力、排氣量、出廠編號(hào)、電機(jī)型號(hào)、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)與外觀檢查、滿負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)、啟停交替運(yùn)行試驗(yàn)、溫度試驗(yàn)、絕緣電阻、接地電阻、控制系統(tǒng)檢查、容積流量及噪聲等信息。待確認(rèn)無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定到壓縮機(jī)的預(yù)定位置。

5.10 主變壓器

主變壓器是機(jī)車上的重要部件，主要作用是將接觸網(wǎng)上的25 kV高壓電降為具有多種電壓的低壓電，以滿足機(jī)車各種電機(jī)、電器工作的需要。主變壓器檢修完成后，通過手持機(jī)將檢修信息登記到系統(tǒng)中，主要包括型號(hào)、編號(hào)、原車號(hào)、檢修單位、檢修日期、變比試驗(yàn)、線圈直流電阻測(cè)量、油溫、空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)、絕緣電阻測(cè)量、工頻耐壓、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)、變壓器油的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)、密封試驗(yàn)、潛油泵編號(hào)、負(fù)載電流、油流繼電器編號(hào)、壓力釋放閥編號(hào)及冷卻器編號(hào)等信息。待確認(rèn)無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定到主變壓器的預(yù)定位置。

5.11 牽引電機(jī)

牽引電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能傳遞給機(jī)車，是使機(jī)車前進(jìn)的重要部件。電機(jī)檢修完成后，通過手持機(jī)將檢修信息登記到系統(tǒng)中，主要包括型號(hào)、電機(jī)號(hào)、位號(hào)、機(jī)座號(hào)、轉(zhuǎn)子號(hào)、軸承編號(hào)、冷態(tài)換向器表面跳動(dòng)量、主級(jí)繞組溫升、付補(bǔ)繞組溫升、轉(zhuǎn)子繞組溫升、換向器表面溫升、軸承溫升、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、換向器直徑、超速后換向器表面跳動(dòng)量、冷熱態(tài)換向器表面跳動(dòng)量差、換向試驗(yàn)、速率試驗(yàn)轉(zhuǎn)速及熱態(tài)絕緣電阻等信息。待確認(rèn)無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定的電機(jī)的預(yù)定位置。

5.12 劈相機(jī)

劈相機(jī)的作用是將由主變壓器的輔助繞a6-x6供給的單向電源劈成三相電源，以供給輔助電路的所有三相異步電動(dòng)機(jī)。劈相機(jī)檢修完成后，通過手持機(jī)將檢修信息登記到系統(tǒng)中，主要包括電機(jī)型號(hào)、電機(jī)編號(hào)、定子編號(hào)、轉(zhuǎn)子編號(hào)、機(jī)械檢查、冷態(tài)直流電阻測(cè)量、冷態(tài)絕緣電阻測(cè)量、繞組匝間耐電壓、繞組對(duì)機(jī)殼耐電壓、短時(shí)升高電壓試驗(yàn)、單相啟動(dòng)試驗(yàn)、電流不對(duì)稱度測(cè)量、空轉(zhuǎn)試驗(yàn)、空載特性試驗(yàn)及振動(dòng)速度測(cè)量等信息。待確認(rèn)信息無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定到劈相機(jī)的預(yù)定位置。

5.13 高壓電壓互感器

高壓電壓互感器裝于機(jī)車頂部，用于測(cè)量電網(wǎng)電壓、機(jī)車使用電能等參數(shù)。高壓電壓互感器檢修完成后，通過手持機(jī)將檢修信息登記到系統(tǒng)中，主要包括產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品編號(hào)、機(jī)車型號(hào)、配屬、入廠狀態(tài)、瓷瓶或硅橡膠及漆面、鐵心檢修、線圈檢修、器身干燥、引線檢查、緊固及接地檢查、壓力釋放閥、油位檢查、銘牌標(biāo)識(shí)牌檢查、吸濕器檢查、外觀檢查及滲漏油檢查等信息。待確認(rèn)信息無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定到高壓電壓互感器的預(yù)定位置。

5.14 真空主斷路器

主斷路器是電力機(jī)車的一個(gè)重要電氣部件，負(fù)擔(dān)著整車與接觸網(wǎng)之間的電氣引入、退出和保護(hù)作用。主斷路器檢修完成后，通過手持機(jī)將檢修信息登記到系統(tǒng)中，主要包括型號(hào)、編號(hào)、控制單元號(hào)、修程、機(jī)車、節(jié)、一般要求檢查、邏輯檢測(cè)、主回路電阻、保持線圈電阻、壓力繼電器、儲(chǔ)風(fēng)缸額定壓力、電磁閥得電時(shí)間、機(jī)械性能、機(jī)械操作檢查、滅弧室氣密性測(cè)試、氣壓強(qiáng)度試驗(yàn)、主電路工頻耐壓、控制回路工頻耐壓等信息。待確認(rèn)信息無誤后，將信息寫入電子履歷芯片，并將芯片固定于真空主斷路器的預(yù)定位置。

5.15 部件識(shí)別

通過特定手持機(jī)可以讀取電子履歷芯片中的數(shù)據(jù)，識(shí)別部件類型和部件的檢修信息，方便用戶隨時(shí)隨地查看部件信息。

5.16 數(shù)據(jù)同步

對(duì)于手持機(jī)上離線作業(yè)存儲(chǔ)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，在具備網(wǎng)絡(luò)條件后可以同步到中心服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的歸檔。

5.17 標(biāo)簽讀寫設(shè)備管理

對(duì)標(biāo)簽讀寫設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，避免非注冊(cè)設(shè)備對(duì)機(jī)車電子履歷芯片進(jìn)行讀寫帶來信息安全隱患。

5.18 電子標(biāo)簽管理

對(duì)電子履歷芯片進(jìn)行統(tǒng)一管理，明確使用量、庫存量及每個(gè)芯片與部件的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為部件追蹤奠定基礎(chǔ)[5]。

6 應(yīng)用效果

通過對(duì)機(jī)車主要部件加裝電子履歷芯片，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車履歷的隨身攜帶，實(shí)現(xiàn)了部件質(zhì)量追蹤，并通過程序把控，對(duì)漏填或錯(cuò)填項(xiàng)目進(jìn)行質(zhì)量卡控和提醒，保障機(jī)車履歷的信息完整性和正確性。通過機(jī)車電子履歷的數(shù)據(jù)同步功能，在中心數(shù)據(jù)庫完備機(jī)車電子履歷，便捷后續(xù)的查詢與使用，具備替代紙質(zhì)機(jī)車電子履歷的條件。

7 結(jié)語

通過應(yīng)用無線射頻識(shí)別技術(shù)，解決了紙質(zhì)機(jī)車履歷的多項(xiàng)弊端，構(gòu)建了機(jī)車電子履歷，不僅豐富了機(jī)車履歷內(nèi)容，而且降低了機(jī)車履歷使用門檻，提高了使用率，實(shí)現(xiàn)了課題目標(biāo)，可為全路機(jī)車電子履歷建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

實(shí)踐中，它主要存在兩個(gè)問題待優(yōu)化。一方面，限于射頻電子標(biāo)簽的發(fā)展水平，存儲(chǔ)容量不大，只能記載更重要的信息，還不能滿足全量信息的記錄，目前是搭配PC系統(tǒng)協(xié)同應(yīng)用。另一方面，電子標(biāo)簽讀寫速度不夠理想，尤其存儲(chǔ)內(nèi)容較多時(shí)，略有等待感。