我國鐵路貨車RFID應用技術研究與探討

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任公司 北京 100120； 2.中車齊齊哈爾車輛有限公司 大連研發中心，遼寧 大連 116052)

鐵路貨車運用工況復雜，零部件數量大，檢修流程工序多、管理繁瑣。既有HMIS系統基本數據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來實現，該方式讀取效率低，難以實現零部件防偽和對零部件進行全壽命周期的跟蹤、追溯，進而影響運用檢修效率和貨車健康管理水平。隨著信息技術的發展，RFID自動化識別技術日趨成熟，可以在開展狀態修時依據自動化識別技術建立起重要零部件的“身份信息”，再通過與大數據中心建立聯系，快速檢索零部件基本信息以及整個壽命周期內的檢修信息、故障信息等[1]，準確定位零部件的狀態，更好地實現精準維修，提高檢修效率。

1 RFID技術的應用

RFID技術從20世紀90年代開始興起，目前已經在工業自動化、物體跟蹤、交通運輸控制管理、防偽和軍事物流供應鏈可視化管理等方面廣泛應用。

1.1 在鐵路運輸上的應用

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

圖1 鐵路貨車零部件全壽命跟蹤管理系統示意圖

圖2 RFID電子標簽信息傳遞示意圖

2000年，原鐵道部一期投資4億多元實施鐵路車號自動識別系統工程，在40萬輛鐵路貨車上安裝貨車RFID電子標簽，1萬多臺機車上加裝機車RFID電子標簽，在全國鐵路主要大站、編組站安裝2 000套地面識別設備，使列車正點率提高30%，每年增收十多億元的經濟效益。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、千余組動車組、幾萬臺機車全部安裝了電子標簽，遍布鐵路沿線的地面車號識別設備24 h運行，為鐵路運輸管理提供實時可靠的車輛數據采集信息，成為鐵路信息化建設的基礎設施[2]。

1.2 在其他運輸行業的應用

隨著RFID技術的不斷發展，2017年富士通公司與波音公司簽署合同，向波音公司提供RFID集成標簽。波音公司為所有飛機制造階段的主要零部件增加RFID電子標簽，能夠對每個零部件進行管理，實現準確的追溯，提高飛機維修工作效率。波音公司將富士通RFID電子標簽附加到單架飛機的大約7 000個零部件上并自動生成飛機準備工作日志(ARL)，旨在數字化地管理零部件信息，大幅提高任務效率，減少人為錯誤，提高飛機制造生產效率[3]。通過使用數字化飛機準備工作日志(ARL)，可以確保飛機零部件的準確性、可追溯性，從而在飛機維護或發生故障時安全快速地提供相應支持。此外，通過在庫存管理中使用RFID電子標簽，還將提高物流運營和庫存管理的效率。該項目的實施提高了對飛機零部件全壽命周期管理的效率。

2 國能鐵路裝備有限責任公司鐵路貨車RFID技術應用

2.1 應用RFID識別技術的零部件范疇

鐵路貨車產品結構復雜，零部件種類及數量繁多，不同零部件具有不同的使用環境、功能特性、使用壽命和檢修管理要求，國能鐵路裝備有限責任公司根據零部件的重要等級、安裝方式、安裝位置及搭載運行試驗進度等綜合因素，篩選出首批永久加裝RFID電子標簽的零部件，共20種，如表1所示。狀態修模式下的零部件分類方式，主要考慮零部件故障對行車安全影響的重要度、是否有強制報廢周期要求、是否可修復、是否具備修復價值、檢修成本、采購成本、使用周期長短、檢修模式等因素，據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電子標簽零部件明細表

2.2 RFID電子標簽的存儲信息

(1) RFID電子標簽編碼。根據相應編碼規則制定零部件各種信息的編碼，與大數據中心保持一致，并確保編碼的唯一性和準確性。

(2) 產品出廠時存儲信息。我國鐵路貨車零部件現有的永久性標識主要包括生產廠家、生產日期、批次、編號等，在出廠后也僅對配件進行質量追蹤管理，不能有效地掌握相關零部件的運用檢修情況。采用RFID技術后，相關產品在出廠時其基本信息存儲到RFID電子標簽中，可通過信息化管理手段對零部件進行自動追蹤，實時掌握零部件的運用檢修情況。

(3) 產品應用后存儲信息。鐵路貨車零部件在運用檢修過程中主要故障為裂紋、磨耗、變形、失效等。因此，在狀態修過程中，除了記錄零部件的基本信息外，還應記錄零部件的運用檢修信息。RFID電子標簽本身錄入的信息應包括：檢修單位、檢修日期、修程、運用里程、故障基本信息。其中運用檢修的詳細信息存儲在數據中心內，如零部件的尺寸、磨耗、裂紋、性能等信息，通過數據中心快速檢索零部件整個壽命周期的檢修、故障信息，便于分析其失效規律。

2.3 RFID電子標簽信息傳遞

(1) 產品制造過程中信息傳遞。在產品的生產制造過程中，利用RFID設備將零部件基本信息寫入RFID電子標簽芯片內，RFID電子標簽存儲的零部件基本信息寫入后不可更改。電子標簽存儲的“一物一碼”信息應同步上傳到數據中心，便于后續零部件交付及應用時實時調取。

(2) 產品交付后信息傳遞。零部件交付使用單位后，使用單位利用RFID設備讀取零部件上的電子標簽信息，自動識別零部件基本信息，確認零部件合規后執行零部件的入庫操作，同時將零部件的入庫信息直接存儲到數據中心，完成整個產品交付的數據傳遞。

(3) 產品應用后信息傳遞。零部件裝車應用后，在運用檢修的相關工位，利用RFID設備讀取零部件上的電子標簽信息，根據自動識別的零部件基本信息，可以通過查詢數據中心實時掌握零部件的狀態。在運用檢修完成后，利用RFID設備可以將運用檢修的關鍵信息寫入電子標簽芯片內進行存儲，也可以通過電子標簽的信息關聯將相關的運用檢修信息上傳到數據中心進行存儲。數據中心可以實時查詢零部件整個壽命周期內的運用檢修過程以及當前的狀態。

2.4 RFID電子標簽安裝

2.4.1 安裝方式

國家能源集團貨車車型多、數量大，運行線路長，運用環境復雜，安全可靠性要求高，尤其走行部關鍵零部件比其他零部件運行環境更加惡劣，標簽安裝方式直接影響關鍵零部件的技術狀態及標簽使用壽命。較為成熟的電子標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簽本體損傷的問題，因此首批安裝RFID電子標簽的零部件將采取膠粘、螺紋連接以及鉚接3種方式實現永久性安裝，并以鉚接方式為主。采用鉚接方式的有：車體鋼結構、車門組成、搖枕、側架、軸箱橡膠墊、制動梁組成、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、緩沖器以及轉動套，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；閘調器采用膠粘方式安裝RFID電子標簽安裝。

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用環境，例如車軸、車輪表面是曲線形狀，處于旋轉及上下左右振動運用狀態；搖枕、側架、承載鞍等部件表面不規則，處于上下左右振動運用狀態。同時，在零部件生產維修環節也有著不同的作業環境和作業要求。

從RFID手持機讀寫標簽性能方面看，將標簽固定到零部件表面平滑區域其讀寫性能才不會受標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加工或機械搬運吊運過程中避免磕碰、滿足手持機與標簽表面傾斜不超過30°且兩者距離不超過300 mm要求，確定不同零部件的固定標簽位置。

3 RFID電子標簽試制及試驗

3.1 試制

根據首批永久性安裝RFID電子標簽零部件的種類，確定了“螺栓式”和“銘牌式”2種RFID電子標簽形態(圖3)，結合電子標簽安裝位置、固定方式、運用環境以及使用壽命等相關要求進行了電子標簽的試制?！奥菟ㄊ健彪娮訕撕炘诼菟^的端面上加工槽位，將電子標簽嵌入到螺栓頭內，在保證電子標簽性能的同時，能夠確保螺栓固有的機械性能不變；“銘牌式”電子標簽底殼和四周采用不銹鋼，電子標簽嵌入上表面的中間內部，并采用PC材料一體成型。

圖3 電子標簽樣品示意

3.2 試驗

3.2.1 拋丸試驗

根據相關零部件的檢修工藝需要，搖枕、側架、鉤體、鉤尾框、轉動套(其余還有制動梁組成、牽引桿等)在檢修過程中會進行拋丸除銹。因此，為驗證RFID電子標簽的強度和可靠性，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)鑄鋼分廠進行了RFID電子標簽拋丸試驗，電子標簽分別安裝在搖枕、側架、鉤體、鉤尾框上。拋丸試驗設備為車鉤、搖枕等鑄件的拋丸打砂機，拋丸時間定為10 min。試驗結束后對標簽的表面狀態進行檢測，發現標簽表面僅存在輕微的砂粒打擊痕跡，滿足零部件整個壽命周期內的拋丸除銹要求；用RFID手持機對電子標簽進行信息讀取，讀取效果良好。

3.2.2 高低溫試驗

2019年1月在中車齊車公司產品試驗室對裝用RFID標簽的主閥體及閘調器筒體進行了高低溫試驗，低溫采用24 h、-50 ℃工況，高溫采用3 h、110 ℃工況，高低溫試驗后檢查RFID標簽的可用性及與其余產品結合的可靠性。試驗結果顯示，裝用RFID標簽的主閥體及閘調器筒體的標簽無脫落，且讀取功能正常。

3.2.3 超聲波及耐介質清洗試驗

2019年1月在中車齊車公司產品生產線對采用粘接方式裝用RFID標簽的主閥體和緊急閥體進行了超聲波清洗試驗及耐介質清洗試驗，介質采用中性金屬清洗劑，水溫70 ℃狀態下浸泡24 h后檢驗其粘接狀態及讀取性能。試驗結果顯示，裝用RFID電子標簽的主閥體及緊急閥體標簽無脫落且讀寫功能正常，能夠滿足檢修時的清洗要求。

3.2.4 裝車組裝試驗

上述試驗完成后，于2019年1月在中車齊車公司貨車分廠進行了帶RFID電子標簽零部件的裝車試驗。試驗車型為C80B型敞車，按既有操作方式對相關零部件進行裝車及拆卸。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現電子標簽與相關設備存在干涉情況。試驗結束后利用RFID手持機對所有零部件電子標簽的信息進行讀取，讀取效果良好。

4 結束語

RFID電子標簽技術先進，全壽命周期性價比高，安裝、生產、運用及檢修試驗驗證了電子標簽的安裝方案能夠滿足車輛裝用要求。采用RFID“一物一碼”技術對鐵路車輛的重要零部件進行管理，可在零部件的檢修和使用的壽命周期中隨時查詢核對零部件信息，保障零部件的質量，提高檢修過程中識別和信息采集的效率，提升自動化程度，合理調配零部件庫存，滿足多方面的管理和安全需求，為狀態修信息化管理提供條件。隨著RFID標簽的逐步推廣應用，建議在實際應用成功的案例基礎上形成企業或行業標準，以指導RFID標簽技術在鐵路貨車管理中的推廣應用。