铁路机车钥匙智能管理系统研究

张春红

（国家铁路局装备技术中心 北京 100070）

现有的机车乘务钥匙的管理模式多为人工管理的方式[1]，这种方式存在诸如台账不易保存、人工卡控及追溯困难，甚至易违规操作等弊端。为改善当前机务的管理困境[2]，本文研究并设计了一套机车乘务钥匙智能管理系统。

1 设计背景

我国机务段管理机车钥匙多为人工发放钥匙，并通过手写台账的方式来记录钥匙的借用及归还。这种方式存在着以下弊端：钥匙的发放人员不能完全确认哪些人有权限来领取钥匙，可能会造成钥匙的遗失；无法卡控钥匙领取流程，钥匙的发放、领取和归还可能存在违规操作；手动填写台账，可能会因领用人及发放人签字不规范给查看台账记录带来困难；而且随着时间的推移，台账数量越来越多，台账的管理也会成为问题。

机务段作业人员在领取机车钥匙过程中，要对钥匙领用人员的权限进行严格的卡控，且有多个角色，如司机、行修人员、其他人员等，每种角色的审批流程都是不同的。不仅如此，机车钥匙的种类也不同，诸如车门钥匙、天窗钥匙、隔离开关钥匙等[3]，每种钥匙的领用过程亦是有所不同这就进一步加重了管理的困境。

2 系统设计

2.1 整体设计

引入机车钥匙信息化管理系统的重要性不言而喻。

机车钥匙智能管理系统主要由服务器软件、客户端软件、网络摄像头、智能卡控柜以及各种网络设备硬件组成，实现机车钥匙智能卡控及存取的功能。网络环境方面，系统基于铁路办公网研发，不与互联网进行交互。

系统的客户端安装在钥匙柜一体柜上，根据用户人脸识别认证的信息，获取对应的权限，并按照对应的角色业务去执行相应的领用或归还流程。系统对用户的操作记录进行有效的记载，方便后续的查询等，并能生成报表。系统架构见图1。

图1 系统架构图

2.2 软件设计

本系统根据机务段现场的工作环境，沿用原来的操作流程，以安全、智能、便捷等为原则进行了设计。

2.2.1 功能设计

机车钥匙智能管理系统创新性的功能主要包括以下几点：

（1）天窗钥匙、车门钥匙和隔离开关钥匙的智能权限存取。

（2）严格的权限及流程控制，天窗钥匙领用人必须具有领用权限，而且要经过车间负责人的审批和监护员的确认才能领取钥匙；若无乘务出勤计划，乘务员无法领取车门钥匙；机统6系统没有机车故障需要维修的信息，则不允许行修人员领取钥匙。其余人员领取车门钥匙无需确认（其余人员权限严格卡控）。

（3）无纸化管理，自动生成电子台账，可随时查询和打印。

BIM技术在工程实践中得到了越来越广泛的应用，而Revit软件作为BIM技术很重要的组成部分，不仅仅是有助于工程结构课程的教学，甚至对于整个工程专业的力学相关的专业课程都有很大的帮助。将Revit软件应用到工程结构课程教学中，极大地促进了教学，但同时也检验了软件本身，为Revit软件进一步的改善提升性能提供了方向。

（4）采用目标最优解算法，选择最优的空闲盒子存放同一类型设备，减少作业损耗，最大程度利用存放盒。

本文求解目标为根据钥匙存放的空闲盒子使用过的次数（或者盒子使用的时间）和盒子位于当前坐标系的位置，使得单位盒子的综合使用次数最小，找出目标最优的空闲盒子。优化目标函数如式（1）所示：

式中,maxC表示单位盒子当前的最大综合使用次数,ikC表示柜子坐标系中i坐标的柜盒已使用k次。

2.2.2 架构设计

本系统控制端主体使用B/S结构，采用Sping Cloud技术，前端使用Vue，前后端分离；客户端软件使用C/S结构，程序采用WPF技术和MVVM框架，界面美观，交互简单；数据库管理系统采用MySql、SqlServer数据库。智能柜和中心控制系统之间采用WebSocket进行通信，实时、稳定。系统软件架构如图2所示。

图2 机车钥匙智能管理系统软件架构图

2.2.3 业务流程

这里我们考虑车门钥匙的智能存取，为方便记为车门钥匙智能管理系统，分为存钥匙和取两个模块。

（1）存钥匙的流程为：作业人员到客户端软件上输入(或选择)车型，输入车号，刷脸确认个人信息后，对应柜子上的盒子打开，将钥匙放入盒子中。流程如图3所示。

图3 存钥匙的流程

（2）取钥匙的人员分为三大类，司机，行修人员和其余人员，三类人员取钥匙的流程存在差别。司机领取钥匙流程：外勤系统会事先存储乘务出勤计划，当司机申请领取钥匙时，车门钥匙管理系统会读取乘务出勤计划，假如读到该司机的出勤计划，界面会自动显示车型、车号及领用人信息，系统允许该司机领取钥匙；若没有该司机的出勤计划则不允许该司机领取钥匙，流程如图4所示。

图4 司机领钥匙流程

行修人员领钥匙流程：机统6系统会事先存储机车有故障需要维修的信息，行修人员申请领钥匙时，车门钥匙管理系统会读取机统6系统的信息，如果没有机车故障需要维修的信息，则不允许行修人员领取钥匙；如果读到机车故障信息，则将所有需要维修的机车列出来，行修人员选择某台机车后领取钥匙。流程如图5所示。

图5 行修人员领钥匙流程

其余人员领钥匙流程：除了司机和行修人员外，其余人员领钥匙的流程相同。取钥匙时要选择或输入车型，输入车号，刷脸认证后，要由地检组的人员确认才能领取钥匙，领钥匙流程如图6所示。

图6 其余人员领钥匙流程

2.2.4 UI设计

系统控制端功能涵盖视频监控、作业台账、基础信息及后台等管理功能，UI如图7所示。

图7 系统控制端

系统操作端功能涵盖车门钥匙、天窗钥匙、隔离开关钥匙的领用及归还，我们展示车门钥匙管理UI如图8所示。

图8 智能柜操作端

3 创新性和先进性

机车钥匙智能管理系统范围基本涵盖了钥匙管理所有的服务对象，包括钥匙存放的盒子、盒子所在的柜子、智能钥匙柜所使用的段网IP地址、机车钥匙的车型车号、隔离开关钥匙所管理的股道、钥匙的流转台账。除此之外，系统还包括了部门权限、实时监控等方面的功能，实时监控可以实时反应设备的运行状态信息。

采用websocket通信技术+轮询的方式进行客户端与服务端的通信，可以在机务段内任意电脑上审批作业人员在柜子上发起的钥匙申请。

采用目标最优解算法进行设备存放，无需固定设备存放位置，选择综合使用次数最优的空闲盒子存放设备，降低设备损耗。

采用生成电子台账的方式取代现有的手工填写台账的方式，科学、准确、实时的生成电子台账。减少了人力资源，为机务段机车设备台账的管理和维护减轻了压力，提高机务段运营管理水平和经济效益。

4 结语

“机车钥匙智能管理系统”实现了乘务钥匙管理的信息化、智能化，也将是从根本上改变现行机车钥匙的管理模式，提升工作效率，保障生产组织，且具有较强的实用性和普遍的应用价值。通过该系统的研发设计及应用，期望能产生良好的社会效益和经济效益，并为中国铁路事业的发展贡献一份力量。