中国铁路北京局集团有限公司天津电务段 天津300140
摘 要：工具设备管理是铁路维修企业进行正常工作的物质先决条件，是铁路维修正常进行和列车安全的技术保证。企业的技术水平和规模决定工具设备的品种和数量，工具设备的管理和应用能力又是一个企业现代化水平的标志。工具、量具设备的管理是否科学，在很大程度上决定了铁路维修的可靠性与效率的高低。随着铁路规模的不断扩大，新机型的不断引进，工具品种日趋繁杂，数量也日益增多，工具设备的查询、维护、计量登记工作繁复，错漏时有发生，工具的借出和归还需要花大量的时间清点检查。如何对工具设备进行有计划地、科学地、现代化地管理，提高管理的现代化水平，已是摆在我们面前的紧迫任务。另外，随着铁路公司对安全要求的日益提高，对在线路上使用的维修工具进行实时监控管理也将成为一种需要。更深远的意义在于RFID的使用防止了不良事件发生从而避免了伤亡事件。
关键词：高铁工具 管理 RFID 自动识别 手持机
1综述
随着高速铁路运营里程的不断增加，高铁设备数量和种类也随之增加，同时维修、养护设备所使用的工具数量和种类也大幅度的增加，这就给我提出了新的课题高铁工具管理。传统普速的工具管理方式为各种常用维修工具数量及种类较少，以个人保管为主，没有统一的管理方式与标准，造成维修工具丢失、遗落的问题时有发生。由于普速车速较低因此对工具的管理要求也不是特别的严格，高速铁路由于列车都是高速运行的，因此线路上如果稍有异物就会被行驶中的列车带起，造成车毁人亡事故的发生，同时高铁工具的数据和种类要比普速多很多，因此个人保管工具的方式，已经不能适应新形势下发展的需求。同时在《高速铁路信号作业指导意见》（运基信号[2011]379号）文件中严格规定了上道前及下道后必须将工具清点一致后，方可进行销记、交付使用，现在现场作业靠人工进行清点、确认，由于使用工具种类与数理较多，检修作业又都是在夜间，视野不开阔，视线受影响，再加上人员素质参差不齐，所以很易造成清点错误，甚至遗落，形成危及高铁安全的重要不利因素。针对此类问题天津电务段与成都专铁电子有限技术责任公司共同研制了高铁工具管理系统，通过手持机式读写器的RFID射频读取技术，自动对工具进行识别统计，消除人为干扰因素，确保带出工具与带回工具的一致性，实现高铁工具智能安全管理，此管理系统不但提高了智能化管理程度，而且减轻了劳动强度，提高了作业效率，保证了高铁运输安全。
2系统组成
高铁工具管理系统主要由手持终端、RFID芯片及管理软件等三大部分组成。如下图所示:
手持终端PDA与镶嵌在工具上的RFID芯片采用射频通信方式进行进行识别,并将识别后的数据自动录手持机端的管理软件,对工具进行相应的管理,手持机还可以通过蓝牙或者usb数据线将识别结果传递到管理计算机端的管理软件,对工具情况进行汇总管理。
2.1RFID芯片
2.1.1识别方式选择
从物体被识别的方式来看目前主要有：RFID、条形码2种。形码技术，它虽然拥有成熟的技术和标准，但是铁路维修工作的特殊性，应用条码技术存在许多弊端，如条形码与金属粘贴易于脱落，因现场作业环境复杂，被油泥覆盖后不能被识别等不足之处。RFID是一种新型识别技术，采用无线射频方式，实现标签与读写器之间的信号交互，识别工作无需人工干预，易于实现智能管理，RFID跟条码相比具有如下优点：
(1)快速扫描
条形码一次只能有一个条形码受到扫描； RFID辨识器可同时辨识读取数个 RFID标签。
(2)体积小型化、形状多样化
RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外， RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。
(3)抗污染能力和耐久性
传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但 RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损； RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。
(4)可重复使用
现今的条形码印刷上去之后就无法更改， RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。
(5)穿透性和无屏障阅读
在被覆盖的情况下， RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。
(6)数据的记忆容量大
一维条形码的容量是50Bytes，二维条形码最大的容量可储存 2至 3000字符， RFID最大的容量则有数 MegaBytes。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。
通过以上综合性能分析，因此我们选用RFID射频识别技术，作为高铁工具管理系统信息采集方式。
2.1.2RFID频段的选择
按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。不同频段的RFID工作原理不同，LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理，而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。目前国际上广泛采用的频率分布于4种波段，低频(125KHz)、高频(13.56MHz）、超高频（860MHz～960MFz）和微波（2.45GHz）。每一种频率都有它的特点，被用在不同的领域，因此要正确使用就要先选择合适的频率，根据各种频段的特点、应用场合以及实际工具管理的需求，本次系统采用无源UHF的RFID系统。这样，我们装在每一个工具上的射频卡可以使用相当长的时间，不用频繁更换。由于需要频繁交换信息，我们采用被动式的可读写卡（RW）。当电子标签进入阅读器的检测范围内时，标签里的线圈就产生感应电流，因为线圈的两端与芯片相连，于是芯片内储存的信息就与阅读器的识别系统作信息交换。工具设备的序号、名称、型号等的数据的登记，瞬间完成。
2.2手持终端PDA
经对对几种常见的微处理器的介绍的选择原则和对现有手持终端PDA 的实际需求的分析后，对微处理器为核心的硬件平台要求是便携带、低功耗、功能多、存储量大等功能，同时考虑到将来手持终端PDA 的功能扩展，为此，本设计要设计的手持终端PDA的硬件平台的核心微处理器是三星公司的、基于ARM920T内核的ARM微处理器S3C2440A，其最高的运行频率是533MHz；其外围存储器是使用在手持终端PDA 设计中常采用的SRAM+FLASH 形式，同时要求它们的容量是可以根据需求扩展的；采用触摸功能的液晶屏来作为输入设备，用软件模拟的键盘，替代了传统的按键，这样大大地减小了PDA 的体积，还降低了硬件的成本；同时考虑到手持终端PDA 存在着多种通信方式，其常采用的通信方式是异步串行通信接口、USB 通信接口等等方式，一般根据其通信的对象来决定通信方式的。研究设计手持终端PDA 主要是与下位机进行通信，而下位机是通过异步串行通信接口来实现通信的，所以，本设计研究设计的手持终端PDA 就使用异步串行通信的通信方式和下位机进行通信，又考虑到手持终端PDA 要与计算机进行通信，这就要求为手持终端配备USB 接口。考虑到系统的扩充性，还设计了一个SD 卡接口，插各种SD 卡来实现不同的数据通讯方式，最后还考虑到系统的调试，还设计了JTAG 接口电路。
在性能上、成本上、可扩展性上、通用性等因素上的充分分析和考虑后，确定本设计中的手持终端PDA 所使用的硬件总体设计方案：
3系统工作原理
当装有电子标签的工具在接近读写器时，读写器受控发出微波查询信号，安装在工具表面的电子标签收到读写器的查询信号后，将此信号与标签中的数据信息合成一体反射回电子标签读出装置。反射回的微波合成信号，已携带有电子标签数据信息。读写器接收到电子标签反射回的微波合成信号后，经读写器内部微处理器处理后即可将电子标签贮存的识别代码等信息分离读取出来，在手持机的显示屏上给出相应的显示信息。
4系统实现的功能
系统主要具有工具出库、工具归还、工具浏览、工具盘点、工具捆绑等五大功能。
4.1具出库
工具使用前要进行出库管理，通过扫描出库工具选项，对所需要使用的工具进行逐件扫描，出库成功的工具，则数据颜色为绿色，没有出库的工具则数据颜色为黑色，点击【结束】按钮，结束工具出库管理。
默认情况下，关闭工具出库界面，将保存出库表单到当前程序目录下，名字是：导出文件.csv。（csv文件可在PC端可用Excel打开）的文件；如果要手动设置出库表单的路径和文件名，点击【数据导出】按钮进行设置，可以将数据表单存到自己需要的位置。在出库操作完成后，需关闭当前弹出的界面，返回到主菜单，才能进行其他功能的操作。
4.2工具归还
当工具使用完后，要用手持机对使用的工具进行扫描识别，实现工具的归还管理。在主界面点击【工具归还】按钮，如果之前没有进行工具出库操作，显示列表为空；反之，则会在工具出库栏显示黑色的“√”,没有扫描前则在入库栏内显示黑色的“×”。扫描要归还的工具，点击【开始】按钮后，将手持机移向带标签的工具，归还成功的工具将显示绿色数据。
4.3工具浏览
可以通过手持机对所使用的工具进行查看，可以看到工具的名称、规格、出入库情况。通过点击【工具浏览】按钮，可进入工具浏览界面，出库后归还的工具，数据显示黑色“√”；出库后未归还的数据显示红色的“×”，也可从入库标志位看出。
4.4工具盘点
通过手持机可以对整个工具箱中工器具进行盘点查看，可以看到工具的名称、规格、状态和标签号码。通过数据导出按钮可以将数据导出，供电脑端管理软件使用，或者存档备查。没有盘点前数据显示黑色的“×”，当拿手持机对整个工具箱中所有的工器具进行盘点时，盘点过的工具的数据将显示绿色的“√”。
4.5工具绑定
是将工器具和电子标签间建立相互的对应关系，将实现工具与电子标签的手动绑定。对于没有绑定标签号的工具，标签号一栏为空；反之，显示已绑定的标签号系统测试。
5小结
高铁工具管理系统是以RFID技术为基础研发的工具专用的智能化管理系统，符合现场的实际需求，在实现工具智能化管理的同时，确保了出库工具与入库工具的一致性，实现了工具的闭合管理。RFID的铁路维修工具管理技术是现代科学技术与经济发展相结合的产物，火车的安全正点运营离不开铁路设备的维修养护，维修养护可以大大降低运营成本，维修工具是铁路设备维修养护的根本保证，工具管理系统是确保维修工具安全带离现场，确保高铁安全运行的重要手段。由于现代铁路信号技术发展较快，加之本人水平有限和时间仓促，文中难免有遗漏和不足之处，恳请同行专家和读者批评指正。
论文作者:马占奎
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/29
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