曹繼偉CAO Ji-wei

（中鐵九局集團(tuán)有限公司，沈陽 110000）

0 引言

近年來，我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，國內(nèi)的鐵路工程建設(shè)依舊穩(wěn)步發(fā)展。當(dāng)前，在國家大力發(fā)展新基建的背景下，智能制造和信息化是一個重要的版塊，對于信息化這個板塊，信息的融合非常關(guān)鍵。軌道板廠綜合管理平臺意在基于中鐵九局蘇家屯軌道板廠智能制造這個領(lǐng)域，進(jìn)行研發(fā)，打通信息化中存在的數(shù)據(jù)采集與信息孤島問題，將制造業(yè)質(zhì)控的人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等信息互聯(lián)起來，做到信息互融互通，實(shí)現(xiàn)管理透明化，提升企業(yè)管理水平、提高企業(yè)管理效益。

1 依托工程概括

中鐵九局蘇家屯軌道板廠自主研發(fā)的CRTSIII 型先張法預(yù)應(yīng)力軌道板智能制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了軌道板生產(chǎn)工藝智能化、生產(chǎn)控制數(shù)字化、生產(chǎn)經(jīng)營標(biāo)準(zhǔn)化，中鐵九局通過研發(fā)的智能化裝備結(jié)合先進(jìn)的數(shù)字化控制系統(tǒng)，率先實(shí)現(xiàn)了軌道板全部十四項工位的自動化，2019 年11 月份到2020 年4 月份蘇家屯軌道板廠又再次對現(xiàn)有的流水線進(jìn)行了升級改造，中鐵九局軌道板智能制造技術(shù)已經(jīng)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。流水機(jī)組法自動化流水車間共有十四大智能化工位和一個中央控制室（系統(tǒng)）。

2 調(diào)研并確定功能需求

通過前期大量對軌道板廠各個部門的需求調(diào)研，經(jīng)過對大量需求的重新整理歸納，考慮需求如何實(shí)現(xiàn)，設(shè)計出由基礎(chǔ)感知層（智能設(shè)備）、信息傳輸層（數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)）、數(shù)據(jù)交互執(zhí)行層（數(shù)據(jù)整理）、到企業(yè)管理層（展示看板）的順序與目標(biāo)。

2.1 基礎(chǔ)感知層目標(biāo) 基礎(chǔ)感知層包含軌道板廠運(yùn)行的生產(chǎn)裝備（產(chǎn)線智能裝備、通用設(shè)備、特設(shè)設(shè)備、模具、特定工裝等）及生產(chǎn)資源（人員、物資、能源等）。同時通過傳感器技術(shù)、RFID 技術(shù)、二維碼、視頻監(jiān)控、BIM+GIS 等手段完成生產(chǎn)裝備及生產(chǎn)資源靜態(tài)信息及動態(tài)信息的自動獲取和感知，組建萬物互聯(lián)的IOT 體系。

2.2 信息傳輸層目標(biāo) 通過互聯(lián)網(wǎng)、WIFI、5G、藍(lán)牙、視頻專線等將基礎(chǔ)感知層所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，為數(shù)據(jù)的上傳和調(diào)度指令的下達(dá)提供穩(wěn)定、安全的實(shí)時通道。

2.3 數(shù)據(jù)交互執(zhí)行層目標(biāo) 數(shù)據(jù)交互執(zhí)行層包含智能軌道板廠生產(chǎn)線工位、拌合站等獨(dú)立控制的PLC、SCADA、集成控制的DCS 等共同構(gòu)建的“中央控制系統(tǒng)”；以及將信息傳輸層上傳的海量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并交互和聚合后形成的“綜合管理平臺”。在數(shù)據(jù)交互執(zhí)行層，軌道板廠運(yùn)行“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測”各管理要素的信息實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)深度挖掘，并形成可視化圖表。

2.4 企業(yè)管理層目標(biāo) 在企業(yè)管理層，數(shù)據(jù)交互執(zhí)行層提供的分析數(shù)據(jù)、可視化圖表最終形成智能看板，管理層通過智能終端（手機(jī)端、網(wǎng)頁端等）進(jìn)行直觀查看，為企業(yè)資源計劃及產(chǎn)品PLM 管理提供直觀數(shù)據(jù)支撐，便于管理層做出最終決策，從而促使產(chǎn)品制造過程的動態(tài)優(yōu)化。（見圖1）

圖1 架構(gòu)圖

確定軌道板廠綜合管理平臺以人員管理、機(jī)械設(shè)備管理、物資管理、質(zhì)量管理、技術(shù)管理、安全管理、環(huán)境監(jiān)測、能源管理、生產(chǎn)管理為主，共計9 大模塊進(jìn)行的搭建，各模塊需求見圖2。

圖2 各模塊需求

①人員管理。實(shí)現(xiàn)人員信息采集、管理人員與勞務(wù)人員管理、勞務(wù)公司信息維護(hù)、勞務(wù)公司人員數(shù)量統(tǒng)計、考勤管理、班組人員分類、特種設(shè)備操作人員定期檢證提前提醒等。

②機(jī)械設(shè)備管理。實(shí)現(xiàn)設(shè)備臺賬等各種報表、進(jìn)出場驗(yàn)收、維修保養(yǎng)、檢查記錄、設(shè)備運(yùn)行、車輛管理、設(shè)備車輛實(shí)時定位、運(yùn)行軌跡回放、特種設(shè)備定期檢驗(yàn)到期的提前提醒等。

③物資管理。實(shí)現(xiàn)采購計劃、供應(yīng)商管理、采購合同登記、收料管理、委托檢測、送檢臺賬、不合格處置、物資退還、有權(quán)領(lǐng)料人管理、消耗管理、庫存管理、收支存統(tǒng)計分析等功能。實(shí)現(xiàn)根據(jù)工管部的生產(chǎn)計劃（總、年、月）按照每塊板的用量自動計算生成物資需用量計劃表；物資進(jìn)場驗(yàn)收后推送委托單給試驗(yàn)人員，試驗(yàn)人員接單做試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后將檢測報告推送給物資部與工程部；通過進(jìn)場驗(yàn)收臺賬、消耗臺賬自動生成收支存臺賬，與實(shí)際庫存盤點(diǎn)進(jìn)行對比分析。

④質(zhì)量管理。實(shí)現(xiàn)提取現(xiàn)場的張拉數(shù)據(jù)、蒸養(yǎng)數(shù)據(jù)、預(yù)埋套管壓力數(shù)據(jù)、軌道板外形尺寸等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理比對，達(dá)到軌道板質(zhì)量進(jìn)行分析監(jiān)控。

⑤技術(shù)管理。包括板廠技術(shù)規(guī)范、內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)、施工方案、工藝細(xì)則、作業(yè)指導(dǎo)書、技術(shù)安全交底、檢驗(yàn)批記錄、技術(shù)證明書等技術(shù)文檔的管理。實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)批、技術(shù)證明書等無紙化填寫后的打印。

⑥安全管理。風(fēng)險源管理、風(fēng)險區(qū)域管理、氣象監(jiān)測預(yù)警等功能。實(shí)現(xiàn)風(fēng)險區(qū)域管理是在生產(chǎn)車間設(shè)置風(fēng)險區(qū)域當(dāng)有人進(jìn)入是進(jìn)行預(yù)警。

⑦環(huán)境監(jiān)測。通過小型氣象站采集數(shù)據(jù)（噪音、粉塵、溫度、PM2.5、風(fēng)速等數(shù)據(jù)），根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)和設(shè)置值對比分析并可以進(jìn)行預(yù)警。

⑧能耗管理。通過技術(shù)手段，對現(xiàn)場的水、電、油、氣進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并上傳平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并展示，可以對現(xiàn)場的能耗進(jìn)行有效的實(shí)時掌控。

⑨生產(chǎn)管理。交接班管理、生產(chǎn)計劃、成品管理、進(jìn)度管理、板信息查詢、工藝流轉(zhuǎn)控制、工藝質(zhì)量控制、產(chǎn)品檔案自動生成、問題閉環(huán)處理等功能。實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)系統(tǒng)配置的信息收集管理，使軌道板在生產(chǎn)過程中各方面的信息收集更全面、更完善；工管部職員根據(jù)施工組織計劃及實(shí)際生產(chǎn)能力維護(hù)生產(chǎn)計劃（總、年、月），計劃生成后，其他部門根據(jù)生產(chǎn)計劃自動計算生成物資需用量等各種計劃表；通過系統(tǒng)可對每塊軌道板的詳細(xì)信息進(jìn)行查詢，并自動生成軌道板生產(chǎn)臺賬；通過生產(chǎn)看板可以直觀了解現(xiàn)場生產(chǎn)進(jìn)度、軌道板儲存情況、不合格數(shù)據(jù)等信息。

3 數(shù)據(jù)采集

①根據(jù)調(diào)查，施工現(xiàn)場原有的機(jī)械設(shè)備無法采集我們需要的數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，就需要采購智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備，如對影響施工因素的水、電、油、氣、定位及小氣候環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集，通過市場采購樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，數(shù)據(jù)解析和數(shù)據(jù)展示，淘汰一些無法數(shù)據(jù)對接和一些數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的智能設(shè)備，最終確定的智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備，設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)分類和優(yōu)缺點(diǎn)如表1。②本綜合管理平臺與中國鐵路總公司工管中心的鐵路工程管理平臺的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了對接，可以對接大量的試驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)和軌道板生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，是國內(nèi)其他軌道板廠信息化平臺暫時沒有達(dá)到的；在綜合管理平臺可直接進(jìn)入中鐵九局安全質(zhì)量隱患排查治理系統(tǒng)，與其建立了數(shù)據(jù)對接；本綜合管理平臺與軌道板廠中央控制室（系統(tǒng)）對接完成，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸。打通了不同系統(tǒng)的信息孤島，使各系統(tǒng)間信息共享。③本綜合管理平臺與混凝土拌合站、14 大智能化工位、流水線流轉(zhuǎn)、鐵科院的外形檢測系統(tǒng)等，數(shù)據(jù)已經(jīng)對接完成，可以獲取生產(chǎn)過程中的實(shí)時數(shù)據(jù)，并直接上傳至綜合管理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與展示。④視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)系統(tǒng)，可以觀察重點(diǎn)的人、物（過磅影像）、設(shè)備、工位等的實(shí)時狀態(tài)，并可提供事件回放，影像存儲等功能以備檢查。⑤開發(fā)手機(jī)APP，根據(jù)權(quán)限的不同，可以進(jìn)行移動端收料、設(shè)備掃碼巡檢、交接班等工作，很多電腦端的工作可以在手機(jī)上進(jìn)行操作，極大的提升了工作效率。⑥考慮到數(shù)據(jù)的安全性和穩(wěn)定性，所有采集到的數(shù)據(jù)全部上傳至云服務(wù)器，由云服務(wù)器進(jìn)行存儲。

表1 設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)分類和優(yōu)缺點(diǎn)

4 平臺展示（見圖3）

圖3 中鐵九局蘇家屯軌道板廠綜合管理平臺總覽頁面

軌道板廠各個部門先期在研發(fā)平臺的后臺進(jìn)行的一次性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入，后面業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可直接關(guān)聯(lián)調(diào)用增加容錯率及減少工作量，關(guān)鍵要素數(shù)據(jù)通過APP、生產(chǎn)線系統(tǒng)自動采集系統(tǒng)直接上傳的方式保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時性，結(jié)合管理系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)，將物資管理、設(shè)備管理、人員管理、質(zhì)量管理等相關(guān)數(shù)據(jù)貫通集中管理，同時也加大了BIM 技術(shù)的應(yīng)用，可根據(jù)項目管理中不同業(yè)務(wù)的需求實(shí)時提取業(yè)務(wù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示分析。

①拓展小模塊功能展示工程概括、攪拌站、蒸養(yǎng)車間、存板區(qū)、實(shí)驗(yàn)室、水養(yǎng)池等開放界面，此處可根據(jù)項目的要求信息化管理員可自行添加需要展示的小模塊，可以將采集到的動態(tài)與錄入的靜態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式進(jìn)行展示。②通過環(huán)境監(jiān)測的小型氣象站數(shù)據(jù)對接可以實(shí)時傳輸環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，可展示實(shí)時采集到的溫度、濕度、PM2.5、噪聲、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)風(fēng)速和PM2.5 值，進(jìn)行判斷并進(jìn)行大風(fēng)和空氣質(zhì)量的優(yōu)良提醒等。③將現(xiàn)場施工生產(chǎn)用電量、用水量、用氣量通過智能采集設(shè)備將數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)骄C合管理平臺進(jìn)行展示，可以供項目級和企業(yè)級直觀的查看項目的能源消耗情況，解決了項目層的能源消耗透明化。④軌道板廠的總?cè)蝿?wù)量、累計產(chǎn)量、年產(chǎn)、月產(chǎn)以及每天預(yù)制板數(shù)量實(shí)時更新，并可以通過柱狀圖清晰展示。⑤流水機(jī)組法自動化流水線的14 大智能化工位數(shù)據(jù)已經(jīng)打通，并可以通過BIM 圖形關(guān)聯(lián)進(jìn)行展示，哪個智能工位正在工作（綠點(diǎn)）哪個工作空閑（紅點(diǎn)），哪條流水線正在運(yùn)行（綠箭頭）哪條流水線空閑（紅箭頭）都可以在綜合管理平臺的總覽頁進(jìn)行實(shí)時的查看。⑥通過餅狀圖可以更好的直觀展示勞務(wù)人員與管理人員的進(jìn)場人數(shù)，通過門禁人臉識別閘機(jī)系統(tǒng)，可以自動生成當(dāng)天的考勤報表，到月匯總，實(shí)時匯總。⑦通過柱狀圖直觀展示主要物資的收發(fā)存數(shù)量，并可以通過對比庫存與平均每天消耗量進(jìn)行庫存預(yù)警提醒，有助于管理者及時掌控現(xiàn)場物資庫存情況。⑧機(jī)械設(shè)備通過數(shù)據(jù)反饋的運(yùn)行情況，可以在平臺上實(shí)時展示出運(yùn)行、空閑、維修的情況和統(tǒng)計；可以查看設(shè)備車輛的定位及歷史軌跡。⑨所有平臺的數(shù)據(jù)均可以做到一次錄入、采集，相關(guān)模塊可以隨時獲取展示，達(dá)到了信息共享，并可根據(jù)設(shè)置好的報表格式，數(shù)據(jù)可自行調(diào)取填充報表，實(shí)現(xiàn)無紙化辦公。

5 系統(tǒng)集成化

①軌道板廠綜合管理平臺采用MyIMP Office 協(xié)同管理平臺作為基礎(chǔ)框架，以“協(xié)同管理”為核心，將業(yè)務(wù)軟件系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、管理、應(yīng)用、服務(wù)整體集成于統(tǒng)一的管理。中間層在邏輯上所定義的業(yè)務(wù)實(shí)體層、業(yè)務(wù)邏輯層和業(yè)務(wù)規(guī)則層中，板廠采用統(tǒng)籌的方法將實(shí)體層的對象集合、邏輯層中的變化接口模式以及規(guī)則層中的實(shí)體對象模塊在平臺上進(jìn)行集中式管理和設(shè)計；②支持工業(yè)多協(xié)議轉(zhuǎn)換和多元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的功能對接，支持DCS 控制系統(tǒng)、智能儀表系統(tǒng)、試驗(yàn)管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、拌合站系統(tǒng)、小氣象站系統(tǒng)、車位定位系統(tǒng)等數(shù)據(jù)接入與融合；③平臺設(shè)計多級權(quán)限管理，針對不同的崗位其權(quán)限也不同，系統(tǒng)登陸時即可自動判斷其身份。通過多級權(quán)限管理，實(shí)現(xiàn)崗位目標(biāo)管理；④支持以設(shè)備、人員、原料和產(chǎn)品等單元的對象化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示，支持以單個設(shè)備主體為視角的全信息畫像和關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)查詢，滿足上層設(shè)備管理、物料平衡、控制優(yōu)化、生產(chǎn)管理等工業(yè)智能軟件的高效訪問；⑤支持可插拔動態(tài)擴(kuò)展的微服務(wù)和容器化架構(gòu)，滿足板廠對不同時期對大數(shù)據(jù)平臺存儲、計算和消費(fèi)的擴(kuò)容能力；⑥提供工業(yè)智能組態(tài)式開發(fā)所必須的基礎(chǔ)服務(wù)、算法模塊、可視化組件、流程單元和工程模板，賦能工廠用戶，滿足企業(yè)用戶自主開發(fā)工業(yè)智能軟件的要求；⑦提供工業(yè)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全方面的一體化防護(hù)方案，保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施需提供可靠性和魯棒性設(shè)計；⑧我們可以將協(xié)同平臺視作數(shù)據(jù)中心的框架中心，當(dāng)平臺所設(shè)計功能表單、接收規(guī)則與板廠各子單元產(chǎn)生緊密關(guān)聯(lián)后，從硬件至軟件的“板廠連接器”即正式形成，在此基礎(chǔ)上，我們需規(guī)定相關(guān)設(shè)備（系統(tǒng)）硬件層面及軟件層面的標(biāo)準(zhǔn)接口，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的“板廠物聯(lián)”。

6 結(jié)束語

隨著鐵路建設(shè)的發(fā)展與進(jìn)步，綜合管理平臺的應(yīng)用，極大的展示了現(xiàn)場實(shí)時狀態(tài)的情況，依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，解決數(shù)據(jù)的無縫對接，運(yùn)用信息化技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)軌道板生產(chǎn)所需人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等各環(huán)節(jié)可追溯、可識別、可定位、可管理，達(dá)到了信息互通，通過平臺的展示解決工程項目信息不透明，對企業(yè)級了解項目級起著至關(guān)重要的作用。近期目標(biāo)是以本綜合管理平臺為基礎(chǔ)，拓展研發(fā)推廣至梁場、枕廠、管片廠、PC 構(gòu)件廠等領(lǐng)域進(jìn)行搭建應(yīng)用，在多個綜合管理平臺基礎(chǔ)上，搭建企業(yè)級的管理平臺。信息化的建設(shè)與應(yīng)用會越來越普及，對股份公司二級公司來說宜早不宜晚，越早研發(fā)越會走在信息化的前沿，未來的發(fā)展空間非常廣闊。