RFID技術在動車組零部件管理中的應用探討

張正普，張 研，戴建強

（ 中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081 ）

動車組雖然能極大程度地提高鐵路行業的客運效率和質量，然而動車組的應用在我國尚處于起步階段，各種零部件的生產、組裝及維修均處于初期，面臨著動車組的生產及的檢修維修問題。

目前，我國擁有包括長客、四方、唐客、龐巴迪在內的4個動車組主機廠，此外，我國已經建成并部分投入使用北京、上海、武漢、廣州動車檢修基地，另有西安、成都及沈陽動車檢修基地正在規劃建設之中。無論在主機廠還是在檢修基地，都要牽涉到動車組零部件的管理問題。

國內主機廠及動車檢修基地除個別組件外均采用條碼作為識別動車組零部件的工具。剔除條碼本身儲存量少、易損壞等無法克服的短處外，在生產車間現場，由于存在油污、噴漆等無法避免的外在因素，導致條碼使用起來極不方便，無法完好地起到應有的標識作用。

為了更好地跟蹤和維護零件的生產及維修記錄，采用RFID（Radio Frequency Identification,射頻識別技術）標簽是一個很好的選擇。在動車組零部件適當的位置粘貼RFID電子標簽，通過這一數據載體將與動車組零部件相關的信息流、實物流聯系起來，實現各個環節的技術交換。

1 RFID標簽在動車組零部件管理系統上的應用

RFID技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。

動車組零部件管理系統功能架構如圖1所示。

其中，可根據操作距離、供電方式選擇不同工作頻率的RFID電子標簽。由于動車組零部件在組裝、檢修時被識別的距離較遠，且供電不便，宜采用高頻無源的RFID電子標簽。可根據操作方式選擇固定或移動的讀寫設備。采用固定的讀寫設備對定點零部件進行卡控操作，移動的讀寫設備則可以方便靈活地對零部件進行數據交換，實現隨時隨地隨機操作。

圖1 動車組零部件管理系統功能架構圖

2 現有RFID標簽的不足與改進探討

（1）RFID標簽存儲量。最簡單的辦法是增加額外容量，高于標準；但此方法大大增加成本，在標簽需求量很大的情況下，這樣做顯得很不明智。另外一種可行的辦法是，僅僅把標簽作為一個標識，把信息盡可能地存儲在相關的后臺數據庫里，在動車組零部件每次作業時，標簽信息不變，更新的是后臺相關數據。這種方法需要讀寫設備與后臺應用程序通信時時處在良好狀態。動車組生產及維修現場需均能實現有線或無線的通訊鏈路，使讀寫設備及后臺程序數據交互方便。

（2）RFID標簽的安全。動車組行駛速度極高，運行時軌道上“飛沙走石”，附加在零部件上的電子標簽很容易被高速的石子擊中而受到破壞。

需采用具有高抗沖擊性能的外殼，將電子標簽封裝起來，進行保護。該外殼不對電子標簽造成性能上的任何干擾，并具有良好的封閉性，可以防水、防塵、防酸、防堿、防靜電及防電磁干擾。

（3）RFID標簽的可視化。可視化涉及到電子標簽的領發、裝配、維護等，直接關系到其安裝工藝及日后使用的方便問題。現在一般采用兩種可視化方式：a.使用不干膠將打印好的標識粘貼在電子標簽外殼上；b.直接在電子標簽外殼上直接刻蝕。第1種方法很可能出現因粘貼不牢靠而脫落丟失的現象，并且容易受到油污污染，使字體不清楚乃至難以辨認。第2種方法難以更改信息，不便維護。

為了使RFID標簽有更友好、更方便使用的可視化界面，可以在電子標簽外殼上使用電子紙技術，保證無源的情況下實時顯示所需信息。

電子紙的表面是一層透明材料，作為電極端使用；底部是電子紙的另一個電極，微膠囊夾在這兩個電極間。微膠囊受負電場作用時，白色顆粒帶正電荷而移動到微膠囊頂部，相應位置顯示為白色；黑色顆粒由于帶負電荷而在電場力作用下到達微膠囊底部，使用者不能看到黑色。如果電場的作用方向相反，則顯示效果也相反。只要改變電場作用方向就能在顯示黑色和白色間切換，組成文字或者圖片顯示出來。

采用電子紙技術的RFID標簽，在自身變更信息時耦合產生的電流更新電子紙的顯示信息，其它時候維持屏幕的顯示內容是不需要電力支持的。盡管電子紙反映速度較慢，相對信息變更一次就需要保持很長時間。這樣，可以使電子紙顯示的內容與電子標簽存儲的信息保持一致。

但是，電子紙耐壓力很差，很容易被異物擊壞；由于RFID標簽有外殼保護，可以將電子書也放在標簽殼里，只需將外殼做成透明即可；既透明又堅硬的材料在動車組上已有應用。另外，電子書的價格目前還較為昂貴，由此帶來的費用甚至是電子標簽本身的好幾倍，在實際應用尚需考慮。

3 結束語

結合電子紙技術的RFID標簽，在其內在作用（存儲及信息交互等）及外觀（可視化）上，比其他標識方式有很大的優勢，盡管價格較高，但將其應用在價格高昂的動車組來管理零部件的生命周期，顯然是值得的，并且隨著其成本的降低，在其它領域也可以得到良好的應用。

[1] 余 穎. 基于電子紙和RFID的寵物電子標簽[J] . 技術與市場，2010（7）.

[2] 胡子涵，張立成，馮瓊輝，顧玲娟. 基于電子紙技術的無線電子標簽研究[J] .電子設計工程，2009（12）.

[3] 李曉鳴. 動車組運行維護數據服務關鍵技術的研究與應用[D] . 北京：北京交通大學，2009.

[4] 李 鵑，蘇冠群，劉麗梅.基于RFID技術的汽車零部件追溯管理的研究[J] .制造技術與材料，2010（2）.

[5] 周曉光，王曉華.射頻識別（RFID）技術原理與應用實例[M] .北京:人民郵電出版社，2006.