鐵路機車鑰匙智能管理系統(tǒng)研究

張春紅

（國家鐵路局裝備技術(shù)中心 北京 100070）

現(xiàn)有的機車乘務(wù)鑰匙的管理模式多為人工管理的方式[1]，這種方式存在諸如臺賬不易保存、人工卡控及追溯困難，甚至易違規(guī)操作等弊端。為改善當(dāng)前機務(wù)的管理困境[2]，本文研究并設(shè)計了一套機車乘務(wù)鑰匙智能管理系統(tǒng)。

1 設(shè)計背景

我國機務(wù)段管理機車鑰匙多為人工發(fā)放鑰匙，并通過手寫臺賬的方式來記錄鑰匙的借用及歸還。這種方式存在著以下弊端：鑰匙的發(fā)放人員不能完全確認哪些人有權(quán)限來領(lǐng)取鑰匙，可能會造成鑰匙的遺失；無法卡控鑰匙領(lǐng)取流程，鑰匙的發(fā)放、領(lǐng)取和歸還可能存在違規(guī)操作；手動填寫臺賬，可能會因領(lǐng)用人及發(fā)放人簽字不規(guī)范給查看臺賬記錄帶來困難；而且隨著時間的推移，臺賬數(shù)量越來越多，臺賬的管理也會成為問題。

機務(wù)段作業(yè)人員在領(lǐng)取機車鑰匙過程中，要對鑰匙領(lǐng)用人員的權(quán)限進行嚴格的卡控，且有多個角色，如司機、行修人員、其他人員等，每種角色的審批流程都是不同的。不僅如此，機車鑰匙的種類也不同，諸如車門鑰匙、天窗鑰匙、隔離開關(guān)鑰匙等[3]，每種鑰匙的領(lǐng)用過程亦是有所不同這就進一步加重了管理的困境。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 整體設(shè)計

引入機車鑰匙信息化管理系統(tǒng)的重要性不言而喻。

機車鑰匙智能管理系統(tǒng)主要由服務(wù)器軟件、客戶端軟件、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、智能卡控柜以及各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件組成，實現(xiàn)機車鑰匙智能卡控及存取的功能。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境方面，系統(tǒng)基于鐵路辦公網(wǎng)研發(fā)，不與互聯(lián)網(wǎng)進行交互。

系統(tǒng)的客戶端安裝在鑰匙柜一體柜上，根據(jù)用戶人臉識別認證的信息，獲取對應(yīng)的權(quán)限，并按照對應(yīng)的角色業(yè)務(wù)去執(zhí)行相應(yīng)的領(lǐng)用或歸還流程。系統(tǒng)對用戶的操作記錄進行有效的記載，方便后續(xù)的查詢等，并能生成報表。系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)根據(jù)機務(wù)段現(xiàn)場的工作環(huán)境，沿用原來的操作流程，以安全、智能、便捷等為原則進行了設(shè)計。

2.2.1 功能設(shè)計

機車鑰匙智能管理系統(tǒng)創(chuàng)新性的功能主要包括以下幾點：

（1）天窗鑰匙、車門鑰匙和隔離開關(guān)鑰匙的智能權(quán)限存取。

（2）嚴格的權(quán)限及流程控制，天窗鑰匙領(lǐng)用人必須具有領(lǐng)用權(quán)限，而且要經(jīng)過車間負責(zé)人的審批和監(jiān)護員的確認才能領(lǐng)取鑰匙；若無乘務(wù)出勤計劃，乘務(wù)員無法領(lǐng)取車門鑰匙；機統(tǒng)6系統(tǒng)沒有機車故障需要維修的信息，則不允許行修人員領(lǐng)取鑰匙。其余人員領(lǐng)取車門鑰匙無需確認（其余人員權(quán)限嚴格卡控）。

（3）無紙化管理，自動生成電子臺賬，可隨時查詢和打印。

BIM技術(shù)在工程實踐中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，而Revit軟件作為BIM技術(shù)很重要的組成部分，不僅僅是有助于工程結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)，甚至對于整個工程專業(yè)的力學(xué)相關(guān)的專業(yè)課程都有很大的幫助。將Revit軟件應(yīng)用到工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，極大地促進了教學(xué)，但同時也檢驗了軟件本身，為Revit軟件進一步的改善提升性能提供了方向。

（4）采用目標(biāo)最優(yōu)解算法，選擇最優(yōu)的空閑盒子存放同一類型設(shè)備，減少作業(yè)損耗，最大程度利用存放盒。

本文求解目標(biāo)為根據(jù)鑰匙存放的空閑盒子使用過的次數(shù)（或者盒子使用的時間）和盒子位于當(dāng)前坐標(biāo)系的位置，使得單位盒子的綜合使用次數(shù)最小，找出目標(biāo)最優(yōu)的空閑盒子。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)如式（1）所示：

式中,maxC表示單位盒子當(dāng)前的最大綜合使用次數(shù),ikC表示柜子坐標(biāo)系中i坐標(biāo)的柜盒已使用k次。

2.2.2 架構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)控制端主體使用B/S結(jié)構(gòu)，采用Sping Cloud技術(shù)，前端使用Vue，前后端分離；客戶端軟件使用C/S結(jié)構(gòu)，程序采用WPF技術(shù)和MVVM框架，界面美觀，交互簡單；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用MySql、SqlServer數(shù)據(jù)庫。智能柜和中心控制系統(tǒng)之間采用WebSocket進行通信，實時、穩(wěn)定。系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 機車鑰匙智能管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

2.2.3 業(yè)務(wù)流程

這里我們考慮車門鑰匙的智能存取，為方便記為車門鑰匙智能管理系統(tǒng)，分為存鑰匙和取兩個模塊。

（1）存鑰匙的流程為：作業(yè)人員到客戶端軟件上輸入(或選擇)車型，輸入車號，刷臉確認個人信息后，對應(yīng)柜子上的盒子打開，將鑰匙放入盒子中。流程如圖3所示。

圖3 存鑰匙的流程

（2）取鑰匙的人員分為三大類，司機，行修人員和其余人員，三類人員取鑰匙的流程存在差別。司機領(lǐng)取鑰匙流程：外勤系統(tǒng)會事先存儲乘務(wù)出勤計劃，當(dāng)司機申請領(lǐng)取鑰匙時，車門鑰匙管理系統(tǒng)會讀取乘務(wù)出勤計劃，假如讀到該司機的出勤計劃，界面會自動顯示車型、車號及領(lǐng)用人信息，系統(tǒng)允許該司機領(lǐng)取鑰匙；若沒有該司機的出勤計劃則不允許該司機領(lǐng)取鑰匙，流程如圖4所示。

圖4 司機領(lǐng)鑰匙流程

行修人員領(lǐng)鑰匙流程：機統(tǒng)6系統(tǒng)會事先存儲機車有故障需要維修的信息，行修人員申請領(lǐng)鑰匙時，車門鑰匙管理系統(tǒng)會讀取機統(tǒng)6系統(tǒng)的信息，如果沒有機車故障需要維修的信息，則不允許行修人員領(lǐng)取鑰匙；如果讀到機車故障信息，則將所有需要維修的機車列出來，行修人員選擇某臺機車后領(lǐng)取鑰匙。流程如圖5所示。

圖5 行修人員領(lǐng)鑰匙流程

其余人員領(lǐng)鑰匙流程：除了司機和行修人員外，其余人員領(lǐng)鑰匙的流程相同。取鑰匙時要選擇或輸入車型，輸入車號，刷臉認證后，要由地檢組的人員確認才能領(lǐng)取鑰匙，領(lǐng)鑰匙流程如圖6所示。

圖6 其余人員領(lǐng)鑰匙流程

2.2.4 UI設(shè)計

系統(tǒng)控制端功能涵蓋視頻監(jiān)控、作業(yè)臺賬、基礎(chǔ)信息及后臺等管理功能，UI如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)控制端

系統(tǒng)操作端功能涵蓋車門鑰匙、天窗鑰匙、隔離開關(guān)鑰匙的領(lǐng)用及歸還，我們展示車門鑰匙管理UI如圖8所示。

圖8 智能柜操作端

3 創(chuàng)新性和先進性

機車鑰匙智能管理系統(tǒng)范圍基本涵蓋了鑰匙管理所有的服務(wù)對象，包括鑰匙存放的盒子、盒子所在的柜子、智能鑰匙柜所使用的段網(wǎng)IP地址、機車鑰匙的車型車號、隔離開關(guān)鑰匙所管理的股道、鑰匙的流轉(zhuǎn)臺賬。除此之外，系統(tǒng)還包括了部門權(quán)限、實時監(jiān)控等方面的功能，實時監(jiān)控可以實時反應(yīng)設(shè)備的運行狀態(tài)信息。

采用websocket通信技術(shù)+輪詢的方式進行客戶端與服務(wù)端的通信，可以在機務(wù)段內(nèi)任意電腦上審批作業(yè)人員在柜子上發(fā)起的鑰匙申請。

采用目標(biāo)最優(yōu)解算法進行設(shè)備存放，無需固定設(shè)備存放位置，選擇綜合使用次數(shù)最優(yōu)的空閑盒子存放設(shè)備，降低設(shè)備損耗。

采用生成電子臺賬的方式取代現(xiàn)有的手工填寫臺賬的方式，科學(xué)、準確、實時的生成電子臺賬。減少了人力資源，為機務(wù)段機車設(shè)備臺賬的管理和維護減輕了壓力，提高機務(wù)段運營管理水平和經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

“機車鑰匙智能管理系統(tǒng)”實現(xiàn)了乘務(wù)鑰匙管理的信息化、智能化，也將是從根本上改變現(xiàn)行機車鑰匙的管理模式，提升工作效率，保障生產(chǎn)組織，且具有較強的實用性和普遍的應(yīng)用價值。通過該系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計及應(yīng)用，期望能產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益，并為中國鐵路事業(yè)的發(fā)展貢獻一份力量。