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        城軌車輛制動(dòng)單元及閥類智能化檢修產(chǎn)線應(yīng)用研究

        2021-08-27 13:02:30李繼松焦高軍王海濤姚娟娟杜劍宇王超恒
        鐵道車輛 2021年3期
        關(guān)鍵詞:可視化智能系統(tǒng)

        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。

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