铁路货车是铁路货物运输的重要技术设备，是铁路货物运输体系的重要组成部分，其技术状况对货物运输的安全和效益的提升提升起着关键作用。铁路货车信息化管理正朝着精细化的方向发展，管理需求也逐步从整车管理过渡到货车关键配件的精细化管理。既有系统难以满足货车关键配件全寿命精细化管理的要求。

既有的货车管理信息系统多以整车作为主要管理对象，缺乏针对各类配件的物联网识别标识及相应的配件信息化管理手段；由于缺少贯穿整个货车关键配件全过程的顶层设计^[1]，货车关键配件全寿命周期信息采集不完整，数据完整性、准确性等方面都有待加强；货车关键配件履历数据是货车全寿命周期信息化基础的支撑，也是货车管理相关子系统间信息共享的基础^[2]。铁路货车关键配件缺乏统一的编码标识，使系统之间无法进行信息共享和数据校验，给设备运行检修、维护都造成困难。

因此，亟需建立制定铁路统一的关键配件编码规则，搭建铁路货车配件物联网标识管理系统，为实现货车配件的故障预测和大数据分析应用奠定基础^[3]。

1   架构设计

铁路货车配件物联网标识管理系统当前涵盖的关键配件包括钩体、钩舌、钩尾框、缓冲器、摇枕、侧架、车轴、车轮、轴承、制动梁、闸瓦、控制阀主阀体等19种（未来将扩展至货车全类配件），通过对19种关键配件进行唯一编码，实现从配件制造到配件装车、运用、检修、报废的全寿命追踪管理。

1.1   系统架构

系统采用中国国家铁路集团有限公司（简称：国铁集团）集中式部署，支持国铁集团、铁路局集团公司、站段厂（列检作业场、检修车间、车辆工厂、配件厂家）的三级应用。系统架构如图1所示。

图  1  系统总体架构

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（1）国铁集团级应用：支撑关键配件编码审批、配件编码赋码、关键配件追踪、业务统计分析，掌握铁路关键配件检修运用实际情况和货车关键配件编码的申请交付情况；系统通过内部接口实现与物资系统的信息共享，通过外部接口实现与铁路产品标识代码申请系统之间的信息互联。

（2）铁路局集团公司级应用：支撑铁路局集团公司内的货车关键配件运用情况、检修情况及质量评价；掌握铁路局集团公司内的货车关键配件申请情况、使用情况和交付情况。

（3）车辆段和车辆工厂级应用：支撑货车检修、运用业务的开展和货车关键配件标签遗失损坏的补签管理。

（4）配件厂家级应用：支撑开展货车关键配件编码的申请和交付工作。

（5）系统数据共享：为铁路内部单位提供实时数据共享服务，共享数据包括货车关键配件唯一身份信息、关键配件履历追踪信息、关键配件质量评价信息、关键配件物料信息和配件制造信息等，但数据开放共享、数据更改要依规管理。

（6）系统接口：开放货车关键配件基本信息、铁路产品标识信息与其他信息系统之间的数据互联。

1.2   数据架构

数据从下而上分为数据采集、数据分析、数据运用及数据共享^[4]。数据架构如图2所示。

图  2  系统数据架构

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（1）数据采集：系统通过多种方式采集相关业务数据，通过数据接口和数据服务的方式，自动接入外部系统的业务数据，完成电子标识数据、关键配件制造履历、关键配件编码等信息的采集。

（2）数据分析：系统对各类业务数据进行统一的存储和集中处理，以支持上层应用对数据的调取，通过对数据的重构与组织，构建关键配件唯一编码，组织串联关键配件全寿命周期数据，实现一件一码、三码（企业配件码、物资编码、系统编码）贯通，完成基础数据绑定。

（3）数据运用：实现铁路货车关键配件数字化联网管理、分析和运用。

（4）数据共享：货车关键配件信息数据追踪、汇集和共享，为铁路内单位提供实时数据共享服务。

2   系统功能

铁路货车关键配件物联网标识管理系统由配件编码管理、配件标识管理、统计分析和系统管理等4个功能模块构成，如图3所示。

图  3  系统功能模块

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2.1   配件编码管理

（1）配件编码申请：申请用户按要求提交配件类型、数量、厂家和合同等申请信息即可实现关键配件编码申请，实现关键配件编码全路统一申请。

（2）配件编码注册：根据铁路货车关键配件编码体系，对关键配件编码进行注册新增、修改、删除等操作，实现关键配件编码全路统一注册。

（3）配件编码审批及赋码：配件编码审批根据企业信息及采购合同对关键配件企业申请、注册的编码进行审核，在关键配件编码赋码的时候，关键配件编码与标准所提供的接口进行核对验证，最终实现编码的赋码。

2.2   配件标识管理

（1）配件标识初始化：配件厂家拿到配件编码之后，需要通过不同配件标识（电子标签、二维码）实现关键配件编码写入到配件标识中，其中，关键配件标识写入初始化信息包含基本的关键配件编码信息，关键配件履历信息。

（2）配件交付：分为关键配件移交和关键配件接收，配件厂家使用“配件移交”功能，对需要交付给车辆工厂或者车辆段的关键配件数量、信息进行确认；车辆工厂和车辆段在接收配件厂家交付的关键配件时，需要通过“配件接收”功能，对接收到的关键配件数量、信息进行核对。

2.3   统计分析

（1）配件故障分析：通过大数据分析货车关键配件在货车运用过程中的故障或磨耗发生的潜在规律，为货车关键配件的重点检修及修成修制的改革提供辅助决策依据。

（2）配件质量评价：通过货车关键配件在运用过程中发生故障的严重性及频率，追溯关键配件生产厂家的源头质量，对关键配件生产厂家的生产质量进行评价。

（3）配件统计分析：通过多种维度，对关键配件生产厂家的编码申请情况、关键配件生产情况、关键配件交付情况和关键配件使用情况等进行统计分析，为货车管理人员提供可靠的分析结果。

2.4   系统管理

对系统用户、角色和权限的管理及维护；记录用户登录访问及相关的操作日志，便于分析及跟踪。

3   关键技术

3.1   铁路货车关键配件唯一编码

为实现铁路货车关键配件在铁路范围内的全寿命周期追踪管理，需要为铁路货车关键配件制定唯一ID，同时以二维码或射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）标签形式赋于关键配件上，支持现场生产的应用。

关键配件编码字符串制定规则如表1所示。

表  1  关键部件编码字符串制定规则

部件名称	制造单位	制造年月	部件型号	铸造顺序号	材质	流水号
2位数字	5位字母数字	5位数字	2位字母	7位数字	2位数字	3位数字

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3.2   物联网标识选型

依据国内铁路货车的运用场景、环境和管理等实际情况，铁路货车关键配件物联网标识的选型应基于以下原则：

（1）铁路货车为非电力车辆，应首选无源的电子标签或芯片，结构简单，可靠性高，能满足35年寿命期的要求；

（2）铁路货车主要侧重于安全性，舒适性指标较低，尤其是簧下零部件的振动更为严重，所选的标签应采用抗振与缓冲设计，能满足20 g的瞬时加速度振动要求；

（3）应能满足−50～150℃要求，防潮、防尘以及防雨水等级应能达到IP65等级（完全防止粉尘进入，任何角度低压喷射雨水无影响）的要求；

（4）存储数据容量较大，数据安全性高但要求可多次更新；

（5）数据格式及接口等能够与HMIS系统兼容；

（6）抗干扰和抗辐射能力强；

（7）铁路货车数量多，需要标签化的零部件数量庞大，因此标签或芯片应满足成本低的要求。

基于选型原则，对二维码、条码特高频（UHF，Ultra High Frequency）及高频（HF，High Frequency）技术进行对比如表2所示。

表  2  电子标签技术特点对比

序号	特点	二维码、条形码	UHF	HF
1	适应货车不带电	优	无源可满足	被动可满足
2	抗振性能	优	能	能
3	运用环境适应性	较差	能	能
4	数据容量、安全性及 可更新	一次写入， 不能更新	能	能
5	与HMIS系统兼容性	能	能	能
6	抗干扰和辐射	优	需具体场景评估	需具体场景评估
7	成本	最低	高	低
8	传输距离	短	几米到十几米	5~10 cm

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从表2对比看出，二维码和条形码单次成本最低，但传输距离短，对运用环境的适应性差；HF抗干扰和辐射需要具体场景分析，成本较低，传输距离为5～10 cm；UHF抗干扰和辐射需要具体场景分析，成本高，输出距离为几米到十几米；因此需要根据不同配件的使用场景选择适用标签进行管理。

3.3   数据整合

系统以铁路货车关键配件编码为单位进行数据组织，对货车关键配件全寿命周期数据进行存储、拆分和重构，构建全新的货车关键配件全寿命技术状态管理的数据基础，通过将铁路货车关键配件检修及运用数据、车辆安全监测数据、走行里程等数据进行串联，最终建立起货车关键配件全寿命周期整合数据库^[5]。数据整合治理流程如图4所示。

图  4  铁路货车全寿命周期技术数据组织流程

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（1）新造落成信息：货车新造后的关键配件落成信息、关键配件的生产日期、生产单位、关键配件型号、关键配件材质配件生产编号、关键配件装车日期和关键配件装车单位等信息。

（2）厂修落成信息：货车在进行厂修落成后，换下关键配件的检修单位，换下关键配件的检修时间，换下关键配件的故障类型，故障部位、施修方法等信息。换上关键配件的装车信息，换上关键配件的装车单位，换上关键配件的型号等信息^[6]。

（3）段修落成信息：货车在进行段修修竣后，关键配件的检修单位，关键配件的检修时间，关键配件的装车时间，关键配件装车单位，关键配件的发生的故障类型、故障部位和施修方法等。换上关键配件的生产时间，换上关键配件的生产单位，换上关键配件的型号等信息。

（4）临修落成信息：临修车号，临修时间，临修单位，关键配件的临修故障和更换件信息。

（5）车辆安全监测数据（5T系统报警信息）：主要包括关键配件的5T系统报警时间，报警类型，报警等级和报警区段等信息。

（6）报废管理信息：关键配件的报废时间，报废原因和报废单位等信息^[7]。

4   运用效果

铁路货车配件物联网标识管理系统已在中国铁路北京局集团有限公司和中国铁路哈尔滨局集团有限公司完成前期试用，中车株洲车辆有限公司、中车西安车辆有限公司、中车齐齐哈尔车辆有限公司等19家车辆工厂已使用系统完成配件编码注册，后续将在全路及各个货车车辆工厂推广使用。

4.1   安全管理

通过重点督办、闭环管理源头质量问题，预警寿命到期关键配件，卡控报废件流通等手段，不断提升货车运行安全保障能力。

4.2   经营管理

构建关键配件“一件一档”技术履历库，实现关键配件全寿命周期管理，为实现维修成本精细化管理奠定基础^[8]；开展关键配件造修源头质量评价，为关键配件招标采购提供重要支撑，降低廉政风险；打通关键配件质量索赔发布、反馈、联络、追讨渠道，为索赔工作提供技术支撑；建立特种车辆关键配件目录，全面掌握铁路关键配件库存，为特殊关键配件的调配提供支撑。

4.3   修程修制改革

深入挖掘关键配件性能在货车检修、运用中的变化规律，开展关键配件服役性能与运用时长、走行里程规律分析，为修程修制改革提供技术支撑。

4.4   标准化建设管理

实现关键配件报废和报废车辆配件“修废利旧”标准化、规范化、电子化管理。

5   结束语

铁路货车配件物联网标识管理系统能有效解决车辆闸瓦使用、流动过程中难于识别、难于跟踪、影响生产检修流程效率的提高、信息化管理手段难于发挥作用等问题。该系统能够为货车关键配件管理标准化、精细化、高质量化提供重要技术支撑，为货车关键配件新造、运用、检修业务提供辅助决策支持，为修程修制改革、延长货车关键配件检修周期提供重要参考。