基于物聯網的鐵路車輛探傷設備遠程監控與管理系統設計與實現

張 煒

（中電科鵬躍電子科技有限公司，山西 太原 030006）

鐵路車輛檢修探傷設備是機車車輛檢修單位生產的關鍵設備，車輛關鍵部件的探傷是機車車輛檢修工藝中的重要生產環節，探傷設備工作的穩定性決定機車車輛檢修單位的生產效率。隨著物聯網技術的發展和應用，運用信息化手段開展關鍵設備監控與管理，能夠有效地保障生產質量和產能穩定，同時也有助于延長關鍵設備使用壽命。

1 車輛檢修單位關鍵設備管理的研究背景

隨著鐵路車輛系統生產力布局調整的不斷深入，車輛檢修單位的產能對保障鐵路生產運輸的安全與穩定起著至關重要的作用。車輛檢修單位關鍵設備的開工狀態對產能的釋放產生重大影響。因此，加強車輛檢修單位關鍵設備管理、保障設備穩定運行尤為重要，關乎車輛運行安全的輪對探傷設備是管理重點之一。探傷設備的開工狀態、探傷工人操作、日常維修與保養等各環節直接影響車輛的檢修質量。探傷設備的工作狀況、機能情況、設備檢查情況以及每臺設備的工作效率，是車輛段、車間管理層必須實時掌握的基本信息，同時也是車輛管理部門調整生產力布局決策的數據支撐來源。隨著物聯網技術的發展，信息化技術、傳感技術、射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術、網絡通信技術的融合應用，可實現對探傷設備的遠程監控與管理，有效保障設備穩定運行與及時維修維護，延長設備使用壽命周期。

2 車輛檢修單位探傷設備管理需求

現階段車輛段對探傷設備的管理，普遍采用操作人員點檢和維修人員巡檢互控進行設備狀態檢查之后再進行機能檢查校驗的工作方式，填寫檢查記錄單和打印機能檢查單，機能合格后開工使用[1]。但在實際生產過程中，容易出現以下問題：簡化作業、記錄填寫不規范等現象；紙質記錄單存檔造成數據無法有效利用；生產過程中現場環境因素對設備的影響不能及時發現和解決導致設備故障，故障判斷無法通過工作環境監測數據來排查；車間管理者對故障修復時間不能及時掌握，影響生產進度；車輛檢修單位決策者無法通過數據來分析判斷產能是否符合預期等。為解決現階段設備管理存在的問題，以問題為導向引出實際的管理需求。

1）采用信息化手段，改變傳統紙質檢查單的填報方式，通過移動終端開展點檢、巡檢、機能檢查并存儲數據，用于數據檢索和分析。

2）采用物聯網技術，對操作人員和維修人員進行身份感知識別，并進行檢查流程作業互控，實現作業流程標準化。

3）采用傳感器技術，實時采集現場環境數據，如溫濕度、設備工作電壓電流、磁力強度、紫外線光照度等，按照設備工作參數進行配置，設置預警閾值，記錄異常情況，用于故障檢查與分析[2]。

4）采用網絡通信技術，實現并采用故障及時報修、遠程停機、自動派單、修復反饋、遠程開機等手段，保障設備及時修復投產。

5）將各類數據存儲后，可通過數據分析處理，對生產情況、故障情況、檢修情況等專項分析，供車間、車輛段、路局生產決策者參考，實現關鍵設備的信息實時掌握[3]。

3 系統架構與硬件布置

系統架構采用物聯網網絡架構，由感知層、網絡層和應用層組成（見圖1）。

圖1 系統架構圖

感知層主要實現對探傷設備的工作狀態及周邊環境進行智能感知、信息采集處理和自動控制。通過各類傳感器對環境與工況進行采集和分析，如光照/紫外輻照傳感器、工作電壓電流傳感器、磁力傳感器、溫濕度傳感器等，代替操作人員通過手持儀器進行測試和記錄。在磁粉探傷設備的關鍵檢修點布置點位RFID標簽，由設備的操作人員與維修人員通過標簽識別和檢查完成規定檢修作業工作，同時通過互控操作完成開工前檢驗。所有傳感器、RFID設備以總線方式或物聯網通信方式通過硬件中間件進行連接，所有采集數據通過網絡上傳。

網絡層主要實現信息的傳遞、路由和控制，網絡層可依靠已有的鐵路辦公網、無線局域網、4G/5G移動網絡和窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）網絡實現感知層和應用層的數據交互。

應用層包括應用基礎設施/中間件和各種物聯網應用。應用基礎設施/中間件為物聯網應用提供信息處理、計算等通用基礎服務設施、能力及資源調用接口，以此為基礎實現物聯網在設備管理方面的各種應用，包括相關系統的數據共享、業務調用和移動應用。以探傷設備為例，所涉及的系統除本身的遠程監控系統外，還有鐵路客車/貨車技術管理信息系統（K/HMIS）[4]、設備管理信息系統（EMIS）、績效考核系統等[3]。

4 主要功能模塊設計

系統設計采用C/S和B/S兩種體系結構，分別為：探傷設備客戶端/數據庫服務器（C/S）；遠程WEB客戶端（含移動APP）/WEB服務器（B/S）。其中探傷設備客戶端軟件利用設備自有工作站主機進行現場環境數據的采集以及通過互聯網接收和發送遠程控制指令。遠程WEB客戶端（含移動APP）通過網絡監控設備運行狀態，可向受控探傷設備發送遠程控制指令，同時也實現操作人員與維修人員的點檢與巡檢互控以及對探傷設備狀態數據進行遠程分析和故障診斷等。

1）系統設置。客戶端系統設置主要進行設備的參數設置，包含設備的編號、名稱、局名稱、單位、車間、班組等基本信息，還包括上傳數據的目標服務器IP地址、本機監控所采集的數據源路徑等。

2）點檢與巡檢互控。系統設計了以RFID身份感知識別為基礎的點檢與巡檢互控作業模式，確保標準化點檢與巡檢工作的落實。在點檢與巡檢要檢查的設備關鍵部位設置RFID標簽，按檢修規程要求在規定的時間內完成設備檢查，同時點檢與巡檢人員對雙方工作內容確認后，設備才可正常開工生產。后臺監控軟件實時采集探傷設備的日檢信息、紫外輻照信息、季檢信息、微機操作信息和點檢與巡檢記錄等信息并實時上傳，從源頭上規范作業流程。

3）故障報修與維修派單。系統分別設計了設備故障報修和維修派單功能，當探傷設備在使用過程中發生故障后，操作人員通過客戶端或移動客戶端的故障報修功能，將設備信息和故障現象發送到管理部門；管理部門收到故障報修信息后，通過分析該設備的歷史數據，確定故障等級，來決定下達停機、檢修或整改指令，同時也派單給維修人員。客戶端接收到指令后，自動進行設備控制，由設備維修人員進行故障排查與處理。故障處理完畢，由維修人員填寫處理結果后，設備恢復正常使用。

4）設備狀態瀏覽。設備狀態瀏覽設計兩級瀏覽模式，一級可直觀查看所轄各家單位所有探傷設備的開工狀態情況，包含所屬單位、車間、設備編號、實時使用狀態等信息；二級可查看所選探傷設備當前狀態詳細情況，包括點檢與巡檢、日檢、季檢、環境、設備操作記錄等信息。

5）點檢與巡檢記錄。通過該功能，可看到點檢人員何時進行的點檢或巡檢以及監控設備的點檢與巡檢過程記錄。當設備在使用過程中出現故障時，通過點檢記錄可相應地看到探傷設備點檢故障，提醒設備維修人員及時進行檢修然后再確認；也可看到點檢或巡檢確認的時間和人員，可清晰地顯示是否在點檢與巡檢作業上實現了互控，并且對于探傷設備重點檢查點的故障一目了然。

6）分類歷史數據查詢。系統圍繞探傷設備工作過程中所產生數據進行大項分類，通過分類歷史數據查詢可直觀看到和分析一個時間段內的設備機能情況、點檢與巡檢情況、設備操作情況、環境數據、故障報修數據及遠程控制指令下發與反饋情況，這些數據經后期分析處理，可對標準化作業執行情況、設備產能、故障診斷與維修起支撐作用。

7）遠程控制。該主要功能分為3個部分：一是遠程控制指令，用于管理人員根據瀏覽到的設備機能信息和故障報修信息，來對故障設備發送遠程停機指令或強制檢修指令；二是反饋查詢，用于管理人員瀏覽遠程控制指令的相應情況，判斷車間人員是否及時到崗處理相應問題；三是故障查詢，用于查詢設備的保修基本歷史情況，便于管理人員及時掌握設備故障的動態。

5 結論

檢修檢測類設備管理是鐵路車輛檢修單位企業管理的重要內容，做好關鍵設備的管理工作，對于保證企業生產的安全穩定運行、提高勞動生產效率、降低生產成本、增加經濟效益、優化生產力布局等方面都具有重要意義。隨著物聯網技術的發展與進步，通過計算機網絡技術、傳感器技術、RFID標簽識別、圖像與視覺識別等技術的融合應用，為相關管理部門提供了遠程管理探傷類重點檢修檢測設備的手段，實現關鍵設備工作狀態的信息實時采集和數據動態分析，有利于檢修單位各部門間協同工作和信息管理。目前，該原型系統試用于鐵路車輛段的CJW-3000III型熒光磁粉探傷機的設備管理中，系統可隨著企業實際生產經營情況進行調整和改造，同樣適用于其他關鍵設備的監控管理。因此，設計基于物聯網的鐵路車輛探傷設備遠程監控系統，對車輛檢修單位設備管理能夠起到積極的指導作用，具有較好的應用推廣前景。