鐵路貨車檢修管理系統研究

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摘要：為解決批量修造中的產品配置、質量、位置、狀態等生產信息的全過程管理，設計了一種鐵路貨車生產管理通用的檢修管理系統。應用結果表明：本系統實現了企業車間生產線上產品的實時跟蹤管理，加強了對生產過程的監控和質量控制，提高了檢修效率和信息化管理水平。

關鍵詞：生產；LED；顯示屏；車號自動識別；二維碼生產

全過程控制幾乎是每個生產型企業都會涉及到的，對生產線或者車間乃至整個工廠的生產情況進行實時監督和統計，生產設備進行實時監控，生產數據實時統計，同時也是大數據時代的一個必然產物，工業4.0所倡導的前提即為各類數據對接。鐵路貨車檢修管理系統的研究與應用不僅能實現檢修過程控制，還可以提升檢修效率和信息化管理水平。本系統通過軟件對產品相關數據進行全面管理，實現數據的錄入、查詢、統計、顯示、報表、打印等功能；通過車號自動識別系統，實現車輛車號的全自動實時記錄功能；通過LED提供的驅動函數、控制卡，實現LED顯示屏的遠程控制和數據傳輸[1]；通過二維碼傳遞產品相關的配件配置、生產完工等信息，亦作為質量檢查的依據，檢查配件錯裝、漏裝等問題。

1總體設計

1.1系統結構設計。系統結構采用二級集散式結構，如圖1所示，即由服務器、辦公電腦、打印機、地面讀出設備AEI、LED顯示屏組成，數據通訊通過局域網傳輸。1.2系統功能設計。整個系統的主要功能分為：1）車輛配置、質量、狀態信息管理，通過MIS系統將需要的數據信息錄入預設計好的系統數據庫的數據表中，能自動生成生產信息動態報表。2）車輛在廠位置更新，通過集成硬件設備自動更新或在MIS系統中手動更新廠修車位置。3）LED顯示，將需要顯示的數據進行數據區域、顯示數字大小的判斷和合理組織，使所有數據信息顯示在顯示屏的有效區域，達到最佳效果；顯示屏的控制與通信功能的主要作用是通過系統參數，與遠程顯示屏建立通訊機制，實現通信參數的讀寫和顯示內容的發送[2]。4）二維碼生成，可以將特定信息生成二維碼打印粘貼在指定產品上。

2關鍵技術

2.1車號自動識別。鐵路車號自動識別系統改變由車號員手工抄錄車號的傳統方法，在每輛車上裝有能反映車輛特征的無源(或有源)識別卡，在相關固定點設置地面讀取設備，當車輛接近并通過其作用區域時，自動讀取車載識別卡的信息。地面設備將讀取的車號數據信息進行放大、解譯、校核處理后送至管理中心自動儲存記錄和打印，以便及時、準確地掌握貨車所在位置和使用情況，管理檢修時間，工作任務量等。鐵路車號自動識別系統主要由車輛標簽、地面AEI設備、數據識別讀取程序組成[3]。1）車輛標簽：車輛標簽作為車輛的主要配件，內部存儲器中存有車號信息及車輛的技術參數信息。標簽安裝在被識別車輛的底部中梁上，每輛車安裝一個標簽，該標簽相當于車輛的“身份證”。2）地面AEI設備：地面AEI設備主要由室外的車輪傳感器、地面天線和室內的RF射頻裝置、讀出主機、電源防雷、通信及信號防雷等部分構成。可以實時準確地完成對列車及車輛標簽信息的采集，并將采集的信息傳輸到數據識別讀取程序。3）數據識別讀取程序：接收AEI設備的數據，并進行自動識別提取其中的車型、車號、廠家等信息，存入系統數據庫，并為進一步的數據處理程序提供可用的數據源。2.2LED顯示。生產看板在現代工廠占據重要的位置，作為一種可視化生產管理系統，它提供豐富的顯示界面，無論是在生產現場還是在辦公室電腦前都能同步給我們直觀、形象的反映當前生產線的實施生產數據，使我們更好地監控各條生產線的生產狀況。近年來，LED技術發展十分迅速，已成功地應用于社會各行各業，得到了社會的普遍青睞。在對LED顯示屏的遠程控制中，免去了單片機硬件電路的設計，直接利用網口/RS232/RS485/USB的控制卡，實現PC與LED的遠程數據傳輸和控制。這對具有多部門、車間物理位置分布不規則、數據傳輸距離遠等特點的企業來說，利用LED顯示屏對生產過程的管理和系統的實現帶來了有利條件，企業可利用LED提供的驅動函數、控制卡，直接實現LED顯示屏的遠程控制和數據傳輸。2.3二維碼。二維碼作為產品可視化管理的組成部分。具有以下優點：高密度編碼，信息容量大；編碼范圍廣；容錯能力強，具有糾錯功能；編碼可靠性高；可引入加密措施；成本低，易制作，持久耐用。正是基于這些優點，二維碼在各行各業有著廣泛的應用，特別是高科技、物流和零售行業。生產企業可以借助有關產品信息管理系統，如ERP等，結合需求情況，動態生成二維碼信息，將二維碼識別標簽打印出來，粘貼到需要的地方。充分利用二維碼，全程管理產品信息及跟蹤物流，使企業信息化操控產品，工作流程更加簡單，提高了安全性[4]。

3系統實現

3.1車輛配置，質量，狀態信息管理。3.1.1配置信息。車體檢修時，對出車時間進行預告知，便于制動、車鉤緩沖裝置和轉向架的提前配套，可減少制動、車鉤緩沖裝置和轉向架的保有量。自動生成生產信息動態報表以便各生產部門及生產主管領導及時、準確地了解各個車間的生產情況，發現生產中的問題，更好地進行生產安排。3.1.2質量信息。結合質量檢驗停止點設置工序質量交檢信息網絡，采取消項管理的模式，輸入、存儲、處理相關質量信息，為實施管理控制、質量改進提供依據；建立售后質量故障信息數據庫，實現了售后質量問題錄入、統計、分析信息化管理，利于針對典型及慣性質量故障制定相應的糾正及預防措施，促進質量改進，提高顧客滿意度。3.1.3狀態信息。根據車輛在廠、各車間的天數，顯示不同的顏色，通過醒目的顏色進行提醒，起到預警作用。3.2車輛在廠位置更新。3.2.1部門之間。車輛在各車間之間的位置通過地面讀出設備AEI獲取，并提交信息到MIS系統進行位置更新，初步定位車輛在哪一個生產線和工位。根據現場實際情況，分解車間入口及落車車間限界處，車輛雖自身的帶有車輛標簽，但因兩地都為硬化地面，地面設備安裝、防護都有很大難度，因此在車輛進入分解車間及車輛落成采用人工方式（便攜式手持機）讀取上報進行卡控。各車間（或工位）間車體（或轉向架）轉移采用自動方式，時間卡控以進入（或離開）移車臺位為準。以此來完成對車輛的進入、維修、落成全過程的位置追蹤和車輛維修各工序時間占用的查詢與統計，如圖2所示。3.2.2車間內部。針對車輛在車間內部不同工序之間的位置跟蹤，開發了“存車線擺排”功能，如圖3所示，進一步定位車輛在哪一個工序，細化管理。使用jQueryUISortable實現，該插件的用途是使用鼠標重新排列列表或網格中的元素；使用ul標簽表示工序，li標簽表示車輛，通過拼接html可以生成存車線信息在網頁上顯示。通過在ul標簽之間拖拽li標簽模擬在各工序之間進行車輛擺排。3.3LED顯示生產信息。BX-5E系列產品型號BX-5E1/5E2/5E3BX-5E系列支持超大面積LED顯示屏，廣泛應用于各種超大面積的LED門楣顯示屏和LED集群顯示系統；主要面向網絡應用，支持局域網和互聯網。本系統選用BX-5E3控制卡。3.3.1LED屏參設置。使用LED前必須對屏幕參數進行設定，LedshowTW是一款操作簡單，功能強大的免費LED圖文編輯器軟件，它具備豐富的節目管理功能，可以幫助LED控制卡用戶可以更好地管理LED屏幕。屏幕參數設置如圖4所示。需要注意的是，LED屏幕的IP地址必須與Web服務器處于同一網段，否則MIS系統無法發送節目給LED屏幕。3.3.2動態生成節目文件。節目文件（Program），用來規劃顯示內容。在設計節目時：1)建立節目，設置邊框效果。2)建立區域（圖文、時間、溫度、濕度、噪音），設置邊框效果。3)增加區域至節目中。若區域的位置不在節目有效范圍內，屏幕將不會顯示該區域的內容。由于生產是動態變化的，MIS系統需要先動態生成節目文件，然后通過LED驅動程序向顯示屏發送數據，如圖5所示。LED顯示屏的數據內容由標題、實時數據、歡迎詞三部分組成。3.4車輛信息二維碼生成。在現有MIS系統的基礎上，新增二維碼生成打印功能，將相關信息生成二維碼、打印粘貼，把文字信息轉化成圖片進行傳遞，使用現代智能電子設備或者條碼掃描設備，不需要后臺數據提供支持便可讀取信息。生成二維碼的開源項目很多，本系統選用ZXing庫實現二維碼的動態生成，如圖6所示。ZXing是由Google開源的1D/2D編解碼類庫，其提供了多種平臺下的客戶端，編寫代碼量很少，占用存儲空間小。

4應用案例

某車輛廠各生產部門及生產主管領導每天需關注各個車間各工序的生產情況。對生產信息及動態報表的統計工作，如圖7所示，基本靠人工完成，工作量大，數據很難實現快速準時。另外，內部生產動態，通常由車間調度間的電話、定期協調會、手工擺牌等方式進行信息交互，信息數據不能全過程共享。可以說，預期獲得進廠檢修車的信息不清晰，由于車種、車型的不同，對生產的組織帶來難度，特別是特殊廠修貨車的生產準備，往往造成檢修周期過長。筆者所在團隊利用JSP程序和B/S模式，融合jQueryUI、ZXing等，集成車號自動識別系統，開發了車間生產狀態監測系統，并將其成功應用到某車輛廠。快速自動生成生產信息動態報表，以便相關生產部門及生產主管領導及時、準確地了解各個車間的生產情況，發現生產中的問題，更好地進行生產安排，提高生產效益。車間內部存車線擺排：在車間內部各工序之間進行車輛擺排，且根據車輛在廠天數，顯示不同的顏色（如：10天以內顯示綠色，10天以上20天以內顯示黃色，超過20天顯示紅色），如圖8所示。擺排完畢后，還可以設置標題、歡迎詞，通過“同步LED顯示”按鈕可以將內容（標題、存車線數據、歡迎詞）傳輸到LED顯示。將車輛信息生成二維碼，打印并在現車上粘貼，如圖9所示，使用支付寶、微信、QQ等掃一掃功能掃碼讀取信息。車間員工根據掃碼信息進行制動配件的領用和組裝；質檢檢查人員通過掃描質量記錄本或現車上的二維碼來核對制動配置安裝是否正確[5]。

5結論

鐵路貨車檢修管理系統的構建，對產品相關數據進行全面管理，實現數據的錄入、查詢、統計、顯示、報表、打印等功能。以地面讀出設備AEI、PC為上位機，LED顯示屏作為下位機，借助LED顯示屏驅動函數，利用網口LED控制卡實現PC與LED的遠程數據傳輸和控制，較好地滿足了多部門、車間物理位置分布不規則、數據傳輸距離遠等特點的要求，實現了檢修車生產動態可視化管理，實時反映車間的生產過程。二維碼技術的應用解決了檢修車一種車型對應多種配置而產生的裝配和核查的識別困難，有效控制配件錯裝、漏裝等質量問題，是工位產品可視化管理的有效補充。鐵路貨車檢修管理系統的研究與應用從整體上提高了檢修效率和產品質量。

作者:雷隨 潘陽云 杜鋒 單位:中車長江車輛有限公司武漢分公司