李戰(zhàn)勝，李木存，阮奇海

（國能鐵路裝備有限責任公司陜西分公司，陜西 榆林 719316）

1 裝配制造業(yè)智能化發(fā)展趨勢

貨車輪軸智能檢修屬于裝配制造業(yè)智能工廠的范疇，智慧檢修的核心是信息化與自動化系統(tǒng)的高度集成基礎(chǔ)的智能化。

裝配制造企業(yè)的產(chǎn)能不像連續(xù)型企業(yè)主要由設(shè)備產(chǎn)能決定，而主要以加工要素及人員配置的合理性決定，因此同樣規(guī)模和硬件設(shè)施的不同企業(yè)因其管理水平的差異導(dǎo)致的結(jié)果可能有天壤之別。從產(chǎn)品形態(tài)來說，裝配制造與維修的多個零部件的配套關(guān)系，具備生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的柔性制造能力，因為裝配維修過程中包含著變化和不確定性，因此更需要生產(chǎn)排程、加工過程設(shè)備的自動化控制以及質(zhì)量檢測的配合，因此，裝配制造業(yè)智能化，主要體現(xiàn)在通過物聯(lián)和信息管理方面的改進，來提升生產(chǎn)力和競爭力。

目前較為先進的智能制造企業(yè)，一般都采用如下設(shè)計、配置并能達到如下水平：（1）智能化工廠采用頂層設(shè)計，全面融合制造和管理過程設(shè)計，構(gòu)建最先進信息化技術(shù)架構(gòu)平臺。（2）MES系統(tǒng)：廣泛采用MES（Manufacturing Execution System制造執(zhí)行系統(tǒng)）進行排程，完成生產(chǎn)配料、工單以及生產(chǎn)統(tǒng)計跟蹤等；支持柔性制造模式，支持多物料規(guī)格產(chǎn)品組合切換。（3）生產(chǎn)過程在線監(jiān)控：完整的在線生產(chǎn)過程、設(shè)備運行實時監(jiān)控系統(tǒng)，通過總控中心和工位看板完成生產(chǎn)監(jiān)控與管理交互。（4）工位自動化加工中心：各工序以加工中心為單位，利用各類機器人自動完成各工序加工制造，包括上下料、加工以及刀具更換等。（5）設(shè)備物聯(lián)：加工工件及設(shè)備狀態(tài)信息，實時聯(lián)入生產(chǎn)局域網(wǎng)，通過信息共享，驅(qū)動工位自動傳送流水線；支持設(shè)備供貨商進行遠程設(shè)備運維。（6）物料和產(chǎn)品智能庫：采用智能庫管理技術(shù)，利用RGV（Rail Guided Vehicle，有軌制導(dǎo)車輛）或AGV（Automated Guided Vehicle，自動導(dǎo)航小車）技術(shù)自動識別物料和判別路徑，進行物料進出庫傳送。（7）異常處理：利用智能圖像識別或探傷檢測等技術(shù)，配合人工對產(chǎn)品質(zhì)量進行檢測，質(zhì)量問題發(fā)出報警并退出返回；具有現(xiàn)場人員安全防護體系。（8）二維碼、RFID應(yīng)用：采用二維碼或者RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別碼）方式，自動讀取工件ID標識碼，定位工序位置，跟蹤工件流程。（9）現(xiàn)場看板及移動終端APP應(yīng)用：現(xiàn)場看板用于工單交互、報警推送、工位或全廠大數(shù)據(jù)查詢；個人或班組績效考評，或安全操作宣傳等。（10）3D數(shù)字孿生工廠平臺：利用3D工廠模型在線監(jiān)視工位生產(chǎn)設(shè)備狀況，輔助進行產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計仿真模擬以及設(shè)備操作培訓(xùn)等。（11）生產(chǎn)監(jiān)控調(diào)度中心：生產(chǎn)監(jiān)控調(diào)度中心負責監(jiān)控協(xié)調(diào)整個生產(chǎn)過程，配合現(xiàn)場視頻系統(tǒng)，完成調(diào)度或應(yīng)急處理；大屏幕系統(tǒng)進行大數(shù)據(jù)庫展示；全廠無人化或少人化操作。

2 貨車輪軸檢修現(xiàn)狀

通過對國內(nèi)多個車輛段輪軸檢修車間進行調(diào)研，參閱國內(nèi)輪軸檢修相關(guān)論文，特別針對滄州輪軸檢修基地進行全面考察，發(fā)現(xiàn)近年來各車輛段在檢修工序各個環(huán)節(jié)上，雖然進行了大量的技術(shù)改造，并取得了一定的成效，但是對照輪軸檢修智能化的構(gòu)成要素，目前國內(nèi)貨車輪軸檢修依舊普遍存在如下問題。

2.1 輪軸流水線自動化問題

貨車輪軸從收入、拆卸、測量、探傷以及加工到組裝、支出的每一個工序，都有一定數(shù)量的人工操作參與。整個輪軸工件物流并沒有通過RGV或者AGV等技術(shù)自動“流動“起來，造成人員投入過多，效率低下，成為事實上的“人工作坊”。

2.2 輪軸測量自動化問題

輪軸尺寸是整個維修過程的最重要的參數(shù)，在測量工序雖然配置了輪軸測量機，但是行業(yè)普遍采用的測量機，測量精度不準，設(shè)備可靠性差，測量效率也不能達到輪軸維修產(chǎn)能的要求，導(dǎo)致測量設(shè)備普遍停用，采用人工卡尺測量。

2.3 輪軸機加工設(shè)備自動控制問題

目前如熒光磁粉探傷機、輪軸微機控制超聲波自動探傷機、多通道數(shù)字式超聲波探傷機、數(shù)控車削車床、軸頸成型磨床、數(shù)控輪座磨床，輪轂孔加工鏜床，輪對壓裝機，輪對踏面旋修車床等，大部分設(shè)備主要是為本地單套設(shè)備完成本機功能而設(shè)計，沒有為聯(lián)網(wǎng)、遠控以及與上下料機械傳動系統(tǒng)聯(lián)動而設(shè)計，因此雖然部分設(shè)備配置有PLC系統(tǒng)控制，但大多是由人工采取機旁電控方式操作。

2.4 軸承智能庫問題

部分車輛段雖然建了大型軸承智能庫系統(tǒng)，可完成軸承自動選配功能，但因為智能庫設(shè)備可靠性差，或者因為輪軸維修批量小，啟停智能庫系統(tǒng)時間長，甚至不及人工搬運效率高，故不能或不愿投入使用。

2.5 信息共享與質(zhì)量控制問題

對輪軸的測量、探傷、加工以及壓裝數(shù)據(jù)信息，普遍采用紙質(zhì)表格手工記錄、打印并進行工序間傳遞交接，并由人工錄入到HMIS（Huoche Management Information System鐵路貨車技術(shù)管理信息系統(tǒng)）中。因為沒有實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集，人工錄入占用了人力時間、降低了效率。HMIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)僅僅用于單向上傳備案，沒有配合輪軸標識識別，作為檢修過程的有效信息化管理手段。

2.6 集控調(diào)度中心問題

由于上述基礎(chǔ)設(shè)備和流程管理未達到集控的水平，因此各車輛段目前基本上都沒有設(shè)置真正意義上的總調(diào)中心。一些調(diào)度室僅僅為現(xiàn)場視頻監(jiān)視室，有些車輛段配置了大屏幕，僅僅作為一般性生產(chǎn)統(tǒng)計顯示及黨政宣傳用途。

3 貨車輪軸智慧檢修方案

3.1 貨車輪軸智慧檢修系統(tǒng)框架

基于上述分析，貨車輪軸智慧檢修整體方案，采用從自上而下頂層設(shè)計方式，系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 輪軸智慧檢修總體架構(gòu)圖

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層：建立中心服務(wù)器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，通過PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）、儀表/傳感器和工控/IT系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)設(shè)備檢修信息的自動采集、處理和生產(chǎn)指令自動下達。配合網(wǎng)絡(luò)視頻，監(jiān)控設(shè)備異常、人員安全等異常報警。（2）智能設(shè)備層：智能化測量加工中心實現(xiàn)邊檢測、邊加工的能力，準確識別工件，自動進行測量、探傷、加工及壓裝等，部分工位人機協(xié)作。需要對機加工設(shè)備本地電控系統(tǒng)進行通訊及遠程控制改造。智能物流設(shè)備包括輪軸、軸承立體倉庫、智能夾具、AGV、桁架式機械手、懸掛式輸送鏈等。（3）智能產(chǎn)線層：通過大屏幕、調(diào)度中心終端、電子看板或手機顯示出實時檢修狀態(tài)。（4）智能車間層：對檢修計劃、質(zhì)量、設(shè)備、能耗、績效等進行統(tǒng)計分析，決策支持。

3.2 中心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集設(shè)計

中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)輪軸、車軸、車輪、軸承四大配件在車間的生產(chǎn)物流和各車間之間的供應(yīng)鏈物流過程中信息流和物流同步。通過實時數(shù)據(jù)庫規(guī)約驅(qū)動程序、或關(guān)系數(shù)據(jù)接口，完成檢修過程全流程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集、存貯和數(shù)據(jù)處理。

各主要工位設(shè)備上行數(shù)據(jù)流主要包括：（1）在輪對測量機工位采集輪軸尺寸數(shù)據(jù)及測量機設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；（2）在輪對退卸機、電磁探傷工位、自動超探工位采集輪軸探傷數(shù)據(jù)及設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；（3）在車軸、車輪加工機床工位采集機床設(shè)備啟停狀態(tài)、運行參數(shù)；（4）在車輪智能庫、軸承智能庫設(shè)置接口機，采集智能庫設(shè)備啟停狀態(tài)、運行參數(shù)等；（5）在輪對壓裝、軸承壓裝工位采集壓裝機設(shè)備啟停狀態(tài)、運行參數(shù)等；（6）在車間設(shè)置傳感器，對車間環(huán)境、重要房間、重要機房的溫濕度等進行測量。（7）其它采集信息包括高清視頻攝像信息；車間內(nèi)安全圍欄紅外監(jiān)測闖入報警信息；操作人員、巡檢人員定位信息等。

下行信息主要包括重要設(shè)備遠程啟停命令；生產(chǎn)計劃單、運維任務(wù)單；設(shè)備及子系統(tǒng)配置參數(shù)表等。中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與HMIS系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；系統(tǒng)與HCCBM（Condition Based Maintenance,簡稱CBM，國家能源集團鐵路貨車“狀態(tài)修”健康狀態(tài)診斷模型及狀態(tài)監(jiān)測維修系統(tǒng)）保持數(shù)據(jù)共享。

3.3 輪軸輸送改造方案

滄州輪軸檢修按作業(yè)分為8個檢修線，為優(yōu)化設(shè)備布置和物流適應(yīng)設(shè)備自動化作業(yè)的需求，輪對長距離采用輪對自動推送裝置和AGV、RGV結(jié)合輪對平移線的方式實現(xiàn)。

車軸采用鏈式輸送線和AGV、RGV進行輸送，通過機械手和六軸機器人實現(xiàn)設(shè)備的上下料。車輪采用滾杠輸送線輸送，通過車輪機械手實現(xiàn)設(shè)備的上下料。軸承采用滾杠和鏈式輸送線進行輸送，通過機械手實現(xiàn)上下料。前蓋、后檔、標志牌、施封鎖，軸端螺栓等小部件采用AGV進行輸送，實現(xiàn)存放與工位間的輸送。

3.4 智慧檢修管理信息系統(tǒng)

按照輪軸檢修的業(yè)務(wù)管理層次，針對領(lǐng)導(dǎo)決策、生產(chǎn)組織、技術(shù)管理、安全管理、質(zhì)量驗收等職責，設(shè)計構(gòu)造信息化系統(tǒng)功能。重點解決生產(chǎn)過程管控、防錯、產(chǎn)品質(zhì)量追溯、設(shè)備運行等相關(guān)管理目標，建立一個業(yè)務(wù)統(tǒng)一、流程順暢、數(shù)據(jù)規(guī)范的生產(chǎn)管理平臺。

管理平臺功能主要包括：（1）生產(chǎn)過程管理：實時監(jiān)控整個檢修過程的各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并按照預(yù)先設(shè)定的報修條件，出現(xiàn)異常情況應(yīng)及時報警提醒，并采取相應(yīng)措施；（2）質(zhì)量管理：以檢修過程質(zhì)量信息匯總和控制為核心，建立快速、全過程的質(zhì)量反饋、質(zhì)量處理、質(zhì)量跟蹤控制；（3）設(shè)備管理：對車間主要生產(chǎn)設(shè)備的使用頻率、運行狀況、工時、定額、能耗、產(chǎn)能等有關(guān)信息進行采集和分析，對設(shè)備進行全面的運行管理；（4）統(tǒng)計分析：對檢修進行統(tǒng)計分析，并通過對大數(shù)據(jù)的綜合分析，對生產(chǎn)運行情況進行有效評價如檢修合格率、員工績效、設(shè)備效率等。（5）移動應(yīng)用：支持手機、PDA等移動終端，實現(xiàn)移動端的派工報工、接料發(fā)料、數(shù)據(jù)錄入、生產(chǎn)進度跟蹤、實時統(tǒng)計分析展示等。

4 結(jié)語

針對滄州輪軸檢修車間進行的智慧檢修系統(tǒng)方案設(shè)計，方案的技術(shù)難點如輪軸ID標簽技術(shù)選擇、輪軸測量機選型、探傷新技術(shù)引用、機加工設(shè)備聯(lián)網(wǎng)以及數(shù)據(jù)庫設(shè)計等，更細節(jié)的設(shè)計或研發(fā)需求，不在此詳述。通過對方案改造進行的模擬和計算，預(yù)計改造后，自動化實現(xiàn)率達到95%以上；減少現(xiàn)場崗位作業(yè)人員52%左右，車間整體輪軸檢修產(chǎn)能不小于120條/天（四級修40條/天，80條/天）。