李繼松,焦高軍,王海濤,姚娟娟,杜劍宇,王超恒

(1.中車青島四方車輛研究所有限公司，山東 青島 266031；2.北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司 地鐵運(yùn)營(yíng)技術(shù)研發(fā)中心,北京 102208；3.地鐵運(yùn)營(yíng)安全保障技術(shù) 北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102208)

1 概述

軌道交通運(yùn)營(yíng)里程和檢修相關(guān)業(yè)務(wù)量不斷擴(kuò)大，現(xiàn)階段地鐵車輛檢修過(guò)程缺乏信息化、自動(dòng)化、智能化手段，存在檢修過(guò)程質(zhì)量追溯困難、缺少智能防呆防錯(cuò)手段、檢修數(shù)據(jù)共享程度低、缺少即時(shí)的預(yù)警信息提示、缺少現(xiàn)場(chǎng)檢修詳細(xì)數(shù)據(jù)上傳等問(wèn)題，由于這些問(wèn)題使得檢修過(guò)程不能全過(guò)程管控，從而導(dǎo)致檢修完的部件存在返工再修的問(wèn)題，影響檢修質(zhì)量和車輛運(yùn)營(yíng)需求。

車輛部件檢修質(zhì)量和效率對(duì)保證車輛運(yùn)行壽命、提高車輛運(yùn)營(yíng)效率、降低車輛運(yùn)營(yíng)故障率起到關(guān)鍵作用，傳統(tǒng)的檢修模式已不能滿足智能化需求，越來(lái)越多的地鐵車輛段及軌道交通行業(yè)相關(guān)的廠家進(jìn)行了智能化生產(chǎn)檢修模式的探討。城軌車輛單元制動(dòng)器及閥類智能化檢修產(chǎn)線(以下稱“智能檢修線”)能夠?qū)φ麄€(gè)部件檢修進(jìn)度進(jìn)行可視化管控，制動(dòng)系統(tǒng)作為車輛運(yùn)行保證的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，對(duì)其檢修模式進(jìn)行智能化規(guī)劃設(shè)計(jì)成為必然趨勢(shì)。

通過(guò)城軌車輛制動(dòng)單元及閥類智能檢修產(chǎn)線的應(yīng)用研究解決傳統(tǒng)檢修模式的業(yè)務(wù)短板，加入自動(dòng)化、信息化手段，實(shí)現(xiàn)檢修流程的作業(yè)過(guò)程追溯和質(zhì)量追溯，提高裝配效率和裝配質(zhì)量；將傳統(tǒng)的工單派發(fā)和物料領(lǐng)取流程進(jìn)行信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢修工單和物料清單領(lǐng)取的過(guò)程追溯，包括質(zhì)量互檢、維修數(shù)據(jù)確認(rèn)、進(jìn)度管控等信息，逐步改進(jìn)車輛部件檢修質(zhì)量追溯手段，提高自主化維修的效率，提高檢修部件的裝配質(zhì)量，降低車輛部件的檢修成本。

2 產(chǎn)品用途

智能檢修線用于城軌車輛制動(dòng)單元及城軌車輛閥類的分解、清洗、檢查、組裝、試驗(yàn)全過(guò)程。智能檢修線采用電動(dòng)扭緊技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，能夠減少單元制動(dòng)器及閥類組裝過(guò)程中人為的干預(yù)因素，精確控制扭矩；采用流水線實(shí)時(shí)傳送檢修部件到各個(gè)分解組裝工位，實(shí)現(xiàn)部件自動(dòng)流轉(zhuǎn)；采用智能配送物流托盤，實(shí)現(xiàn)物料裝配信息追溯及物料齊套性檢查防錯(cuò)；采用條碼和射頻識(shí)別、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全檢修過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄，建立檢修部件的電子履歷；采用可視化防誤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢修工藝動(dòng)態(tài)指引，提高裝配質(zhì)量。智能檢修線實(shí)現(xiàn)智能檢修管控系統(tǒng)的平臺(tái)搭建，完成人員管理、工單管理、進(jìn)度管理。通過(guò)在檢修班組設(shè)置信息化管理終端，完成檢修任務(wù)分配；通過(guò)在不同檢修區(qū)域設(shè)置人員識(shí)別終端，實(shí)現(xiàn)檢修進(jìn)度管控；通過(guò)在檢修車間設(shè)置檢修任務(wù)顯示終端，實(shí)現(xiàn)車間檢修任務(wù)可視化；通過(guò)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄及科學(xué)的數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)透明化，實(shí)現(xiàn)科學(xué)排產(chǎn)和實(shí)時(shí)質(zhì)量控制，達(dá)到組裝作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo)。

3 產(chǎn)品架構(gòu)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)可分為五層，分別是展示層、應(yīng)用層、操作層、控制層和現(xiàn)場(chǎng)層。圖1為系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

展示層：由企業(yè)的生產(chǎn)檢修計(jì)劃等信息化系統(tǒng)所構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)檢修的整體管控，實(shí)時(shí)展示生產(chǎn)線的進(jìn)度信息等。

應(yīng)用層：由檢修線的生產(chǎn)管理系統(tǒng)所構(gòu)成，主要包括檢修線所涉及的人員、工藝設(shè)備管理等。

操作層：由踏面制動(dòng)單元檢修的各個(gè)子工序構(gòu)成，連接踏面制動(dòng)單元檢修的整個(gè)過(guò)程。

控制層：是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制層，主要由可編程邏輯控制器(PLC)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、人機(jī)交互(HMI)系統(tǒng)等組成。

現(xiàn)場(chǎng)層：是踏面制動(dòng)單元檢修的設(shè)備層，主要由試驗(yàn)臺(tái)、電動(dòng)扭力扳手、掃碼槍、車間電子顯示系統(tǒng)等設(shè)備組成。

3.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，主要包括現(xiàn)場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、接入交換機(jī)、無(wú)線AP、系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器、PLC等，可以實(shí)現(xiàn)智能化檢修產(chǎn)線的信息傳遞，實(shí)現(xiàn)檢修過(guò)程信息采集進(jìn)度監(jiān)控等，從而實(shí)現(xiàn)檢修全過(guò)程控制。

圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

4 總體布局

根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，檢修線占地面積為26 000 mm×8 000 mm，檢修線(圖3)按照U形設(shè)計(jì)原則，部分采用流水線形式設(shè)計(jì)，主要包括閥類檢修間(包含閥類檢修工作臺(tái)和試驗(yàn)臺(tái))和制動(dòng)單元智能化檢修線，檢修線包含待修品存放區(qū)、拆解工作區(qū)、清洗區(qū)、檢修工作區(qū)、組裝工作區(qū)、試驗(yàn)區(qū)、合格品存放區(qū)、物料存放區(qū)。 通過(guò)在各個(gè)工位按需配置軟硬件系統(tǒng)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)檢修全過(guò)程可控，從而提高裝配質(zhì)量和檢修效率。硬件系統(tǒng)包括智能傳送系統(tǒng)、智能扭矩系統(tǒng)、智能可視化系統(tǒng)、智能防誤系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工單管理、生產(chǎn)管理、計(jì)劃管理等功能模式。

圖3 總體布局

5 硬件系統(tǒng)

5.1 智能傳送系統(tǒng)

智能傳送系統(tǒng)(圖4)用于制動(dòng)單元拆解后、組裝前各零部件存放托盤在工作臺(tái)間的流轉(zhuǎn)。智能傳送系統(tǒng)分為垂直換向動(dòng)力滾筒線和動(dòng)力滾筒線兩種設(shè)計(jì)。垂直換向動(dòng)力滾筒線用于將托盤從工作臺(tái)側(cè)邊輸送到動(dòng)力滾筒線，動(dòng)力滾筒線用于托盤在工作臺(tái)背面各工作臺(tái)之間的輸送。

圖4 智能傳送系統(tǒng)

5.2 智能扭矩系統(tǒng)

智能扭矩系統(tǒng)(圖5)用于制動(dòng)單元及停放缸組裝工位的自動(dòng)打扭矩作業(yè)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)扭矩控制，提高裝配質(zhì)量。智能扭矩系統(tǒng)由控制器、電動(dòng)扭力扳手、吊裝工裝等組成。智能扭矩系統(tǒng)具有以下功能：(1)能夠?qū)崿F(xiàn)扭矩精確控制。扭矩控制系統(tǒng)能夠按照工藝要求對(duì)緊固螺栓進(jìn)行扭矩控制、角度控制和轉(zhuǎn)速控制，防止出現(xiàn)扭矩過(guò)大、過(guò)小的情況，提高產(chǎn)品質(zhì)量管控能力。(2)實(shí)時(shí)記錄扭矩?cái)?shù)據(jù)。扭矩控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)記錄扭矩曲線和合格/不合格數(shù)據(jù)，并能夠聯(lián)網(wǎng)傳遞到數(shù)據(jù)庫(kù)中去。(3)螺栓數(shù)量的防誤。扭矩控制系統(tǒng)能夠設(shè)定螺栓的數(shù)量，自動(dòng)判斷工序中是否按照設(shè)定數(shù)量進(jìn)行操作，并能夠?qū)惓Ｐ畔鬟f給信息控制系統(tǒng)。(4)質(zhì)量檢測(cè)功能?？刂葡到y(tǒng)能夠根據(jù)打扭矩的結(jié)果判斷是否放行到下一工位。

圖5 智能扭矩系統(tǒng)

5.3 智能可視化系統(tǒng)

智能可視化系統(tǒng)(圖6)主要分為3層，包括工位級(jí)智能操作引導(dǎo)子系統(tǒng)、車間級(jí)電子看板、遠(yuǎn)程監(jiān)控。工位級(jí)智能操作引導(dǎo)子系統(tǒng)通過(guò)觸摸屏動(dòng)態(tài)顯示組裝步驟，對(duì)操作者進(jìn)行操作指引，若操作者未按照規(guī)定工序進(jìn)行安裝，智能工藝指引系統(tǒng)則進(jìn)行警告，并停止安裝步驟，禁止操作者進(jìn)行下一步的工藝步驟?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)工位設(shè)置要求配置車間檢修線看板、工位電子看板、車間進(jìn)度顯示大屏等硬件進(jìn)行可視化系統(tǒng)的搭建。

圖6 智能可視化系統(tǒng)

5.4 智能防誤系統(tǒng)

智能防誤系統(tǒng)(圖7)主要采用光電傳感器技術(shù)、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、扭矩自動(dòng)控制技術(shù)等對(duì)物料、工藝、工序、工裝工具等進(jìn)行防誤?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)作業(yè)工藝指導(dǎo)書要求配置電動(dòng)扭力扳手及相應(yīng)控制器、射頻控制系統(tǒng)等硬件實(shí)現(xiàn)智能防誤。在組裝工位通過(guò)可視化看板指導(dǎo)，系統(tǒng)根據(jù)工藝要求自動(dòng)下發(fā)扭矩值至電動(dòng)扭力扳手，打扭矩作業(yè)完成后扭矩值自動(dòng)上傳至作業(yè)記錄過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)智能扭矩防誤，提高裝配質(zhì)量和效率。通過(guò)射頻控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢修過(guò)程信息記錄和傳遞，實(shí)現(xiàn)部件的檢修電子履歷建立。

圖7 智能防誤系統(tǒng)

6 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)(圖8)能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)檢修線的作業(yè)工單管理、物料工單管理以及車輛檢修進(jìn)度可視化管理，實(shí)現(xiàn)踏面制動(dòng)單元智能檢修線的自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化、可視化管理。

圖8 軟件系統(tǒng)

6.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

主要對(duì)系統(tǒng)中重要的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括信息的查詢、添加、刪除、修改以及其他設(shè)置?；A(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)后提供業(yè)務(wù)功能進(jìn)行使用。

6.2 工藝管理

對(duì)生產(chǎn)中工藝配方指導(dǎo)和工藝路線進(jìn)行信息管理，維護(hù)每個(gè)工序中工作步驟以及每個(gè)工作步驟的具體操作指導(dǎo)。

6.3 生產(chǎn)管理

管理生產(chǎn)中的生產(chǎn)訂單計(jì)劃，每個(gè)計(jì)劃需要審批，審批通過(guò)后的訂單根據(jù)工藝路線中的工序拆分工單。可以對(duì)生產(chǎn)訂單執(zhí)行實(shí)現(xiàn)暫停和執(zhí)行控制。每個(gè)產(chǎn)線只能有一個(gè)在執(zhí)行的訂單。

6.4 工單管理

展示已經(jīng)審批通過(guò)的生產(chǎn)訂單以及工序工單。

6.5 可視化

工位端用于工單的領(lǐng)取查詢、統(tǒng)計(jì)分析、作業(yè)指導(dǎo)，大屏展示界面主要對(duì)檢修線的檢修實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，顯示當(dāng)前檢修線的計(jì)劃、進(jìn)度、異常等情況。圖9為可視化看板。

圖9 可視化看板

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)智能檢修線的應(yīng)用研究，將智能檢修管控系統(tǒng)得以實(shí)施，可以不斷提高車輛檢修質(zhì)量控制，提高檢修效率，降低檢修成本，實(shí)現(xiàn)智能管理、智能檢修，能夠?qū)鹘y(tǒng)的檢修模式改為智能化檢修模式，對(duì)車輛段開(kāi)展智能檢修新模式試點(diǎn)示范具有帶頭作用，可圍繞檢修、管理等先進(jìn)手段、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行移植、推廣。