鐵路機車鑰匙智能管理系統研究

張春紅

（國家鐵路局裝備技術中心 北京 100070）

現有的機車乘務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，甚至易違規操作等弊端。為改善當前機務的管理困境[2]，本文研究并設計了一套機車乘務鑰匙智能管理系統。

1 設計背景

我國機務段管理機車鑰匙多為人工發放鑰匙，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：鑰匙的發放人員不能完全確認哪些人有權限來領取鑰匙，可能會造成鑰匙的遺失；無法卡控鑰匙領取流程，鑰匙的發放、領取和歸還可能存在違規操作；手動填寫臺賬，可能會因領用人及發放人簽字不規范給查看臺賬記錄帶來困難；而且隨著時間的推移，臺賬數量越來越多，臺賬的管理也會成為問題。

機務段作業人員在領取機車鑰匙過程中，要對鑰匙領用人員的權限進行嚴格的卡控，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、隔離開關鑰匙等[3]，每種鑰匙的領用過程亦是有所不同這就進一步加重了管理的困境。

2 系統設計

2.1 整體設計

引入機車鑰匙信息化管理系統的重要性不言而喻。

機車鑰匙智能管理系統主要由服務器軟件、客戶端軟件、網絡攝像頭、智能卡控柜以及各種網絡設備硬件組成，實現機車鑰匙智能卡控及存取的功能。網絡環境方面，系統基于鐵路辦公網研發，不與互聯網進行交互。

系統的客戶端安裝在鑰匙柜一體柜上，根據用戶人臉識別認證的信息，獲取對應的權限，并按照對應的角色業務去執行相應的領用或歸還流程。系統對用戶的操作記錄進行有效的記載，方便后續的查詢等，并能生成報表。系統架構見圖1。

圖1 系統架構圖

2.2 軟件設計

本系統根據機務段現場的工作環境，沿用原來的操作流程，以安全、智能、便捷等為原則進行了設計。

2.2.1 功能設計

機車鑰匙智能管理系統創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鑰匙的智能權限存取。

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

（3）無紙化管理，自動生成電子臺賬，可隨時查詢和打印。

BIM技術在工程實踐中得到了越來越廣泛的應用，而Revit軟件作為BIM技術很重要的組成部分，不僅僅是有助于工程結構課程的教學，甚至對于整個工程專業的力學相關的專業課程都有很大的幫助。將Revit軟件應用到工程結構課程教學中，極大地促進了教學，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）采用目標最優解算法，選擇最優的空閑盒子存放同一類型設備，減少作業損耗，最大程度利用存放盒。

本文求解目標為根據鑰匙存放的空閑盒子使用過的次數（或者盒子使用的時間）和盒子位于當前坐標系的位置，使得單位盒子的綜合使用次數最小，找出目標最優的空閑盒子。優化目標函數如式（1）所示：

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

2.2.2 架構設計

本系統控制端主體使用B/S結構，采用Sping Cloud技術，前端使用Vue，前后端分離；客戶端軟件使用C/S結構，程序采用WPF技術和MVVM框架，界面美觀，交互簡單；數據庫管理系統采用MySql、SqlServer數據庫。智能柜和中心控制系統之間采用WebSocket進行通信，實時、穩定。系統軟件架構如圖2所示。

圖2 機車鑰匙智能管理系統軟件架構圖

2.2.3 業務流程

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，分為存鑰匙和取兩個模塊。

（1）存鑰匙的流程為：作業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。司機領取鑰匙流程：外勤系統會事先存儲乘務出勤計劃，當司機申請領取鑰匙時，車門鑰匙管理系統會讀取乘務出勤計劃，假如讀到該司機的出勤計劃，界面會自動顯示車型、車號及領用人信息，系統允許該司機領取鑰匙；若沒有該司機的出勤計劃則不允許該司機領取鑰匙，流程如圖4所示。

圖4 司機領鑰匙流程

行修人員領鑰匙流程：機統6系統會事先存儲機車有故障需要維修的信息，行修人員申請領鑰匙時，車門鑰匙管理系統會讀取機統6系統的信息，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取鑰匙。流程如圖5所示。

圖5 行修人員領鑰匙流程

其余人員領鑰匙流程：除了司機和行修人員外，其余人員領鑰匙的流程相同。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取鑰匙，領鑰匙流程如圖6所示。

圖6 其余人員領鑰匙流程

2.2.4 UI設計

系統控制端功能涵蓋視頻監控、作業臺賬、基礎信息及后臺等管理功能，UI如圖7所示。

圖7 系統控制端

系統操作端功能涵蓋車門鑰匙、天窗鑰匙、隔離開關鑰匙的領用及歸還，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 創新性和先進性

機車鑰匙智能管理系統范圍基本涵蓋了鑰匙管理所有的服務對象，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IP地址、機車鑰匙的車型車號、隔離開關鑰匙所管理的股道、鑰匙的流轉臺賬。除此之外，系統還包括了部門權限、實時監控等方面的功能，實時監控可以實時反應設備的運行狀態信息。

采用websocket通信技術+輪詢的方式進行客戶端與服務端的通信，可以在機務段內任意電腦上審批作業人員在柜子上發起的鑰匙申請。

采用目標最優解算法進行設備存放，無需固定設備存放位置，選擇綜合使用次數最優的空閑盒子存放設備，降低設備損耗。

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

4 結語

“機車鑰匙智能管理系統”實現了乘務鑰匙管理的信息化、智能化，也將是從根本上改變現行機車鑰匙的管理模式，提升工作效率，保障生產組織，且具有較強的實用性和普遍的應用價值。通過該系統的研發設計及應用，期望能產生良好的社會效益和經濟效益，并為中國鐵路事業的發展貢獻一份力量。