Admin

Программно-аппаратный комплекс для автоматизации контроля учета и хранения устройств ЖАТ

СКОРОБОГАТОВ Максим Эдуардович, Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), доцент, канд. техн. наук, г. Иркутск, Россия
СУДАРЕВ Игорь Владимирович, Иркутский государственный университет путей сообщения ( ), аспирант, г. Иркутск, Россия

Ключевые слова: NFC, техническое обслуживание, ремонт, СУБД, ремонтно-технологический участок, SQLite, автоматика и телемеханика
Аннотация. В статье рассматривается актуальная задача повышенияэффективности технологическихпроцессов технического обслуживанияиремонтаустройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ). Проведенкомплексный анализ текущего состоянияпроизводственных процессов в ремонтно-технологических участках, которыйвыявил существенныесистемныенедостатки:высокую долю ручного труда, значительные временныезатратынаидентификациюустройств(до 20 мин на одну единицу)и высокий риск возникновения ошибок при заполнении бумажной документации. Предложено инновационное решение на базе технологии ближней бесконтактной связи, позволяющее осуществлять мгновенную идентификацию оборудования. Описана спроектированная четырехслойная архитектура системы, включающая уровни представления, логики, доступа к данным и хранения.

■ Развитие транспортно-логистических коридоров на территории России - неотъемлемая часть повышения конкурентоспособности отечественных товаров и услуг на мировом рынке [1-2]. Основным инструментом этого развития является увеличение уровня автоматизации процессов всех задействованных служб и подразделений. Так, хозяйство автоматики и телемеханики, как наиболее оснащенное техническими средствами и устройствами, активно внедряет современные автоматические и автоматизированные средства, обеспечивающие безопасность движения поездов, в том числе с применением спутниковых радионавигационных систем [3]. Важно учитывать, что все указанные средства должны проходить своевременное техническое обслуживание и ремонт (ТОиР) в ремонтно-технологическом участке (РТУ) [4]. Своевременность и минимизация временных потерь на ТОиР напрямую влияет на обеспечение необходимого уровня автоматизации технологического процесса движения поездов.
Действующая в настоящий момент технология контроля и учета приборов сигнализации, центра
лизации и блокировки (СЦБ) в КИП РТУ предполагает следующую структуру ведения складской деятельности:
поступление приборов с линии на ремонт;
входной контроль и хранение приборов на складе; последовательный ремонт и регулировка аппаратуры;
хранение готовой аппаратуры на складе; поставка исправных приборов на линию.
Важно отметить, что на втором и четвертом этапах происходит потеря времени до 20 мин на каждый прибор, связанная с заполнением карточек приборов в бумажном виде и последующим их переносом в базу данных (БД) на автоматизированном рабочем месте электромеханика (АРМ РТУ). Каждый РТУ ежемесячно в среднем обрабатывает около 3 тыс. приборов. В границах Восточного полигона, объединяющего четыре дороги (Красноярскую, Восточно-Сибирскую, Забайкальскую и Дальневосточную), находятся порядка 100 РТУ. Применение средств автоматизации технологического процесса контроля и учета приборов позволит обеспечить качественный рост производительности труда путем исключения неэффективных затрат времени на заполнение бумажных носителей [5].
Для решения задачи повышения эффективности технологического процесса в различных отраслях, как правило, используются узкоспециализированные продукты. Наиболее распространенной системой на отечественном железнодорожном транспорте в настоящее время является комплекс задач дорожного уровня АСУ-Ш-2 «Учет приборов и планирование работы участков РТУ» (КЗ УП-РТУ). Он предназначен для старших электромехаников РТУ, руководителей дистанций СЦБ и служб автоматики и телемеханики, а также для линейных электромехаников и бригады комплексной замены приборов. Основная цель КЗ УП-РТУ заключается в планировании, оптимизации и учете хода работ по замене и ремонту устройств СЦБ. Программа КЗ УП-РТУ позволяет в сжатые сроки составить годовой план замены приборов и загружать любые отчеты (формы) в электронном виде [6].

КЗ УП-РТУ также предусматривает возможность использования технологии штрихкодирования, однако она не получила широкого распространения в РТУ из-за специфики эксплуатации железнодорожного оборудования:
низкая сохранность бумажных или пластиковых наклеек в условиях воздействия смазочных материалов, пыли и механических повреждений;
необходимость прямой видимости между сканером и кодом, что затрудняет работу в стесненных условиях склада;
ограниченный объем данных, которые можно зашифровать в стандартном штрих-коде.
Попытки перехода к веб-интерфейсам, таким как РТУ-Web, улучшили доступность данных, но не решили проблему скорости ввода информации. Именно поэтому возникла необходимость в создании программно-аппаратного решения с более защищенным и быстрым методом идентификации 一 технологии бесконтактной связи малого радиуса (NFC).
В отличие от систем дальнего действия (RFID) технология NFC работает на расстоянии до 5-10 см. Это является преимуществом для РТУ, так как гарантирует, что при плотном расположении приборов на стативах электромеханик считает именно ту метку, к которой поднесен сканер, исключая случайный захват соседних меток.
Разработанный комплекс включает в себя аппаратный и программный уровни (рис. 1). Аппаратные средства реализованы на автоматизированных (АРМ) и мобильных (МРМ) рабочих местах, объединенных в локальную сеть [7, 8]. При этом комплекс поддерживает функционал, необходимый для организации складской деятельности современного предприятия [9].
Разработка системы для такого критически важного сектора, как железнодорожный транспорт, требует особого внимания к надежности и возможности масштабирования. Предложенный комплекс построен на принципах модульности и четкого разделения ответственности между компонентами. Для максимальной гибкости в основе комплекса лежит классическая трехуровневая архитектура, которая была адаптирована и расширена до четырехслойной модели.

Четырехслойная модель системы позволяет в будущем заменять или модернизировать отдельные части системы (например, сменить базу данных или графический фреймворк),незатрагивая при этом логикуработысЫРС-оборудованием. Презентационный слой отвечает за визуальное представление данных пользователю.Он включает в себя главное окно приложения и набор специализированных форм для администрированиябазы данных, проведения NFC-операций и просмотра истории. Основная задача слоя 一 предоставить удобный и понятный интерфейс для электромеханика.


В слое бизнес-логики сосредоточены ключевые алгоритмы системы: процессы сканирования, интерпретация данных с меток, управление фоновыми потоками мониторинга. Этот слой координирует действия между интерфейсом и хранилищем данных, обеспечивая корректное выполнение технологических сценариев.

Слой доступа к данным выступает в роли надстройки над физическим хранилищем. Он предоставляет приложению удобные методы для выполнения запросов (создание записей, поиск, обновление). Это защищает логику приложения от особенностей реализации конкретной СУБД.
Слой хранения базируется на реляционной СУБД SQLite. Этот выбор обусловлен необходимостью автономной работы комплекса. SQLite является встраиваемой базой данных, которая не требует отдельного сервера и обеспечивает высокую надежность хранения при возникновении системных сбоев благодаря соблюдению принципов ACID.
Разработка программного обеспечения осуществлялась по модульному принципу, где каждый компонент решает специфический круг задач. Модуль main.py относится к презентационному слою: он управляет окнами приложения, обрабатывает пользовательские события и координирует работу фоновых потоков для асинхронного мониторинга NFC-меток без блокировки GUI.

Логический слой представлен модулем nfc_ manager.py, который включает в себя операции с устройствами и автоматически определяет тип подключенного считывателя. Модуль читает и записывает данные в формате NDEF с поддержкой различных кодировок (UTF-8, CP1251 и др.), что повышает отказоустойчивость при обработке информации и обеспечивает корректную работу с кириллицей.
За взаимодействие с данными отвечает модуль database.py, который реализует слой доступа к данным. Здесь прописаны все SQL-запросы к SQLite. Модуль обеспечивает неделимость операций, например, при регистрации нового действия с прибором запись в таблицу действий и обновление статуса прибора происходят в рамках одной транзакции.
База данных спроектирована как центральный реляционный узел с целостным и эффективным поиском информации. Основная таблица «Приборы» содержит паспортные характеристики оборудования: уникальный идентификатор, тип, наименование, серийный номер, местоположение, данные о производителе и дате установки.


Связанная таблица «История операций» фиксирует все изменения записей о приборах (создание, обновление, удаление) с указанием времени и исполнителя. Для учета эксплуатационных мероприятий предусмотрена таблица «Действия с приборами», где регистрируются типы выполненных работ, ФИО и должности сотрудников. Технологическая связка оборудования с физическими носителями обеспечивается тaблицeй«NFC-мeтки»,xpaнящей UID-метки, счетчиксчитываний ивременныеметки последнего доступа.Применениевнешнихключей и специализированныхиндексовгарантирует связность и высокую скорость обработкизапросов.
Функционирование системы базируется на ряде ключевых алгоритмов от инициализации до записи данных. При запуске открывается основное окно программы и происходит подключение к базе данных, автоматически создавая структуру таблиц при их отсутствии. NFC-менеджер в это время выполняет поиск считывателя, необходимого для работы
с NFC-метками, на которых содержится вся информация о приборе.
Процесс чтения данных инициируется активацией фонового потока, который циклически опрашивает считыватель, поэтому, приложив метку к считывателю в любой момент работы программы, произойдет обнаружение этой метки и считывание необходимой информации с последующей ее записью в базу данных. Такой комплексный подход обеспечивает модульность, надежность и существенно упрощает процессы идентификации оборудования.

Процесс взаимодействия пользователя с системой построен на принципе минимизации ручных действий. Как только программа запускается, она автоматически устанавливает соединение с базой данных и инициирует поиск NFC-считывателя. Основу работы составляет алгоритм «бесконтактной привязки», который позволяет исключить ручной ввод идентификационного номера прибора.
Главное окно программы (рис. 2) спроектировано как единый центр управления. Оно имеет фиксированный размер 1000x700 пикселей, что оптимально для типовых мониторов, используемых в качестве АРМов на железнодорожном транспорте. Цветовое решение интерфейса подобрано так, чтобы снизить нагрузку на зрение при длительной работе с таблицами. В окне реализован индикатор статуса NFC-модуля.
Если считыватель отключился, индикатор мгновенно меняет цвет, сигнализируя пользователю о проблеме.Центральную часть занимает интерактив-наятаблица со списком приборов, поддерживающая быструю фильтрацию и сортировку по любому полю. Ключевой функцией является «Мониторинг», при активации которого система переходит в режим ожидания прерывания от NFC-транспондера. При обнаружении метки происходит захват ее уникального 16-ричного идентификатора, который в дальнейшем служит первичным ключом для поиска в базе данных.
Нижняя навигационная панель содержит кнопки вызова дополнительных модулей и фактически служит инструментарием администратора. В частности, реализованы процедуры «Экспорт/Импорт CSV», которые позволяют интегрировать программный комплекс в существующую ИТ-экосистему РЖД, обмениваясь даннымис системами верхнегоуровня.
Процесс детерминации прибора в комплексе реализован через специализированный интерфейс привязки, которыйисключает вероятность возникновения коллизий(например,дублирования записей). Взаимодействие осуществляется через окно «Управление приборами» (рис.З)ирасширенные операции с метками.

При физическом контакте NFC-метки со считывателем в главном окне активируется процедура создания записи с помощью алгоритма бесконтактной привязки. Система автоматически транслирует считанный UID в поле идентификатора в окне управления. Это реализует принцип «автозаполнения на основе физического носителя», что на 95 % снижает риск ошибок, связанных с человеческим фактором при ручном вводе длинных цифровых последовательностей.
Для случаев массовой маркировки приборов предусмотрено окно «NFC операции», позволяющее синхронизировать данные из внешних CSV-таблиц напрямую с памятью меток и, тем самым, организовать пакетную обработку и запись данных. Это обеспечивает возможность хранения части критически важной информации (дата последней проверки, серийный номер) непосредственно с прибора, что помогает ее считывать даже при отсутствии доступа к центральному серверу БД (режим Offline).
Для отслеживания технического состояния устройств СЦБ программный комплекс реализует сквозной мониторинг всех операций. Информационное ядро данного процесса 一 это карточка прибора и связанные с ней модули истории.
Окно информации о приборе (информационный профиль устройства) агрегирует паспортные данные и текущий статус эксплуатации. Интерфейс спроек
тирован таким образом, чтобы электромеханик РТУ мог быстро перейти к регистрации нового действия или просмотру архива выполненных работ.
Окно регистрации действий персонала (рис. 4) представляет собой значимый элемент комплекса, так как в нем фиксируется:
типология события (предустановленный классификатор (снятие, ремонт, поверка, установка) минимизируетвариативность описаний);
субъект ответственности (поля для ввода ФИО и должности сотрудникаформируют доказательную базу при разборе инцидентов);
временной срез (автоматическая фиксация времени регистрации в дополнение к вводимой дате совершения действия).
Модуль истории операций представляет собой нередактируемый лог событий. Каждое действие, от момента добавления прибора в систему до его списания, записывается в хронологическом порядке.
Система формирования отчетов базируется на агрегации данных из указанного лога. Пользователь может формировать выборки по временным интервалам (7, 14, 30, 90 дней) или по конкретным типам действий. Экспортируемые отчеты в формате CSV структурированы таким образом, что их можно применять для автоматического заполнения форм технической документации, благодаря чему значительно ускоряется процесс подготовки отчетности в дистанциях СЦБ.
Переход от бумажного учета к автоматизированному на базе NFC дает измеримые экономический и технологический эффекты, которые достигаются за счет исключения затрат времени на ручной поиск и ввод информации.
Для дальнейшего развития предложенной системы можно выделить следующие приоритетные направления.
Интеллектуальный анализ данных. Внедрение модулей предиктивной аналитики, которые на основе накопленной истории ремонтов и обслуживания смогут прогнозировать сроки выхода приборов из строя и заблаговременно уведомлять о необходимости проведения плановой поверки.

Развитие системной совместимости. Переход от файлового обмена (CSV) к API-интерфейсам для прямой синхронизации с информационными системами верхнего уровня железнодорожного транспорта в режиме реального времени.
Представленная архитектура пользовательского интерфейса и функциональное наполнение модулей комплекса контроля приборов СЦБ обеспечивают создание единого информационного пространства для учета оборудования.Высокая степеньдетализации окон регистрации и истории в сочетаниисавтома-тизированным вводомданных черезЫРС-интерфейс дает возможность не только повысить точность учета, но и сформировать объективную базу данных для перехода к обслуживанию устройств СЦБ по фактическому состоянию.
Программно-аппаратный комплекс на базе технологии NFC является своевременным ответом на вызовы цифровой трансформации железнодорожного транспорта. Предложенное решение доказывает, что автоматизация даже таких локальных процессов, как учет приборов в РТУ, способна дать значительный эффект в масштабах всей отрасли.
Использование гибкого стека технологий (Python, SQLite) позволило создать надежное, кроссплатфор-менное приложение, которое легко может адаптироваться не только под специфику работы службы
автоматики и телемеханики, но и других подразделений. Основной результат работы заключается не просто в замене бумажных карточек на цифровые записи, а в создании достоверной, прозрачной и эффективной системы контроля жизненного цикла устройств безопасности. Это создает прочную базу для повышения надежности работы систем ЖАТ и обеспечения безопасности движения поездов на важнейших направлениях страны, таких как Восточный полигон.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Хайтбаев В.А., Костров В.Н., Черняев Е.В. Ресурсосберегающий подход к организации доставки грузов в региональных цепях поставок // Мир транспорта. 2024. Т. 22, № 3(112). С. 68-79. DOI: 10.30932/1992-3252-2024-22-3-9. EDN: FVGDFV.
2. Власова Н.В. Сценарии развития транспортно-логистического бизнес-холдинга «РЖД» с целью выявления рисков и эффективности планирования транспортно-логистических услуг // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2025. № 2(86). С. 49-60. DOI: 10.26731/1813-9108.2025.2(86).49-60. EDN: ZZOCPC.
3. Оценка качества работы систем спутниковой навигации по результатам измерений на подвижном составе железнодорожного транспорта / В.В. Демьянов, Д.Д. Логинов, А.С. Плотников, М.Э. Скоробогатов // Информационные системы и технологии. 2025. № 5(151). С. 81-91. EDN: HNJBWO.
4. Тришин Н.А. Управление надежностью и риском в хозяйстве автоматики и телемеханики // Автоматика на транспорте. 2024, Т. 10, № 3. С, 227-245. DOI: 10,20295/2412-9186-2024-10-03-227-245.EDN: OINRAW.
5. ДолговМ.В.,МосквинаЕ.А., Будилова А.В. Автоматизированные системы в цифровой трансформации //Автоматика,связь,информатика. 2019. № 4. С. 15-17. EDN:ZCKVML.
6. Долгов М.В., КоротковаА.З., Кибальчич Н.В. Новые технологиидляучетаприборов в РТУ // Автоматика, связь, информатика. 2018. № 8. С. 6-9.EDN: XVLNQT.
7. Сударев И,В., Магдиев И,Р., Скоробогатов М.Э. Система контроля учета и хранения приборов автоматики // Информационные технологии и математическое моделирование в управлении сложными системами. 2023. № 4(20). С. 8-16. EDN: BRHJGI.
8. Сударев И.В., Скоробогатов М.Э. Система контроля и учета аппаратуры автоматики и телемеханики с применением технологии NFC // Известия Транссиба. 2025. № 4(64). С. 112-125. EDN: MVJZCX.
9. Wearable sweat management technologies / L. Wei, Zh. Li, Z. Dai [et al.] // Advanced Materials Technologies. 2024. Vol. 9, No. 7. DOI& 10.1002/admt.202301812. EDN: FSRNTW.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК