基于物聯(lián)標識數字化的鐵路運輸裝備全生命周期智能管控技術研究

劉朝暉 郭燕 侯征 陳明 阮寶旺

摘要：針對當前鐵路運輸裝備日常管理中信息采集手段落后、缺乏全周期追蹤和數據處理能力進而導致缺乏精準維修和運營成本估算的問題，文章結合京鐵運輸公司肅寧分公司和黃驊港折返段機車維修車間的實際情況，首先通過物聯(lián)標識數字化實現(xiàn)鐵路運輸裝備產品全鏈狀態(tài)追蹤的溯源基礎，然后基于唯一物聯(lián)標識通過智能穿戴設備掃碼自動將當前與運輸設備庫管分離的設備配件使用狀態(tài)納入全生命周期信息追蹤，再通過機車檢修中的設備配件檢測狀態(tài)、更換情況、修后狀態(tài)的日常記錄實現(xiàn)可量化的機車運行狀態(tài)趨勢評估，最后通過精準到裝備個體的大數據畫像實現(xiàn)設備配件既有使用情況分析和未來使用情況預測，并形成一套鐵路運輸裝備全生命周期智能管控技術平臺架構。

關鍵詞：鐵路運輸裝備;物聯(lián)標識;智能管控;全生命周期管理

中圖法分類號：U279文獻標識碼：A

Research on intelligent management and control technology ofrailway transportation equipment in whole life cycle based ondigitalization of IoT identificatio

LIU Zhaohui，GUO Yan， HOU Zheng，CHENMing，RUANBaowang

（Beijing Jingtie Transportation Company，Beijing 100055，China）

Abstract：Aiming at the problems of the lack of accurate maintenance and operation cost estimationdue to the backward information collection means and the lack of full-cycle tracking and dataprocessing ability in the daily management of railway transportation equipment， combined with theactual situation of the Suning Branch of Beijing Railway Transportation Company and the locomotivemaintenance workshop of the return section of Huanghua Port. Firstly， the traceability basis ofrailway transportation equipment products' whole-chainstatus tracking is realized through thedigitization of iot identifiers. Then， based on the unique loT identifiers， the use status of equipmentaccessories separated from the warehouse management of transportation equipment is automaticallyincluded into the whole-life cycle information tracking through the scanning code of smart wearabledevices. Through detecting equipment accessories in locomotive overhaul state again， change thesituation， after the state of daily record the tendency of quantifiable locomotive running stateevaluation， finally achieved by accurate portraits to equipment large data of individual equipmentaccessories both usage analysis and forecasting the future usage，and form a set of whole life cycle ofrailway transportation equipment intelligent control technology platform architecture.

Key words： railway transport equipment， physical union logo， intelligent control，life cycle management

1引言

鐵路建設自購物資具有占比高、自由裁量權大、監(jiān)管難度大三個特點。施工單位作為自購物資管理工作的責任主體，應高度重視物資管理工作，充分認識規(guī)范物資管理對提升效益、防控風險、確保安全的重要性，尤其是要加強物資采購合同管理。

隨著我國鐵路建設規(guī)模日益擴大，自購物資數量、品類、金額也隨之增加，基本達到整個鐵路建設工程項目物耗成本的50%以上。根據《鐵路建設項目物資設備管理辦法》（鐵建設〔2012〕216號）和《鐵路建設物資采購供應管理辦法》（鐵總物資〔2015〕116號）的規(guī)定，鐵路建設物資分為甲供物資和自購物資兩大類，由施工單位采購的建設物資統(tǒng)稱為自購物資。大規(guī)模的自購產品以原材料、半成品、成品的形式通過采購合同轉移所有權并最終用于鐵路工程建設，采購合同管理關系到自購物資合同采供相對方的權益，更關系到鐵路建設物資供應質量和安全。

裝備全生命周期管理（ Life Cycle Equipment Management，簡稱 LCEM），是從裝備的選型采購、運行維護到技改報廢的全生命周期，進行設備在不同階段的全過程管理;對設備全生命周期內的整體費用、運行管理、安全能效等方面進行全面控制，以企業(yè)總體效益為出發(fā)點，應用先進的管理方法與技術，以實現(xiàn)設備全面、系統(tǒng)和科學的管理。

生命周期成本管理的目標是在可靠性基礎上實現(xiàn)設備或系統(tǒng)的全壽命周期內成本最低的管理。全生命周期成本管理包含成本測算、目標成本、動態(tài)成本、成本核算等一系列關鍵環(huán)節(jié)，是成本在項目建設全流程中的體現(xiàn)。在全生命周期成本管理工作中，主要分為成本的測算、控制及核算三大板塊，同時衍生出其他細分內容。針對生命周期成本管理的應用，由于鐵路工程建設項目的規(guī)模較大，因此其成本存在于項目全流程中，自初期準備工作開始，直至保修期，期間均占據較重要的位置。生命周期成本控制意識的應用，可以幫助設計者切實地站在工程整個生命周期的角度進行思考和設計，從而優(yōu)化管控流程和步驟，從而充分發(fā)揮成本控制優(yōu)勢。

1950年，LCEM 最早用于可靠性研究;1975～1989年，LCC 技術被廣泛應用到各行業(yè)領域，2015年以來，裝備全生命周期的管控模式逐漸成型，但目前僅限于經濟發(fā)達地區(qū)的電力、鋼鐵、船舶、醫(yī)藥、紡織等行業(yè)，其他行業(yè)差距較大，鐵路運輸裝備領域目前尚無成熟應用先例。

物聯(lián)標識就是對象標識符（ Object Identifier，簡稱 OID），即物聯(lián)網域名是由 ISO/IEC（聯(lián)合技術委員會）、ITU（國際電信聯(lián)盟）等國際標準組織共同提出的標識機制，用于對任何類型的對象、概念或者“事物”進行全球無歧義、唯一命名。一旦命名，該名稱終生有效。類似于物品獨特的“身份證號碼”，物聯(lián)網通過“身份證號碼”實現(xiàn)物與物之間精準的交互，而物聯(lián)標識數字化解析技術是實現(xiàn)產品追溯的關鍵[1～3]。

北京京鐵運輸公司下轄38臺和諧3C 型電力機車，其中部分在黃驊港朔黃鐵路機車折返段維修車間（含配件倉庫）進行 C1～ C4段級修程的檢測維修，并通過肅寧分公司統(tǒng)一管理，形成機車維修裝備業(yè)務信息鏈。

2現(xiàn)狀分析

經作者現(xiàn)場調研記錄，當前京鐵運輸公司肅寧分公司和下轄黃驊機車段維修車間的主要問題如下。

（1）日常管理中信息采集手段落后。鐵路運輸裝備的管理尚主要通過人工記賬和簡單電子臺賬錄入等方式進行，電子化與數據化程度不高，信息填報準確度和及時性無法保障，手動填寫的效率較低，缺乏圖文對應的核實信息。

（2）標準不一，作業(yè)獨立。各部門在建設過程中各司其職，對數據資料的理解程度存在偏差，各階段出具的數據資料存在差異，對運維數據的應用產生較大阻礙;各個部門相對獨立，協(xié)同作業(yè)不夠，安排相對獨立，人員、時間、設備的多樣性使得信息化建設更加困難。

（3）缺乏全周期追蹤能力?，F(xiàn)場機車裝備及配件出入庫前后的產品信息缺乏關聯(lián)記錄，裝備及配件在更換后溯源失效，形成“信息孤島”，難以針對不同的裝備及配件批次、不同的使用機車車輛等形成全周期狀態(tài)信息追蹤。

（4）缺乏數據處理能力。肅寧分公司的既有信息系統(tǒng)主要以原始庫存信息記錄為主，缺乏裝備及配件的進銷存數據和分修程的不同維度信息，難以支持運營成本和資產管理層面的綜合數據分析，更無法實現(xiàn)智能化的評估和預測。

（5）尚未形成基于設備唯一身份的信息追蹤體系。設備賦碼未全面開展，設備基礎信息采集尚不全面;實施設備管理的基層站段、車間和工區(qū)對設備生命周期過程中的數據采集、歸檔重視不夠;尚未形成根據設備身份二維碼一碼查詢全生命周期信息的查詢追蹤體系。

3技術路線

基于上述現(xiàn)狀分析，以設備資產為核心，基于物聯(lián)標識數字化的理念，從驗收交接、設備臺賬、知識庫建立、檢測記錄、運行記錄、缺陷故障處理六個方面著手，依次開展待修狀態(tài)智能評估技術、智能信息采集裝備、倉儲管理智能穿戴設備和智能檢修綜合信息技術四項核心技術的研究，最終形成閉環(huán)的裝備資產信息全生命周期數據鏈，并不斷通過大數據挖掘來建立裝備資產的精準畫像，達到節(jié)能增效和智能輔助決策目的，并為后續(xù)進一步的大數據應用拓展提供基礎[4～6]。

設計階段的成本控制應當重點關注最低壽命周期成本，須以不影響基本發(fā)展目標為前提，最大限度減少成本，提高經濟效益。

3.1采購供貨階段實現(xiàn)物聯(lián)標識數字化

在采購供貨階段實現(xiàn)分批次產品單據和主要裝備銘牌的二維碼標識，并通過數字化手段進行信息留存，確保每個批次的裝備及配件均有清晰的溯源數據基準，并以此為準實現(xiàn)分供貨商、產品類型、批次、時間周期等的訂單管理，支持精準的使用情況反饋。

3.2出入庫階段實現(xiàn)基于智能穿戴設備的自動記錄

為配合物聯(lián)標識數字化信息的快速自動化記錄，大幅提高庫管出入庫信息登記工作的效率，實現(xiàn)人、單、物三者的自動匹配和記錄，需要涉及研發(fā)適合鐵路運輸裝備現(xiàn)場使用的單兵智能穿戴設備和電子化自動記錄系統(tǒng)。

3.3基于機車修程的全業(yè)務鏈信息架構

為實現(xiàn)全業(yè)務鏈的信息同步，以維修車間、物料材料庫、分公司、總公司為四個主要業(yè)務環(huán)節(jié)進行業(yè)務流程分析，并根據現(xiàn)場網絡情況建立系統(tǒng)分級部署：黃驊港檢修基地、肅寧分公司、京鐵運輸公司。

在以上部署條件下，數據傳遞方式設計如下。

（1）檢修管理子系統(tǒng)（APP）—檢修管理子系統(tǒng)（PC 端）：U 盤（計算機、手機兩用）。

（2）庫房管理子系統(tǒng)、檢修管理子系統(tǒng)（ PC 端）—統(tǒng)計分析子系統(tǒng)：U 盤。

（3）統(tǒng)計分析子系統(tǒng)—數據可視化子系統(tǒng)：U盤。

3.4基于維修作業(yè)環(huán)節(jié)的裝備資產精準畫像和全生命周期可視化智能管控

基于上述工作，可以逐步實現(xiàn)運輸裝備的分布、裝備使用后的修程記錄和軌跡、庫管巡檢歷史記錄、多關鍵詞資產價值分析四種可視化的信息管控，從而在大數據裝備精準畫像的支持下初步實現(xiàn)全生命周期的態(tài)勢分析和預測，達到指導運輸裝備量化管理的目的。

4技術方案

靈活且具備良好擴展性的技術平臺是鐵路運輸裝備全生命周期智能管控技術方案保持良好適應性和易用性的根本保障。

鐵路運輸裝備全生命周期智能管控技術架構主要有展現(xiàn)層—系統(tǒng)首頁;應用層—MVC 框架;支撐層—權限引擎、表單引擎、視圖引擎;菜單引擎、流程引擎、組織機構管理，以達到數據持久化;數據層—數據管理平臺，主要有結構化數據和非結構化數據;基礎層—主機服務器及存儲和網絡及通信基礎設施。

4.1應用層

應用層通過界面程序完成與用戶的交互、用戶操作請求的處理及業(yè)務邏輯的實現(xiàn)和控制，但不直接和數據庫等 IO 存儲交互，僅基于應用支撐層的引擎支持完成邏輯的處理。由于系統(tǒng)的具體邏輯，絕大多數都在應用層完成，確保了系統(tǒng)的業(yè)務邏輯、數據庫與基礎組件等環(huán)境無關性，在結構上具備了良好的移植性和靈活性。

4.2運行框架（快速開發(fā)平臺）

快速開發(fā)平臺是整個系統(tǒng)基礎邏輯的封裝，通過設計對象體系的方式，以模塊化的設計思想在平臺中組裝業(yè)務功能。快速開發(fā)平臺在多個行業(yè)和大型企業(yè)級應用當中得到了應用和考驗，具備較高的可用性。

基礎邏輯引擎主要為整個系統(tǒng)提供最為基礎的核心支持，如訪問控制、組織結構、表單引擎、視圖引擎、文檔引擎、流程引擎等，應用系統(tǒng)通過快速開發(fā)平臺提供的界面工具和程序 API 訪問這些封裝好的引擎。

快速開發(fā)平臺提供了大多數情況下的應用開發(fā)支持，在無法通過簡單定制適應的情況，平臺提供擴展和自定義接口規(guī)范和標準，在和開發(fā)平臺同一個體系下，完全按照應用的需求對業(yè)務功能進行自定義開發(fā)。

4.3數據層

數據層為系統(tǒng)提供數據存取服務，與邏輯服務通過數據訪問層隔離，所有的數據存取請求均通過數據訪問層完成，確保了數據存取的一致性和安全性。

系統(tǒng)數據分為結構化數據和非結構化數據，分別通過關系數據庫和文件系統(tǒng)實現(xiàn)存取，對于大多數業(yè)務數據，均通過關系數據庫實現(xiàn);對于部分文檔、資料、設計信息等非關系數據內容，通過非結構化的文件系統(tǒng)文件存取[7]。

5結束語

本文主要提出了鐵路運輸裝備全生命周期智能化管控的方法，并結合鐵路鐵路運輸裝備管理的特點，分步有序地實現(xiàn)了“狀態(tài)評價→維修工單→維修狀態(tài)→機車質量狀態(tài)評估”的閉環(huán)智能監(jiān)測體系;利用信息化手段建立臺賬，及時跟蹤全生命周期管理的各個環(huán)節(jié)，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，力求形成一系列的鐵路運輸裝備全生命周期的關鍵技術裝置與方法。

參考文獻：

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作者簡介：

劉朝暉（1968—），本科，高級工程師，研究方向：總體技術方案。