摘要：針對現(xiàn)有檢修車間檢修體系智能化不高、效率低下、無法適應(yīng)高強度檢修任務(wù)等問題，從總體工藝方案出發(fā)，制定總體工藝布局、質(zhì)量管控模式、物流配送模式、新工藝流程節(jié)拍等，形成MES系統(tǒng)及仿真系統(tǒng)的初版輸入數(shù)據(jù)，并指導優(yōu)化智能檢修流水線工藝與裝備方案研究。開發(fā)一體化貨車檢修信息支撐平臺，提出智慧工廠一體化安全防護系統(tǒng)和智慧廠房等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的相關(guān)需求，將智能化貫穿貨車檢修工廠每一個流程架構(gòu)。基于全生命周期管理的智慧型貨車檢修工廠的研究，對降低人工成本，提高生產(chǎn)效率，提升設(shè)備利用率，實現(xiàn)決策自動化等具有現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：鐵路貨車；FLC；智慧檢修；智能化；管控體系

中圖分類號：TP207；U279.3+4文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）02-0193-04

Optimization of intelligent maintenance and control system of railway wagon maintenance factory based on FLC

WANG Xianghong1，MA Xuetao2，LIN Yao2，YAO Yujin2，WEI Xueling2

（1.National Energy Railway Equipment Limited Liability Company Co.，Ltd.，Cangzhou 061113，Hebei China；

2.China Railway Engineering Design Consulting Group Co.，Ltd.，Mechanical Power Design andResearch Institute，Beijing 100055，China）

Abstract：In view of the problems such as low intelligence，low efficiency and inability to adapt to high-intensity maintenance tasks of the existing maintenance workshop maintenance system，starting from the overall process plan，the overall process layout，quality control mode，logistics and distribution mode，new process beat，etc.，were formu-lated，the initial input data of MES system and simulation system were formed，and the research on optimizing the process and equipment scheme of the intelligent maintenance line was guided.An integrated truck maintenance in-formation support platform was developed，the relevant requirements of infrastructure construction such as the inte-grated safety protection system of the smart factory and the smart workshop was put forward，and intelligence was run through every process structure of the truck maintenance factory.The research on intelligent truck maintenance factories based on full life cycle management is of practical significance for reducing labor costs，improving produc-tion efficiency，improving equipment utilization，and realizing decision-making automation

Key words：railway wagons；FLC；smart maintenance；intelligent；control system

目前鐵路裝備公司擁有各型鐵路貨車共計6萬余輛，隨著車輛檢修量的逐漸加大，現(xiàn)有檢修車間存在諸多問題，深入推進智慧檢修基地建設(shè)已逐步成為鐵路貨車行業(yè)的發(fā)展趨勢[1-3]。國內(nèi)外有關(guān)貨車智能化檢修停留在轉(zhuǎn)向架、輪軸等單個部件，缺少對整個智能工廠的研究[4-8]。隨著貨車狀態(tài)修不斷深入推進，自動化、智能化水平不斷提升，如何將前沿技術(shù)與鐵路行業(yè)進行深入融合已成為當前最為迫切需要關(guān)注的問題[9-12]。研究以鐵路裝備公司滄州分公司為實施對象，通過分析現(xiàn)有鐵路貨車檢修存在的問題和面臨的挑戰(zhàn)，從總體研究方案和分級工藝方案2個方面分析智慧型貨車檢修工廠發(fā)展的理論體系以及關(guān)鍵技術(shù)。

1鐵路貨車檢修現(xiàn)存問題分析

（1）檢修工藝柔性化程度低，無法針對各個部件自身損傷情況進行定制化、差異化檢修，柔性較差，不能與狀態(tài)修修程所需的定制化檢修相匹配；

（2）檢修車間智能化程度較低，貨車檢修生產(chǎn)管理目前應(yīng)用HMIS檢修管理系統(tǒng)，其存在實時性不高、自主決策性不強等問題。檢修車間生產(chǎn)決策、生產(chǎn)組織、質(zhì)量安全管控依靠人力，智能化程度較低；

（3）現(xiàn)有檢修設(shè)備智能化水平不高，目前貨車Z2、Z3、Z4修基本采用傳統(tǒng)的檢修設(shè)備。自動化、智能化水平不高，人工干預較多，勞動強度大，操作人員多，存在較大的安全隱患；

（4）缺乏檢修數(shù)據(jù)智能獲取和集成手段，目前檢修作業(yè)信息主要還是依靠人工錄入，容易造成數(shù)據(jù)錯記、漏記等現(xiàn)象，數(shù)據(jù)的使用性極為低，造成信息浪費[13]；

（5）配件運輸方式落后存在安全隱患，容易造成人、車、物混行，交叉作業(yè)較多對人員的通行及作業(yè)存在一定的風險；

（6）工裝設(shè)備未形成系統(tǒng)智能化檢修體系，無法充分發(fā)揮設(shè)備升級的優(yōu)勢。

2智慧檢修工廠總體工藝方案

2.1研究方案制定

針對以上存在的問題和挑戰(zhàn)，從總體工藝方案出發(fā)，制定總體工藝布局、質(zhì)量管控模式、物流配送模式、新工藝流程節(jié)拍等，形成MES系統(tǒng)及仿真系統(tǒng)的初版輸入數(shù)據(jù)，并指導智能檢修流水線工藝與裝備方案研究，提出智慧工廠一體化安全防護系統(tǒng)和智慧廠房等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的相關(guān)需求。

2.2總體方案分析

（1）研究貨車檢修智能化的生產(chǎn)布局。主要涵蓋貨車車輛從車體除銹到整車落成的檢修全過程。對生產(chǎn)過程中進行詳細的大節(jié)拍分析，達到滿足每日出車Z2、Z3修分別不少于54輛，Z4修不少于30輛的生產(chǎn)節(jié)拍，確保智能檢修線研究的可靠性和可實施性；

（2）智能化貨車檢修車間檢修工作效率研究。研究人機交互最優(yōu)匹配方案，通過程序分析、作業(yè)分析、標準動作分析等手段，分析影響檢修工作效率的多種因素，消除人力和時間方面的浪費，最大程度降低人員勞動強度，合理安排檢修作業(yè)，用新的工作方法來代替現(xiàn)行的方法，并運用各種技術(shù)測定不同勞動強度工作所需的作業(yè)時間，從而有助于人員工作負荷的優(yōu)化分配，進而提高勞動生產(chǎn)率和整體效益；

（3）創(chuàng)新檢測信息化的質(zhì)量管控模式。研究在貨車檢修智能化建設(shè)中形成質(zhì)量策劃、過程控制、質(zhì)量檢驗和質(zhì)量改進的業(yè)務(wù)價值流。通過實現(xiàn)質(zhì)量檢測信息化、質(zhì)量記錄電子化、質(zhì)量追溯結(jié)構(gòu)化三大模式，實現(xiàn)貨車檢修質(zhì)量在線監(jiān)控與歷史追溯全覆蓋，解決傳統(tǒng)檢修模式下因人工操作造成的漏檢、錯檢、質(zhì)量波動較大、穩(wěn)定性差等問題，大幅度提升貨車檢修質(zhì)量檢測效率和檢修效果；

（4）建立可循跡的物流配送模式。首先通過大量走訪調(diào)研，結(jié)合數(shù)據(jù)參數(shù)分析貨車檢修中所需物流來源、物流配送分類、計劃來源、物料生產(chǎn)領(lǐng)用、物料檢驗、物料接收、物料標識、異常管理、生產(chǎn)退料和產(chǎn)出轉(zhuǎn)運的現(xiàn)狀及存在的問題。其次將貨車檢修車間現(xiàn)有的物流管理系統(tǒng)納入MES系統(tǒng)統(tǒng)一管理。最后在MES系統(tǒng)上實現(xiàn)運行調(diào)度指揮、智能資源管理、作業(yè)執(zhí)行監(jiān)控、智能決策集成統(tǒng)一四位一體的功能。同時進一步對工裝器具進行通用化、模塊化、行跡化的設(shè)計，保障物料的齊套性[14]。

3智慧檢修工廠分級工藝方案

3.1鐵路貨車智能檢修流水線工藝與裝備方案研究

按貨車檢修工藝流程進行劃分，分為轉(zhuǎn)向架、制動梁、輪軸、車鉤緩沖裝置、空氣制動、車體6部分智能化檢修工藝與裝備，具體研究如下：

（1）應(yīng)確定各部件柔性化檢修新工藝流程，基于柔性化檢修新工藝流程及總體方案規(guī)劃的作業(yè)區(qū)域，設(shè)計貨車各部件檢修新工藝流水線；

（2）合理采用機器人、三維圖像立體測量等當前的先進技術(shù)方法研究檢修裝備智能提升技術(shù)方案，明確設(shè)備功能定位，確定貨車智能檢修裝備技術(shù)方案，提高檢修裝備的工作效率，提升檢修裝備的智能化、自動化水平，為貨車柔性化檢修提供支撐；

（3）研究貨車檢修裝備的信息化提升方案，包括研究數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)傳輸、信息化處理等內(nèi)容，實現(xiàn)設(shè)備自主檢測和數(shù)據(jù)自主上傳的功能，同時通過與MES系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息標準化、管理數(shù)字化，實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控覆蓋化。

3.2智慧工廠建模與仿真優(yōu)化技術(shù)

從“智慧工廠檢修過程優(yōu)化模型及算法、智慧工廠制造資源及布局模型庫構(gòu)建、智慧工廠檢修過程多用途可視化綜合仿真平臺”等3部分開展研究。智慧工廠建模與仿真優(yōu)化技術(shù)主要研究在構(gòu)建工廠工藝流程、物資配送、設(shè)備維護計劃等檢修過程優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，依據(jù)所構(gòu)建的智慧工廠制造資源及布局模型庫，并利用成熟的工業(yè)仿真技術(shù)對廠房及基礎(chǔ)設(shè)施、工藝布局、檢修流程、物料配送等進行模擬與仿真，通過仿真驗證智慧工廠規(guī)劃及運行的合理性，指導智慧工廠方案的動態(tài)優(yōu)化調(diào)整。

3.3基于制造執(zhí)行系統(tǒng)的檢修控制系統(tǒng)研發(fā)

研究基于MES系統(tǒng)的智能檢修控制系統(tǒng)，利用仿真系統(tǒng)模型建立覆蓋車間全壽命周期信息管理，通過MES系統(tǒng)結(jié)合虛擬模型對貨車檢修車間布局、貨車維修過程進行監(jiān)測、控制和全面管理，同時能主動采集檢修數(shù)據(jù)，并對其進行累計、篩選，將最優(yōu)數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)分析，實現(xiàn)生產(chǎn)全過程中在動態(tài)環(huán)境下精準的指揮和智慧的決策。

3.4智慧工廠一體化安全防護系統(tǒng)研究

根據(jù)不同檢修流水線各自生產(chǎn)流程，對智慧工廠中設(shè)備運行、操作過程中可能存在的安全風險進行評估分析，特別是針對廠區(qū)內(nèi)人身安全進行風險評估。通過先進的AI技術(shù)，利用視頻監(jiān)控實時采集檢修過程中的不規(guī)范行為并進行識別。一是對員工違規(guī)作業(yè)實時告警；二是在設(shè)備異常時，通過識別技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常狀態(tài)，消除安全隱患；三是檢測火焰、煙霧，防范工廠火災(zāi)事故，保護員工安全，保障工廠資產(chǎn)；四是對工廠產(chǎn)生的廢氣、廢料、污水等進行處理加工，排放要求應(yīng)達到相關(guān)環(huán)保部門的有關(guān)規(guī)定。整合以上資料，建立一體化安全監(jiān)控、防護系統(tǒng)。

3.5智慧廠房等基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)性建設(shè)方案

智慧廠房內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)可分為3層：感知層、傳輸層和應(yīng)用層。感知層主要是指帶有通訊功能的動力設(shè)備和傳感器，如空壓機、除濕機、溫濕度傳感器、壓力傳感器等。傳輸層主要是指廠區(qū)內(nèi)部署的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。應(yīng)用層是指設(shè)備、環(huán)境、能源的監(jiān)控平臺。

4關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1通過MES系統(tǒng)實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)

鐵路貨車檢修有廠修、段修、輔修等多種情況，車型種類及定制各異，工藝差異較大，物資零件繁雜，檢修追溯要求嚴格，MES系統(tǒng)[15]實施最直接的效益就是增強貨車檢修車間的可監(jiān)控性和對生產(chǎn)反饋的響應(yīng)程度，加大車間管理層對于整個檢修生產(chǎn)的掌握能力，提高現(xiàn)場調(diào)度智能化水平，同時可以大力提高生產(chǎn)效率，打通生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的信息通道，降低企業(yè)溝通成本，最終實現(xiàn)檢修車間提質(zhì)增效。

根據(jù)MES系統(tǒng)在企業(yè)中的作用，其藍圖框架規(guī)劃如圖1所示。

通過MES系統(tǒng)實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，統(tǒng)一調(diào)度和管控，并能夠?qū)崿F(xiàn)管理的可視化管控。同時將物流管理納入MES系統(tǒng)，對物流來源、物流配送分類、計劃來源、物料生產(chǎn)領(lǐng)用、物料檢驗、物料接收、物料標識、異常管理、生產(chǎn)退料和產(chǎn)出轉(zhuǎn)運等進行全面管理。

4.2通過BIM-GIS實現(xiàn)物流可視化管理

BIM-GIS[16-17]擁有強大的空間分析、數(shù)據(jù)集成、環(huán)境互聯(lián)、信息整合等能力，將地理位置信息通過圖像等信息有效的融合進物流施配、資產(chǎn)檔案中，并上傳至管理人員的手持設(shè)備中，為資產(chǎn)管理人員日常巡檢業(yè)務(wù)提供了極大便利，實現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)管理可視化、界限化管理。GIS軟件提供了強大、先進的三維可視化、分析和表面建模工具，可以有效的編輯和管理三維數(shù)據(jù)，實現(xiàn)從不同的視點觀察表面、查詢表面、確定視點可見性，如圖2所示。

4.3通過BIM系統(tǒng)實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

BIM是一種通過三維模型形象展現(xiàn)項目信息的信息管理模式[18-19]，包括建筑工程項目或其組成部分在策劃、設(shè)計、施工、運營的全壽命期內(nèi)所進行的各種運作過程產(chǎn)生的全部信息。將BIM模型作為數(shù)據(jù)載體，和MES系統(tǒng)進行融合、可視化提升，實現(xiàn)生產(chǎn)指揮三維可視化管理。除將本次新增設(shè)施的模型納入BIM管理信息中，另外考慮將既有設(shè)施的信息進行統(tǒng)計，將既有設(shè)施的模型同樣納入BIM中，以便于智慧工廠整體統(tǒng)籌管理。

5結(jié)語

基于全生命周期管理的智慧型貨車檢修工廠的研究從總體工藝方案出發(fā)，制定總體工藝布局、質(zhì)量管控模式、物流配送模式、新工藝流程節(jié)拍等，形成MES系統(tǒng)及仿真系統(tǒng)的初版輸入數(shù)據(jù)，并指導優(yōu)化智能檢修流水線工藝與裝備方案研究，開發(fā)一體化貨車檢修信息支撐平臺，提出智慧工廠一體化安全防護系統(tǒng)和智慧廠房等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的相關(guān)需求，將智能化貫穿貨車檢修工廠每一個流程架構(gòu)。

通過開展鐵路貨車智慧檢修工廠研究，利用工業(yè)仿真技術(shù)實現(xiàn)貨車檢修智能柔性作業(yè)、工藝流程可視化、在生產(chǎn)過程中工件自動檢測上傳、物料自動流轉(zhuǎn)配送、生產(chǎn)指揮系統(tǒng)自動排產(chǎn)等功能，為今后構(gòu)建出一個節(jié)能高效、綠色環(huán)保、安全舒適的智慧化、人性化檢修基地提供理論前提，對降低人工成本，提高生產(chǎn)效率，提升設(shè)備利用率，實現(xiàn)決策自動化等具有現(xiàn)實意義。

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（責任編輯：平海，蘇幔）