基于物联标识数字化的铁路运输装备全生命周期智能管控技术研究

刘朝晖 郭燕 侯征 陈明 阮宝旺

摘要：针对当前铁路运输装备日常管理中信息采集手段落后、缺乏全周期追踪和数据处理能力进而导致缺乏精准维修和运营成本估算的问题，文章结合京铁运输公司肃宁分公司和黄骅港折返段机车维修车间的实际情况，首先通过物联标识数字化实现铁路运输装备产品全链状态追踪的溯源基础，然后基于唯一物联标识通过智能穿戴设备扫码自动将当前与运输设备库管分离的设备配件使用状态纳入全生命周期信息追踪，再通过机车检修中的设备配件检测状态、更换情况、修后状态的日常记录实现可量化的机车运行状态趋势评估，最后通过精准到装备个体的大数据画像实现设备配件既有使用情况分析和未来使用情况预测，并形成一套铁路运输装备全生命周期智能管控技术平台架构。

关键词：铁路运输装备;物联标识;智能管控;全生命周期管理

中图法分类号：U279文献标识码：A

Research on intelligent management and control technology ofrailway transportation equipment in whole life cycle based ondigitalization of IoT identificatio

LIU Zhaohui，GUO Yan， HOU Zheng，CHENMing，RUANBaowang

（Beijing Jingtie Transportation Company，Beijing 100055，China）

Abstract：Aiming at the problems of the lack of accurate maintenance and operation cost estimationdue to the backward information collection means and the lack of full-cycle tracking and dataprocessing ability in the daily management of railway transportation equipment， combined with theactual situation of the Suning Branch of Beijing Railway Transportation Company and the locomotivemaintenance workshop of the return section of Huanghua Port. Firstly， the traceability basis ofrailway transportation equipment products' whole-chainstatus tracking is realized through thedigitization of iot identifiers. Then， based on the unique loT identifiers， the use status of equipmentaccessories separated from the warehouse management of transportation equipment is automaticallyincluded into the whole-life cycle information tracking through the scanning code of smart wearabledevices. Through detecting equipment accessories in locomotive overhaul state again， change thesituation， after the state of daily record the tendency of quantifiable locomotive running stateevaluation， finally achieved by accurate portraits to equipment large data of individual equipmentaccessories both usage analysis and forecasting the future usage，and form a set of whole life cycle ofrailway transportation equipment intelligent control technology platform architecture.

Key words： railway transport equipment， physical union logo， intelligent control，life cycle management

1引言

鐵路建设自购物资具有占比高、自由裁量权大、监管难度大三个特点。施工单位作为自购物资管理工作的责任主体，应高度重视物资管理工作，充分认识规范物资管理对提升效益、防控风险、确保安全的重要性，尤其是要加强物资采购合同管理。

随着我国铁路建设规模日益扩大，自购物资数量、品类、金额也随之增加，基本达到整个铁路建设工程项目物耗成本的50%以上。根据《铁路建设项目物资设备管理办法》（铁建设〔2012〕216号）和《铁路建设物资采购供应管理办法》（铁总物资〔2015〕116号）的规定，铁路建设物资分为甲供物资和自购物资两大类，由施工单位采购的建设物资统称为自购物资。大规模的自购产品以原材料、半成品、成品的形式通过采购合同转移所有权并最终用于铁路工程建设，采购合同管理关系到自购物资合同采供相对方的权益，更关系到铁路建设物资供应质量和安全。

装备全生命周期管理（ Life Cycle Equipment Management，简称 LCEM），是从装备的选型采购、运行维护到技改报废的全生命周期，进行设备在不同阶段的全过程管理;对设备全生命周期内的整体费用、运行管理、安全能效等方面进行全面控制，以企业总体效益为出发点，应用先进的管理方法与技术，以实现设备全面、系统和科学的管理。

生命周期成本管理的目标是在可靠性基础上实现设备或系统的全寿命周期内成本最低的管理。全生命周期成本管理包含成本测算、目标成本、动态成本、成本核算等一系列关键环节，是成本在项目建设全流程中的体现。在全生命周期成本管理工作中，主要分为成本的测算、控制及核算三大板块，同时衍生出其他细分内容。针对生命周期成本管理的应用，由于铁路工程建设项目的规模较大，因此其成本存在于项目全流程中，自初期准备工作开始，直至保修期，期间均占据较重要的位置。生命周期成本控制意识的应用，可以帮助设计者切实地站在工程整个生命周期的角度进行思考和设计，从而优化管控流程和步骤，从而充分发挥成本控制优势。

1950年，LCEM 最早用于可靠性研究;1975～1989年，LCC 技术被广泛应用到各行业领域，2015年以来，装备全生命周期的管控模式逐渐成型，但目前仅限于经济发达地区的电力、钢铁、船舶、医药、纺织等行业，其他行业差距较大，铁路运输装备领域目前尚无成熟应用先例。

物联标识就是对象标识符（ Object Identifier，简称 OID），即物联网域名是由 ISO/IEC（联合技术委员会）、ITU（国际电信联盟）等国际标准组织共同提出的标识机制，用于对任何类型的对象、概念或者“事物”进行全球无歧义、唯一命名。一旦命名，该名称终生有效。类似于物品独特的“身份证号码”，物联网通过“身份证号码”实现物与物之间精准的交互，而物联标识数字化解析技术是实现产品追溯的关键[1～3]。

北京京铁运输公司下辖38台和谐3C 型电力机车，其中部分在黄骅港朔黄铁路机车折返段维修车间（含配件仓库）进行 C1～ C4段级修程的检测维修，并通过肃宁分公司统一管理，形成机车维修装备业务信息链。

2现状分析

经作者现场调研记录，当前京铁运输公司肃宁分公司和下辖黄骅机车段维修车间的主要问题如下。

（1）日常管理中信息采集手段落后。铁路运输装备的管理尚主要通过人工记账和简单电子台账录入等方式进行，电子化与数据化程度不高，信息填报准确度和及时性无法保障，手动填写的效率较低，缺乏图文对应的核实信息。

（2）标准不一，作业独立。各部门在建设过程中各司其职，对数据资料的理解程度存在偏差，各阶段出具的数据资料存在差异，对运维数据的应用产生较大阻碍;各个部门相对独立，协同作业不够，安排相对独立，人员、时间、设备的多样性使得信息化建设更加困难。

（3）缺乏全周期追踪能力。现场机车装备及配件出入库前后的产品信息缺乏关联记录，装备及配件在更换后溯源失效，形成“信息孤岛”，难以针对不同的装备及配件批次、不同的使用机车车辆等形成全周期状态信息追踪。

（4）缺乏数据处理能力。肃宁分公司的既有信息系统主要以原始库存信息记录为主，缺乏装备及配件的进销存数据和分修程的不同维度信息，难以支持运营成本和资产管理层面的综合数据分析，更无法实现智能化的评估和预测。

（5）尚未形成基于设备唯一身份的信息追踪体系。设备赋码未全面开展，设备基础信息采集尚不全面;实施设备管理的基层站段、车间和工区对设备生命周期过程中的数据采集、归档重视不够;尚未形成根据设备身份二维码一碼查询全生命周期信息的查询追踪体系。

3技术路线

基于上述现状分析，以设备资产为核心，基于物联标识数字化的理念，从验收交接、设备台账、知识库建立、检测记录、运行记录、缺陷故障处理六个方面着手，依次开展待修状态智能评估技术、智能信息采集装备、仓储管理智能穿戴设备和智能检修综合信息技术四项核心技术的研究，最终形成闭环的装备资产信息全生命周期数据链，并不断通过大数据挖掘来建立装备资产的精准画像，达到节能增效和智能辅助决策目的，并为后续进一步的大数据应用拓展提供基础[4～6]。

设计阶段的成本控制应当重点关注最低寿命周期成本，须以不影响基本发展目标为前提，最大限度减少成本，提高经济效益。

3.1采购供货阶段实现物联标识数字化

在采购供货阶段实现分批次产品单据和主要装备铭牌的二维码标识，并通过数字化手段进行信息留存，确保每个批次的装备及配件均有清晰的溯源数据基准，并以此为准实现分供货商、产品类型、批次、时间周期等的订单管理，支持精准的使用情况反馈。

3.2出入库阶段实现基于智能穿戴设备的自动记录

为配合物联标识数字化信息的快速自动化记录，大幅提高库管出入库信息登记工作的效率，实现人、单、物三者的自动匹配和记录，需要涉及研发适合铁路运输装备现场使用的单兵智能穿戴设备和电子化自动记录系统。

3.3基于机车修程的全业务链信息架构

为实现全业务链的信息同步，以维修车间、物料材料库、分公司、总公司为四个主要业务环节进行业务流程分析，并根据现场网络情况建立系统分级部署：黄骅港检修基地、肃宁分公司、京铁运输公司。

在以上部署条件下，数据传递方式设计如下。

（1）检修管理子系统（APP）—检修管理子系统（PC 端）：U 盘（计算机、手机两用）。

（2）库房管理子系统、检修管理子系统（ PC 端）—统计分析子系统：U 盘。

（3）统计分析子系统—数据可视化子系统：U盘。

3.4基于维修作业环节的装备资产精准画像和全生命周期可视化智能管控

基于上述工作，可以逐步实现运输装备的分布、装备使用后的修程记录和轨迹、库管巡检历史记录、多关键词资产价值分析四种可视化的信息管控，从而在大数据装备精准画像的支持下初步实现全生命周期的态势分析和预测，达到指导运输装备量化管理的目的。

4技术方案

灵活且具备良好扩展性的技术平台是铁路运输装备全生命周期智能管控技术方案保持良好適应性和易用性的根本保障。

铁路运输装备全生命周期智能管控技术架构主要有展现层—系统首页;应用层—MVC 框架;支撑层—权限引擎、表单引擎、视图引擎;菜单引擎、流程引擎、组织机构管理，以达到数据持久化;数据层—数据管理平台，主要有结构化数据和非结构化数据;基础层—主机服务器及存储和网络及通信基础设施。

4.1应用层

应用层通过界面程序完成与用户的交互、用户操作请求的处理及业务逻辑的实现和控制，但不直接和数据库等 IO 存储交互，仅基于应用支撑层的引擎支持完成逻辑的处理。由于系统的具体逻辑，绝大多数都在应用层完成，确保了系统的业务逻辑、数据库与基础组件等环境无关性，在结构上具备了良好的移植性和灵活性。

4.2运行框架（快速开发平台）

快速开发平台是整个系统基础逻辑的封装，通过设计对象体系的方式，以模块化的设计思想在平台中组装业务功能。快速开发平台在多个行业和大型企业级应用当中得到了应用和考验，具备较高的可用性。

基础逻辑引擎主要为整个系统提供最为基础的核心支持，如访问控制、组织结构、表单引擎、视图引擎、文档引擎、流程引擎等，应用系统通过快速开发平台提供的界面工具和程序 API 访问这些封装好的引擎。

快速开发平台提供了大多数情况下的应用开发支持，在无法通过简单定制适应的情况，平台提供扩展和自定义接口规范和标准，在和开发平台同一个体系下，完全按照应用的需求对业务功能进行自定义开发。

4.3数据层

数据层为系统提供数据存取服务，与逻辑服务通过数据访问层隔离，所有的数据存取请求均通过数据访问层完成，确保了数据存取的一致性和安全性。

系统数据分为结构化数据和非结构化数据，分别通过关系数据库和文件系统实现存取，对于大多数业务数据，均通过关系数据库实现;对于部分文档、资料、设计信息等非关系数据内容，通过非结构化的文件系统文件存取[7]。

5结束语

本文主要提出了铁路运输装备全生命周期智能化管控的方法，并结合铁路铁路运输装备管理的特点，分步有序地实现了“状态评价→维修工单→维修状态→机车质量状态评估”的闭环智能监测体系;利用信息化手段建立台账，及时跟踪全生命周期管理的各个环节，及时发现和解决问题，力求形成一系列的铁路运输装备全生命周期的关键技术装置与方法。

参考文献：

[1]张秋生，朱子璇，姚舒戈，等.关于智慧高铁全生命周期经济性研究的思考—以京张高铁为例[J].北京交通大学学报（社会科学版），2021，20（1）：46?54.

[2]解亚龙，王万齐.铁路基础设施全生命周期数据传递关键技术研究[J].中国铁路，2020（1）：79?86.

[3]黄英儒.浅析铁路自购物资采购合同全生命周期管理[J].铁路采购与物流，2021，16（10）：50?52.

[4]董志坚.从生命周期成本管理的角度分析铁路工程建设项目的成本控制[J].财经界，2021（14）：49?50.

[5]杜高科.面向全生命周期的 BIM 技术在铁路信号系统中的应用研究[J].工程建设与设计，2022（1）：211?214.

[6]王同军.智能高速铁路基础设施全生命周期管理框架研究[J].铁道学报，2021，43（11）：1?7.

[7]陈建译.铁路电务设备全生命周期管理研究与实践[J].铁道通信信号，2021，57（09）：9?14.

作者简介：

刘朝晖（1968—），本科，高级工程师，研究方向：总体技术方案。