劉 洋，邵文東，曹玉峰，叢盛國，徐世鋒，王 廠

(1.國能鐵路裝備有限責(zé)任公司 北京 100120； 2.中車齊齊哈爾車輛有限公司 大連研發(fā)中心，遼寧 大連 116052)

鐵路貨車運(yùn)用工況復(fù)雜，零部件數(shù)量大，檢修流程工序多、管理繁瑣。既有HMIS系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)的采集大部分是依靠人工讀取零部件上刻錄或澆注的編號(hào)來實(shí)現(xiàn)，該方式讀取效率低，難以實(shí)現(xiàn)零部件防偽和對(duì)零部件進(jìn)行全壽命周期的跟蹤、追溯，進(jìn)而影響運(yùn)用檢修效率和貨車健康管理水平。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，RFID自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)日趨成熟，可以在開展?fàn)顟B(tài)修時(shí)依據(jù)自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)建立起重要零部件的“身份信息”，再通過與大數(shù)據(jù)中心建立聯(lián)系，快速檢索零部件基本信息以及整個(gè)壽命周期內(nèi)的檢修信息、故障信息等[1]，準(zhǔn)確定位零部件的狀態(tài)，更好地實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)維修，提高檢修效率。

1 RFID技術(shù)的應(yīng)用

RFID技術(shù)從20世紀(jì)90年代開始興起，目前已經(jīng)在工業(yè)自動(dòng)化、物體跟蹤、交通運(yùn)輸控制管理、防偽和軍事物流供應(yīng)鏈可視化管理等方面廣泛應(yīng)用。

1.1 在鐵路運(yùn)輸上的應(yīng)用

由于RFID電子標(biāo)簽充分考慮了鐵路貨車零部件特性及車輛實(shí)際運(yùn)用條件等因素，鐵路貨車零部件應(yīng)用RFID電子標(biāo)簽具備較高的適用性。RFID電子標(biāo)簽具有非接觸、抗污染、多目標(biāo)、可防偽、強(qiáng)度高等多種技術(shù)優(yōu)勢，可有效避免在鐵路貨車運(yùn)用檢修中被損壞或被覆蓋而造成電子標(biāo)簽失效的情況。圖1為鐵路貨車零部件全壽命跟蹤管理系統(tǒng)示意圖，圖2為 RFID電子標(biāo)簽信息傳遞示意圖。

圖1 鐵路貨車零部件全壽命跟蹤管理系統(tǒng)示意圖

圖2 RFID電子標(biāo)簽信息傳遞示意圖

2000年，原鐵道部一期投資4億多元實(shí)施鐵路車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)工程，在40萬輛鐵路貨車上安裝貨車RFID電子標(biāo)簽，1萬多臺(tái)機(jī)車上加裝機(jī)車RFID電子標(biāo)簽，在全國鐵路主要大站、編組站安裝2 000套地面識(shí)別設(shè)備，使列車正點(diǎn)率提高30%，每年增收十多億元的經(jīng)濟(jì)效益。而今在中國鐵路十幾萬公里的鐵路線上，幾十萬輛貨車及客車、千余組動(dòng)車組、幾萬臺(tái)機(jī)車全部安裝了電子標(biāo)簽，遍布鐵路沿線的地面車號(hào)識(shí)別設(shè)備24 h運(yùn)行，為鐵路運(yùn)輸管理提供實(shí)時(shí)可靠的車輛數(shù)據(jù)采集信息，成為鐵路信息化建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施[2]。

1.2 在其他運(yùn)輸行業(yè)的應(yīng)用

隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，2017年富士通公司與波音公司簽署合同，向波音公司提供RFID集成標(biāo)簽。波音公司為所有飛機(jī)制造階段的主要零部件增加RFID電子標(biāo)簽，能夠?qū)γ總€(gè)零部件進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的追溯，提高飛機(jī)維修工作效率。波音公司將富士通RFID電子標(biāo)簽附加到單架飛機(jī)的大約7 000個(gè)零部件上并自動(dòng)生成飛機(jī)準(zhǔn)備工作日志(ARL)，旨在數(shù)字化地管理零部件信息，大幅提高任務(wù)效率，減少人為錯(cuò)誤，提高飛機(jī)制造生產(chǎn)效率[3]。通過使用數(shù)字化飛機(jī)準(zhǔn)備工作日志(ARL)，可以確保飛機(jī)零部件的準(zhǔn)確性、可追溯性，從而在飛機(jī)維護(hù)或發(fā)生故障時(shí)安全快速地提供相應(yīng)支持。此外，通過在庫存管理中使用RFID電子標(biāo)簽，還將提高物流運(yùn)營和庫存管理的效率。該項(xiàng)目的實(shí)施提高了對(duì)飛機(jī)零部件全壽命周期管理的效率。

2 國能鐵路裝備有限責(zé)任公司鐵路貨車RFID技術(shù)應(yīng)用

2.1 應(yīng)用RFID識(shí)別技術(shù)的零部件范疇

鐵路貨車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件種類及數(shù)量繁多，不同零部件具有不同的使用環(huán)境、功能特性、使用壽命和檢修管理要求，國能鐵路裝備有限責(zé)任公司根據(jù)零部件的重要等級(jí)、安裝方式、安裝位置及搭載運(yùn)行試驗(yàn)進(jìn)度等綜合因素，篩選出首批永久加裝RFID電子標(biāo)簽的零部件，共20種，如表1所示。狀態(tài)修模式下的零部件分類方式，主要考慮零部件故障對(duì)行車安全影響的重要度、是否有強(qiáng)制報(bào)廢周期要求、是否可修復(fù)、是否具備修復(fù)價(jià)值、檢修成本、采購成本、使用周期長短、檢修模式等因素，據(jù)此將鐵路貨車零部件重新劃分為全壽命零部件、使用壽命零部件和易損零部件。表1中全壽命零部件8種，使用壽命零部件12種。

表1 首批永久加裝RFID電子標(biāo)簽零部件明細(xì)表

2.2 RFID電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)信息

(1) RFID電子標(biāo)簽編碼。根據(jù)相應(yīng)編碼規(guī)則制定零部件各種信息的編碼，與大數(shù)據(jù)中心保持一致，并確保編碼的唯一性和準(zhǔn)確性。

(2) 產(chǎn)品出廠時(shí)存儲(chǔ)信息。我國鐵路貨車零部件現(xiàn)有的永久性標(biāo)識(shí)主要包括生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、批次、編號(hào)等，在出廠后也僅對(duì)配件進(jìn)行質(zhì)量追蹤管理，不能有效地掌握相關(guān)零部件的運(yùn)用檢修情況。采用RFID技術(shù)后，相關(guān)產(chǎn)品在出廠時(shí)其基本信息存儲(chǔ)到RFID電子標(biāo)簽中，可通過信息化管理手段對(duì)零部件進(jìn)行自動(dòng)追蹤，實(shí)時(shí)掌握零部件的運(yùn)用檢修情況。

(3) 產(chǎn)品應(yīng)用后存儲(chǔ)信息。鐵路貨車零部件在運(yùn)用檢修過程中主要故障為裂紋、磨耗、變形、失效等。因此，在狀態(tài)修過程中，除了記錄零部件的基本信息外，還應(yīng)記錄零部件的運(yùn)用檢修信息。RFID電子標(biāo)簽本身錄入的信息應(yīng)包括：檢修單位、檢修日期、修程、運(yùn)用里程、故障基本信息。其中運(yùn)用檢修的詳細(xì)信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，如零部件的尺寸、磨耗、裂紋、性能等信息，通過數(shù)據(jù)中心快速檢索零部件整個(gè)壽命周期的檢修、故障信息，便于分析其失效規(guī)律。

2.3 RFID電子標(biāo)簽信息傳遞

(1) 產(chǎn)品制造過程中信息傳遞。在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程中，利用RFID設(shè)備將零部件基本信息寫入RFID電子標(biāo)簽芯片內(nèi)，RFID電子標(biāo)簽存儲(chǔ)的零部件基本信息寫入后不可更改。電子標(biāo)簽存儲(chǔ)的“一物一碼”信息應(yīng)同步上傳到數(shù)據(jù)中心，便于后續(xù)零部件交付及應(yīng)用時(shí)實(shí)時(shí)調(diào)取。

(2) 產(chǎn)品交付后信息傳遞。零部件交付使用單位后，使用單位利用RFID設(shè)備讀取零部件上的電子標(biāo)簽信息，自動(dòng)識(shí)別零部件基本信息，確認(rèn)零部件合規(guī)后執(zhí)行零部件的入庫操作，同時(shí)將零部件的入庫信息直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心，完成整個(gè)產(chǎn)品交付的數(shù)據(jù)傳遞。

(3) 產(chǎn)品應(yīng)用后信息傳遞。零部件裝車應(yīng)用后，在運(yùn)用檢修的相關(guān)工位，利用RFID設(shè)備讀取零部件上的電子標(biāo)簽信息，根據(jù)自動(dòng)識(shí)別的零部件基本信息，可以通過查詢數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)掌握零部件的狀態(tài)。在運(yùn)用檢修完成后，利用RFID設(shè)備可以將運(yùn)用檢修的關(guān)鍵信息寫入電子標(biāo)簽芯片內(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)，也可以通過電子標(biāo)簽的信息關(guān)聯(lián)將相關(guān)的運(yùn)用檢修信息上傳到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)中心可以實(shí)時(shí)查詢零部件整個(gè)壽命周期內(nèi)的運(yùn)用檢修過程以及當(dāng)前的狀態(tài)。

2.4 RFID電子標(biāo)簽安裝

2.4.1 安裝方式

國家能源集團(tuán)貨車車型多、數(shù)量大，運(yùn)行線路長，運(yùn)用環(huán)境復(fù)雜，安全可靠性要求高，尤其走行部關(guān)鍵零部件比其他零部件運(yùn)行環(huán)境更加惡劣，標(biāo)簽安裝方式直接影響關(guān)鍵零部件的技術(shù)狀態(tài)及標(biāo)簽使用壽命。較為成熟的電子標(biāo)簽安裝方式包括膠粘、掛鏈、磁鐵、焊接、鉚接、螺紋連接等。由于掛鏈固定方式存在安裝空間不足和易碰撞丟失的問題，磁鐵固定方式存在易丟失的問題，焊接方式存在局部溫度高易造成標(biāo)簽本體損傷的問題，因此首批安裝RFID電子標(biāo)簽的零部件將采取膠粘、螺紋連接以及鉚接3種方式實(shí)現(xiàn)永久性安裝，并以鉚接方式為主。采用鉚接方式的有：車體鋼結(jié)構(gòu)、車門組成、搖枕、側(cè)架、軸箱橡膠墊、制動(dòng)梁組成、下心盤、承載鞍、120/120-1型緊急閥、KZW-A型傳感閥、限壓閥、鉤體、牽引桿、鉤尾框、緩沖器以及轉(zhuǎn)動(dòng)套，共16種；采用螺紋連接方式(加緊固膠)的有：車輪、120/120-1型主閥、120/120-1型中間體，共3種；閘調(diào)器采用膠粘方式安裝RFID電子標(biāo)簽安裝。

2.4.2 安裝位置

由于車輛零部件種類較多，且具備不同的外型特征和處于不同的運(yùn)用環(huán)境，例如車軸、車輪表面是曲線形狀，處于旋轉(zhuǎn)及上下左右振動(dòng)運(yùn)用狀態(tài)；搖枕、側(cè)架、承載鞍等部件表面不規(guī)則，處于上下左右振動(dòng)運(yùn)用狀態(tài)。同時(shí)，在零部件生產(chǎn)維修環(huán)節(jié)也有著不同的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)要求。

從RFID手持機(jī)讀寫標(biāo)簽性能方面看，將標(biāo)簽固定到零部件表面平滑區(qū)域其讀寫性能才不會(huì)受標(biāo)簽固定位置四周凸凹不平金屬的反射電波的影響。因此，需綜合考慮零部件生產(chǎn)加工或機(jī)械搬運(yùn)吊運(yùn)過程中避免磕碰、滿足手持機(jī)與標(biāo)簽表面傾斜不超過30°且兩者距離不超過300 mm要求，確定不同零部件的固定標(biāo)簽位置。

3 RFID電子標(biāo)簽試制及試驗(yàn)

3.1 試制

根據(jù)首批永久性安裝RFID電子標(biāo)簽零部件的種類，確定了“螺栓式”和“銘牌式”2種RFID電子標(biāo)簽形態(tài)(圖3)，結(jié)合電子標(biāo)簽安裝位置、固定方式、運(yùn)用環(huán)境以及使用壽命等相關(guān)要求進(jìn)行了電子標(biāo)簽的試制?！奥菟ㄊ健彪娮訕?biāo)簽在螺栓頭的端面上加工槽位，將電子標(biāo)簽嵌入到螺栓頭內(nèi)，在保證電子標(biāo)簽性能的同時(shí)，能夠確保螺栓固有的機(jī)械性能不變；“銘牌式”電子標(biāo)簽底殼和四周采用不銹鋼，電子標(biāo)簽嵌入上表面的中間內(nèi)部，并采用PC材料一體成型。

圖3 電子標(biāo)簽樣品示意

3.2 試驗(yàn)

3.2.1 拋丸試驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)零部件的檢修工藝需要，搖枕、側(cè)架、鉤體、鉤尾框、轉(zhuǎn)動(dòng)套(其余還有制動(dòng)梁組成、牽引桿等)在檢修過程中會(huì)進(jìn)行拋丸除銹。因此，為驗(yàn)證RFID電子標(biāo)簽的強(qiáng)度和可靠性，2019年1月在中車齊齊哈爾車輛有限公司(以下簡稱中車齊車公司)鑄鋼分廠進(jìn)行了RFID電子標(biāo)簽拋丸試驗(yàn)，電子標(biāo)簽分別安裝在搖枕、側(cè)架、鉤體、鉤尾框上。拋丸試驗(yàn)設(shè)備為車鉤、搖枕等鑄件的拋丸打砂機(jī)，拋丸時(shí)間定為10 min。試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)標(biāo)簽的表面狀態(tài)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽表面僅存在輕微的砂粒打擊痕跡，滿足零部件整個(gè)壽命周期內(nèi)的拋丸除銹要求；用RFID手持機(jī)對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行信息讀取，讀取效果良好。

3.2.2 高低溫試驗(yàn)

2019年1月在中車齊車公司產(chǎn)品試驗(yàn)室對(duì)裝用RFID標(biāo)簽的主閥體及閘調(diào)器筒體進(jìn)行了高低溫試驗(yàn)，低溫采用24 h、-50 ℃工況，高溫采用3 h、110 ℃工況，高低溫試驗(yàn)后檢查RFID標(biāo)簽的可用性及與其余產(chǎn)品結(jié)合的可靠性。試驗(yàn)結(jié)果顯示，裝用RFID標(biāo)簽的主閥體及閘調(diào)器筒體的標(biāo)簽無脫落，且讀取功能正常。

3.2.3 超聲波及耐介質(zhì)清洗試驗(yàn)

2019年1月在中車齊車公司產(chǎn)品生產(chǎn)線對(duì)采用粘接方式裝用RFID標(biāo)簽的主閥體和緊急閥體進(jìn)行了超聲波清洗試驗(yàn)及耐介質(zhì)清洗試驗(yàn)，介質(zhì)采用中性金屬清洗劑，水溫70 ℃狀態(tài)下浸泡24 h后檢驗(yàn)其粘接狀態(tài)及讀取性能。試驗(yàn)結(jié)果顯示，裝用RFID電子標(biāo)簽的主閥體及緊急閥體標(biāo)簽無脫落且讀寫功能正常，能夠滿足檢修時(shí)的清洗要求。

3.2.4 裝車組裝試驗(yàn)

上述試驗(yàn)完成后，于2019年1月在中車齊車公司貨車分廠進(jìn)行了帶RFID電子標(biāo)簽零部件的裝車試驗(yàn)。試驗(yàn)車型為C80B型敞車，按既有操作方式對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行裝車及拆卸。在零部件裝車過程中、組裝完成后以及零部件拆卸過程中未發(fā)現(xiàn)電子標(biāo)簽與相關(guān)設(shè)備存在干涉情況。試驗(yàn)結(jié)束后利用RFID手持機(jī)對(duì)所有零部件電子標(biāo)簽的信息進(jìn)行讀取，讀取效果良好。

4 結(jié)束語

RFID電子標(biāo)簽技術(shù)先進(jìn)，全壽命周期性價(jià)比高，安裝、生產(chǎn)、運(yùn)用及檢修試驗(yàn)驗(yàn)證了電子標(biāo)簽的安裝方案能夠滿足車輛裝用要求。采用RFID“一物一碼”技術(shù)對(duì)鐵路車輛的重要零部件進(jìn)行管理，可在零部件的檢修和使用的壽命周期中隨時(shí)查詢核對(duì)零部件信息，保障零部件的質(zhì)量，提高檢修過程中識(shí)別和信息采集的效率，提升自動(dòng)化程度，合理調(diào)配零部件庫存，滿足多方面的管理和安全需求，為狀態(tài)修信息化管理提供條件。隨著RFID標(biāo)簽的逐步推廣應(yīng)用，建議在實(shí)際應(yīng)用成功的案例基礎(chǔ)上形成企業(yè)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)RFID標(biāo)簽技術(shù)在鐵路貨車管理中的推廣應(yīng)用。