張正普，張 研，戴建強(qiáng)

（ 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081 ）

動(dòng)車組雖然能極大程度地提高鐵路行業(yè)的客運(yùn)效率和質(zhì)量，然而動(dòng)車組的應(yīng)用在我國(guó)尚處于起步階段，各種零部件的生產(chǎn)、組裝及維修均處于初期，面臨著動(dòng)車組的生產(chǎn)及的檢修維修問題。

目前，我國(guó)擁有包括長(zhǎng)客、四方、唐客、龐巴迪在內(nèi)的4個(gè)動(dòng)車組主機(jī)廠，此外，我國(guó)已經(jīng)建成并部分投入使用北京、上海、武漢、廣州動(dòng)車檢修基地，另有西安、成都及沈陽動(dòng)車檢修基地正在規(guī)劃建設(shè)之中。無論在主機(jī)廠還是在檢修基地，都要牽涉到動(dòng)車組零部件的管理問題。

國(guó)內(nèi)主機(jī)廠及動(dòng)車檢修基地除個(gè)別組件外均采用條碼作為識(shí)別動(dòng)車組零部件的工具。剔除條碼本身儲(chǔ)存量少、易損壞等無法克服的短處外，在生產(chǎn)車間現(xiàn)場(chǎng)，由于存在油污、噴漆等無法避免的外在因素，導(dǎo)致條碼使用起來極不方便，無法完好地起到應(yīng)有的標(biāo)識(shí)作用。

為了更好地跟蹤和維護(hù)零件的生產(chǎn)及維修記錄，采用RFID（Radio Frequency Identification,射頻識(shí)別技術(shù)）標(biāo)簽是一個(gè)很好的選擇。在動(dòng)車組零部件適當(dāng)?shù)奈恢谜迟NRFID電子標(biāo)簽，通過這一數(shù)據(jù)載體將與動(dòng)車組零部件相關(guān)的信息流、實(shí)物流聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)交換。

1 RFID標(biāo)簽在動(dòng)車組零部件管理系統(tǒng)上的應(yīng)用

RFID技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。

動(dòng)車組零部件管理系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示。

其中，可根據(jù)操作距離、供電方式選擇不同工作頻率的RFID電子標(biāo)簽。由于動(dòng)車組零部件在組裝、檢修時(shí)被識(shí)別的距離較遠(yuǎn)，且供電不便，宜采用高頻無源的RFID電子標(biāo)簽?？筛鶕?jù)操作方式選擇固定或移動(dòng)的讀寫設(shè)備。采用固定的讀寫設(shè)備對(duì)定點(diǎn)零部件進(jìn)行卡控操作，移動(dòng)的讀寫設(shè)備則可以方便靈活地對(duì)零部件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地隨機(jī)操作。

圖1 動(dòng)車組零部件管理系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

2 現(xiàn)有RFID標(biāo)簽的不足與改進(jìn)探討

（1）RFID標(biāo)簽存儲(chǔ)量。最簡(jiǎn)單的辦法是增加額外容量，高于標(biāo)準(zhǔn)；但此方法大大增加成本，在標(biāo)簽需求量很大的情況下，這樣做顯得很不明智。另外一種可行的辦法是，僅僅把標(biāo)簽作為一個(gè)標(biāo)識(shí)，把信息盡可能地存儲(chǔ)在相關(guān)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)里，在動(dòng)車組零部件每次作業(yè)時(shí)，標(biāo)簽信息不變，更新的是后臺(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)。這種方法需要讀寫設(shè)備與后臺(tái)應(yīng)用程序通信時(shí)時(shí)處在良好狀態(tài)。動(dòng)車組生產(chǎn)及維修現(xiàn)場(chǎng)需均能實(shí)現(xiàn)有線或無線的通訊鏈路，使讀寫設(shè)備及后臺(tái)程序數(shù)據(jù)交互方便。

（2）RFID標(biāo)簽的安全。動(dòng)車組行駛速度極高，運(yùn)行時(shí)軌道上“飛沙走石”，附加在零部件上的電子標(biāo)簽很容易被高速的石子擊中而受到破壞。

需采用具有高抗沖擊性能的外殼，將電子標(biāo)簽封裝起來，進(jìn)行保護(hù)。該外殼不對(duì)電子標(biāo)簽造成性能上的任何干擾，并具有良好的封閉性，可以防水、防塵、防酸、防堿、防靜電及防電磁干擾。

（3）RFID標(biāo)簽的可視化。可視化涉及到電子標(biāo)簽的領(lǐng)發(fā)、裝配、維護(hù)等，直接關(guān)系到其安裝工藝及日后使用的方便問題?，F(xiàn)在一般采用兩種可視化方式：a.使用不干膠將打印好的標(biāo)識(shí)粘貼在電子標(biāo)簽外殼上；b.直接在電子標(biāo)簽外殼上直接刻蝕。第1種方法很可能出現(xiàn)因粘貼不牢靠而脫落丟失的現(xiàn)象，并且容易受到油污污染，使字體不清楚乃至難以辨認(rèn)。第2種方法難以更改信息，不便維護(hù)。

為了使RFID標(biāo)簽有更友好、更方便使用的可視化界面，可以在電子標(biāo)簽外殼上使用電子紙技術(shù)，保證無源的情況下實(shí)時(shí)顯示所需信息。

電子紙的表面是一層透明材料，作為電極端使用；底部是電子紙的另一個(gè)電極，微膠囊夾在這兩個(gè)電極間。微膠囊受負(fù)電場(chǎng)作用時(shí)，白色顆粒帶正電荷而移動(dòng)到微膠囊頂部，相應(yīng)位置顯示為白色；黑色顆粒由于帶負(fù)電荷而在電場(chǎng)力作用下到達(dá)微膠囊底部，使用者不能看到黑色。如果電場(chǎng)的作用方向相反，則顯示效果也相反。只要改變電場(chǎng)作用方向就能在顯示黑色和白色間切換，組成文字或者圖片顯示出來。

采用電子紙技術(shù)的RFID標(biāo)簽，在自身變更信息時(shí)耦合產(chǎn)生的電流更新電子紙的顯示信息，其它時(shí)候維持屏幕的顯示內(nèi)容是不需要電力支持的。盡管電子紙反映速度較慢，相對(duì)信息變更一次就需要保持很長(zhǎng)時(shí)間。這樣，可以使電子紙顯示的內(nèi)容與電子標(biāo)簽存儲(chǔ)的信息保持一致。

但是，電子紙耐壓力很差，很容易被異物擊壞；由于RFID標(biāo)簽有外殼保護(hù)，可以將電子書也放在標(biāo)簽殼里，只需將外殼做成透明即可；既透明又堅(jiān)硬的材料在動(dòng)車組上已有應(yīng)用。另外，電子書的價(jià)格目前還較為昂貴，由此帶來的費(fèi)用甚至是電子標(biāo)簽本身的好幾倍，在實(shí)際應(yīng)用尚需考慮。

3 結(jié)束語

結(jié)合電子紙技術(shù)的RFID標(biāo)簽，在其內(nèi)在作用（存儲(chǔ)及信息交互等）及外觀（可視化）上，比其他標(biāo)識(shí)方式有很大的優(yōu)勢(shì)，盡管價(jià)格較高，但將其應(yīng)用在價(jià)格高昂的動(dòng)車組來管理零部件的生命周期，顯然是值得的，并且隨著其成本的降低，在其它領(lǐng)域也可以得到良好的應(yīng)用。

[1] 余 穎. 基于電子紙和RFID的寵物電子標(biāo)簽[J] . 技術(shù)與市場(chǎng)，2010（7）.

[2] 胡子涵，張立成，馮瓊輝，顧玲娟. 基于電子紙技術(shù)的無線電子標(biāo)簽研究[J] .電子設(shè)計(jì)工程，2009（12）.

[3] 李曉鳴. 動(dòng)車組運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用[D] . 北京：北京交通大學(xué)，2009.

[4] 李 鵑，蘇冠群，劉麗梅.基于RFID技術(shù)的汽車零部件追溯管理的研究[J] .制造技術(shù)與材料，2010（2）.

[5] 周曉光，王曉華.射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)原理與應(yīng)用實(shí)例[M] .北京:人民郵電出版社，2006.