山榮成 鄧鴻劍 呂國艷 支云龍 黃興博 袁英宏

摘? ?要：為了適應動車組轉向架檢修裝配的多品種生產(chǎn)需求，通過對生產(chǎn)現(xiàn)場業(yè)務流程的梳理，將廠級MES系統(tǒng)、車間級LCS產(chǎn)線控制系統(tǒng)及各執(zhí)行單元傳感器、控制器進行無縫集成，通過工業(yè)以太網(wǎng)互聯(lián)、互通，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的在線調控和可視化管理。本文以轉向架生產(chǎn)線控制系統(tǒng)為研究對象，從產(chǎn)線信息控制系統(tǒng)需求分析、車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)設計、各控制系統(tǒng)系統(tǒng)接口設計三個方面對轉向架檢修裝配線控制與管理系統(tǒng)進行分析研究分析。對轉向架檢修裝配線控制系統(tǒng)的設計與推廣具有積極作用。

關鍵詞：轉向架? 生產(chǎn)線? 數(shù)據(jù)通訊? 控制? 系統(tǒng)設計

中圖分類號：U279? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（b）-0087-03

中國高鐵建設及動車組生產(chǎn)已處于世界領先地位，作為動車組的核心部件轉向架則是生產(chǎn)過程的重中之重，當前轉向架分廠的生產(chǎn)模式相對粗放，難以應對車間多品種、突發(fā)性生產(chǎn)訂單的需求，主要表現(xiàn)在物流供應不及時而導致的生產(chǎn)停滯;對裝備、工具缺乏在線監(jiān)控手段，維護保養(yǎng)較為被動;對物料、人員的調度較為落后，浪費人力、物力，導致生產(chǎn)效率不高。

本文針對動車轉向架檢修車間的生產(chǎn)管控系統(tǒng)進行了的軟、硬件設計，通過工業(yè)網(wǎng)絡將各種信息傳感設備或系統(tǒng)（如傳感器、激光掃描器、RFID等）、控制器、機器人等關聯(lián)在一起，實現(xiàn)了裝備、物料、人員等的互聯(lián)，在現(xiàn)場應用中建立了信息共享、智能識別、實時控制和遠程管理于一體的生產(chǎn)管理模式。

1? 生產(chǎn)線信息控制系統(tǒng)需求分析

轉向架檢修組裝生產(chǎn)線信息控制系統(tǒng)即LCS，是轉向架檢修組裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的信息化部分，它在整個生產(chǎn)組織過程中起到承上啟下的作用，是整個生產(chǎn)線的信息樞紐。承接工廠級MRO的產(chǎn)品構型BOM、車間級生產(chǎn)控制系統(tǒng)（MES）的生產(chǎn)計劃、工位級計算機輔助操作系統(tǒng)（CAA）的操作記錄，向下發(fā)出生產(chǎn)指令和物流需求指令指導產(chǎn)線控制系統(tǒng)加工生產(chǎn)和物料需求調度，并向上反饋產(chǎn)線的實時生產(chǎn)進度，工藝或檢測數(shù)據(jù)，使其在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)生產(chǎn)透明、實時生產(chǎn)、齊套生產(chǎn)消除信息孤島，從而達到柔性生產(chǎn)的目的。

為了更好地控制信息流，需要對信息控制系統(tǒng)所涉及各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換方式、通訊協(xié)議、業(yè)務流程及控制機制等需求進行充分的分析，梳理出來的可視化的產(chǎn)線需求如下。

（1）系統(tǒng)功能需求;

（2）業(yè)務需求;

（3）接口需求。

2? 車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)LCS設計

2.1 轉向架裝配線布局

目前實施的裝配線采用按工藝分組排列的原則進行布置，具有物料移動距離短、物流效率高;在制品低、準備時間短;柔性較高的優(yōu)點。其生產(chǎn)線工作邏輯如圖1所示。

其基本組成為以物料自動化出入庫系統(tǒng)、智能移動平臺、智能化天車為物料流轉的核心，通過生產(chǎn)管控系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中調度多種生產(chǎn)模式，實現(xiàn)多品種和小批量轉向架檢修裝配的高效生產(chǎn)。

2.2 轉向架裝配線構架裝配工藝流程

整個轉向架檢修組裝生產(chǎn)線建立在柔性生產(chǎn)理念的基礎上，生產(chǎn)過程中每個轉向架的組裝工藝均略有不同，以達到最佳的裝配質量，其工藝過程以工步作為最小的工藝組裝單元，通過不同的工藝路線進行工藝組合來滿足柔性生產(chǎn)。

備注：對一些特殊工藝過程在軟件設計中處理方法。

（1）對于某些車型需要在落成緊固工位加撒沙裝置時，按落成工序的工位處理。

（2）構架裝配預組按工序處理。

（3）原則上每道工序都應由一到數(shù)個工位組成（如工序下確實沒有工位則在軟件中添加虛擬工位），下達給CAA統(tǒng)一按工單—子工單—工步進行下發(fā)。

2.3 系統(tǒng)硬件構成

整個MES硬件系統(tǒng)由服務器（應用程序服務器和數(shù)據(jù)庫服務器）、客戶端（操作終端、工業(yè)PC）、數(shù)據(jù)采集設備（PDA、PAD、RFID閱讀器）和設備控制器，共四大部分組成?？刂葡到y(tǒng)硬件分布如圖2所示。

2.4 系統(tǒng)軟件設計

整個轉向架組裝生產(chǎn)線的業(yè)務范圍由10臺AGV、2個立庫（配盤庫、構架庫）和11個作業(yè)區(qū)（構架配線作業(yè)區(qū)、構架裝配預組作業(yè)區(qū)、配盤作業(yè)區(qū)、線束預組作業(yè)區(qū)、構架裝配作業(yè)區(qū)、輪對齊套作業(yè)區(qū)、落成組裝作業(yè)區(qū)、零部件預組作業(yè)區(qū)、轉向架配線組裝作業(yè)區(qū)、加載試驗作業(yè)區(qū)、制動試驗作業(yè)區(qū)）及一個智能吊組成。其中構架組裝線和落成組裝線各為兩條。

支撐整個控制系統(tǒng)的上游系統(tǒng)是MRO系統(tǒng)和車間MES系統(tǒng)。MRO系統(tǒng)為所有型號提供BOM配置數(shù)據(jù)和拆卸BOM（原始BOM）數(shù)據(jù)。車間 MES系統(tǒng)提供構架組裝車間和落成車間的生產(chǎn)計劃及零部件需求配送的執(zhí)行。下游系統(tǒng)主要由AGV執(zhí)行系統(tǒng)（主要負責工藝路線的調度執(zhí)行）、CAA系統(tǒng)（主要負責控制系統(tǒng)的工單執(zhí)行和反饋）、配盤立庫系統(tǒng)（主要負責零部件配盤的執(zhí)行和出入庫）、構架立庫系統(tǒng)（主要負責構架的出入庫）和智能吊控制系統(tǒng)（主要負責行吊任務的執(zhí)行）組成。

3? LCS系統(tǒng)與各子系統(tǒng)通訊及接口設計

3.1 通訊協(xié)議及原理

為了與各子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，在該構件中采用了即時通訊、實時通訊、本地通訊及ESB總線共四種通訊技術，具體的原理如下。