大型养路机械精益化检修可行性方案的研究

胡传亮，阎正义

(北京客运专线基础设施维修基地，北京 100070)

大型养路机械是用于铁路道床和钢轨等基础设施维修的大型铁道线路工程机械(以下简称大机)，它是铁路工务系统由人工作业走向机械化施工的重要标志。随着我国铁路高速、重载、轨道重型化的发展及客运专线的大规模建设使用，大机得到了广泛的应用。大机设备在应用中受系统多样、技术复杂、作业工况恶劣、设备磨损严重等自身因素影响，以及品种多、零配件供应困难等外部因素的影响，大机检修对大机施工影响很大。随着技术的进步，大机越来越复杂，越来越昂贵，其生产使用效能越来越依赖于保养和检修。铁道部历来重视大机检修工作，截止“十一·五”规划末，全路将投入30多亿元，用以建设6个客运专线基础设施维修基地(以下简称客专基地)，负责大机的管理、使用和维修。要实现大机设备检修的高效率、高质量和安全性要求，应该结合大机检修的现实情况，开展精益化检修。大机精益化检修以信息网络技术为平台，优化大机检修的方式方法，控制检修质量的全过程，将检修涉及的技术信息、管理信息、物流信息、资金信息汇集，有效提高大机检修的实效，保证检修的质量。路内外学者及研究机构以精益化检修为方向，在飞机、汽车等领域，取得了丰硕的研究成果，已广泛用于F/A-18战斗机和BMW汽车检修等多个领域。可以预见，精益化检修也能够为大机的检修工作提供巨大的帮助。

1 大机精益化检修的特点

大机精益化检修是以系统科学和可靠性理论为基础，以信息网络技术为平台，以大机专业理论、故障诊断、自动控制、远程监控、管理工程等科学技术为手段，以大机检修的方式、过程的优化为内容，以检修质量的全过程控制为主线，实现设备、场地、管控、检修人员、物资等多方面在技术信息、管理信息、物流信息、资金信息的汇集，实现大机整机、重要总成全寿命过程使用可靠性的最优控制，大机的精益化检修主要有以下特点。

1.1 检修体系网络化

大机的精益化检修要求参与检修的维修部门、检测部门、指挥调度机构、物资部门间建立有效的网络连接，使检修体系网络化。故障的发现、分析、判断，技术资料的查询，零配件的领用，各种检修生产计划、物资供应计划的拟订下达，都借助网络进行，使大机检修既准确又快捷，大大提高检修效率。

1.2 检修过程智能化

检修过程智能化是大机精益化检修的重要特点。检修过程智能化的技术基础主要包括便携式检修辅助技术、远程技术支援和故障智能诊断专家系统。

便携式检修辅助技术主要包括交互式电子技术手册IETM系统(以下简称 IETM系统)、便携式维修辅助计算机PMA(以下简称 PMA)。IETM系统摒除了查阅的纸质媒介技术资料的繁杂，直接操作硬件设备，通过跳转链接、工作导引等功能，简洁地找到各种技术参数和资料，提高了技术支持的效率。PMA是一种便携式的计算机，是人机交互式的维修工具，它可以显示技术资料、辅助故障诊断、维修监控和远程技术支持，提供检修记录存档、零备件提报、数据的上传和下载等功能。以上两种便携式检修辅助硬件设备能够有效提高工程技术人员现场检修的工作效率，并将检修一线和基地指挥调度连为一体。

远程技术支援就是通过计算机网络将施工现场、车间一线与基地的技术专家联系起来，当检修一线遇到疑难问题时，基地的专家对传输的图像、声音以及故障情况、设备技术参数进行分析研究后，通过网络将结论和解决方案传递给一线检修人员并对他们的工作进行实时指导。大机故障智能诊断专家系统将人工智能技术应用于大机状态检测和故障诊断维修，检修人员可以将故障情况描述、设备技术参数、检测数据输入专家系统，对设备故障进行智能诊断。

1.3 检修信息中心化

以信息技术、网络技术、计算机技术、智能技术为基础的大机精益化检修，从本质上改变了检修的组织、形态和思想。精益化检修变传统的树枝检修结构为呈扁平的网状结构，检修管控部门、设备物资部门与检修人员一样，均为网络上的平等节点。有检修需要时，各个节点在一定的检修规则下自主找出最佳途径，将故障采集与检修实施、后方技术指导、零配件资源的调配、检修控制管理等结合起来，实现多节点间的快速联动，提高检修的效率。

2 开展大机精益化检修的重点工作

2.1 建立大机综合检修保障信息系统

大机的检修分为基地工厂修理和施工现场抢修两种情况。工厂检修需要在确保质量、安全前提下将计划检修的项目按时间节点完成工作;施工现场抢修时，需要最短时间恢复使用功能，确保完成施工任务。同时如何提高检修人员的技术水平、及时获取检修保障信息、快速查找提供零备件都是急待解决的问题。针对这些要求，需要构建基于工位终端、便携式维修辅助计算机PMA的大机综合检修保障信息系统。大机综合检修保障信息系统主要由IETM子系统、检修保障培训子系统、远程管控与技术支持子系统、检修控制与保障管理子系统和智能故障诊断专家子系统5个子系统组成。

2.1.1 大机综合检修保障信息系统的物理拓扑结构

系统借助北京客专基地局域网络和 Internet网络，主体结构采用 B/S结构框架，并集合 B/S结构(Browse/Server)使用方便、功能界面丰富、C/S结构(Client/Server)界面操作强的优点。工厂的检修工人使用工位终端，通过基地局域网络、Internet互联网与大机综合检修保障信息主系统相连，与检修生产指挥调度部门、设备物资部门开展数据交流或接受技术支持。现场抢修人员使用的抢修指挥车配备车载终端、北斗定位装置和PMA，基地指挥中心能实时掌握抢修指挥车的准确位置。抢修人员使用车载远程终端通过无线通讯、Internet互联网与基地进行数据传输，获得远程技术支持。大机综合检修保障信息系统结构见图1。主系统为不同客户端定义不同的操作等级，实现不同的访问功能。

图1 大机综合检修保障信息系统结构

2.1.2 大机综合检修保障信息系统的功能

大机综合检修保障信息系统的五个子系统能够为基地工厂检修、现场抢修提供涉及检修所有环节的技术、管理支持，满足检修进度、质量保障、技术培训、材料供应等各方面的需求，为大机检修管理提供了方便、快捷、高效的平台。

检修进度管控方面:系统将某项检修工作以三维仿真的形式预先存储，检修人员每实际完成一个工作步骤，用鼠标记录一项，工位终端将此工位的检修人、实际工作进展定时上传，车间管控界面实时显示该工位的检修进展，管理者根据进展情况完成指挥调度。检修质量控制方面:系统结合实际工作的步骤进度，将拆装顺序、工装工具、工艺数据等影响检修质量的关键因素预先提示给检修人员。检修人员在预操作和实际操作中，出现组装顺序错误或技术数据错误，系统用重点闪烁的方式，及时显示出错信息，提示正确步骤和技术细节。系统还能够按工作步骤提示管理者对已完工的项目安排质检员进行检查验收，以保证检修质量。图2～图3是以09-32型捣固车捣固装置中的单耳外油缸体部件检修为例显示检修出错提示和组装进度情况。

图2 活塞杆组装出错提示

图3 活塞头组装完成时间显示

远程管控与技术支持子系统由远程抢修指挥车、远程终端、PMA及远程管控软件组成。基地调度中心通过指挥车装备的定位系统，实时掌握抢修人员、车辆的准确位置。抢修人员使用PMA对故障进行诊断，摄影摄像后将视频、照片通过远程技术支持子系统利用无线通讯传递至基地调度中心，接受基地调度的指挥或专家的技术指导。

检修控制与保障管理子系统提供检修管理和物资材料供应保障等功能。检修人员操作工位终端、PMA可以查询当日自身工号的检修任务或材料型号供应等信息，可以填写并自动生成包括检修记录报告单、用料单在内的各种检修管理信息。该子系统具备互联网络、有线、无线语音通讯方式，对语音通讯进行录音存储备查，可以给检修人员的PMA和手机发送文字信息。

2.2 建立交互式电子技术手册(IETM)系统

建立不同型号大机设备的检修用交互式电子技术手册(IETM)系统是大机综合检修保障信息系统工作的重要部分。IETM系统可以实现技术培训功能、技术资料的检索查询功能、专家支持系统的集成数据库等功能。例如:IETM系统能够在非现场环境下，用机械三维仿真形式，演示设备的内部结构、拆装顺序，配合透明化处理，系统可以将设备的液压、机械动作展示给使用者。IETM系统将检修用技术信息如文字、表格、图像、工程图形、视频、音频、动画等，按一定的结构和标准进行存储，可以提供跳转链接、工作导引等功能，检修人员能在查阅操作手册、维修大纲、维修作业指导书时对相关数据进行相互参引。便携式维修辅助计算机PMA是一种交互式的维修工具，工程技术人员携带它对大机进行检修时，PMA可以实现技术资料的显示、故障诊断、维修监控、远程技术支持、检修记录存档、零备件管理、数据的上传和下载，见图4～图5。

图4 透明化处理后的总成内部结构

图5 查询油缸零件型号

IETM系统结构采用基于主题的数据模型，即按照应用主题对大机设备的技术信息进行组织和分类，应用主题分为描述、任务、故障和零件四种。每种主题信息又由多个子信息包组成，子信息包中含有执行某一特定功能的全部技术信息，将主体信息的子信息包进行相关组合就可以构建用户需要的应用信息。例如，预查询进口09-32型捣固车捣固装置外油缸的型号、图纸、故障现象，可以按主体信息为“零件”中的子信息包“作业装置”，再输入“油缸”，按照检索清单找到该零件，选择“三维图像”后IETM界面确定一个结果。再交互查询“故障”，IETM的显示屏幕上不但显示该油缸的三维图像，而且文本对话框中还显示该油缸材料技术信息。

与大机检修有关的技术资料、图纸按照CALS标准，完成纸质手册和文档的精益化过程，形成IETM数据，标准数据导入导出功能实现了IETM信息数据的复用和共享。IETM系统标准数据制作过程如图6所示。

图6 大机检修用交互式电子技术手册数据转换流程

2.3 建立大机故障智能诊断专家系统

大机故障智能诊断专家系统主要由三部分组成:服务器端基于知识库的诊断专家系统、客户端基于Web的诊断咨询系统和专家知识库的维护管理系统。系统核心为基于知识库的专家系统主要由知识库、推理机、解释机和Web接口组成。知识库由规则库和事实库组成，规则库存放产生规则的集合。事实库存放事实的集合，事实包括现实的事实、中间结论、最终推理所得事实。它既有数据库管理和演绎能力，又能够提供专家推理判断等模糊智能模块。大机故障智能诊断专家系统结构见图7。

工位终端或远程用户通过浏览器向Web服务器发送故障现象描述和请求咨询的要求，服务器端的专家系统接受咨询请求，调用知识库，运用推理模块进行推理判断，将诊断结果发回客户端，实现故障智能诊断功能。

图7 大机故障智能诊断专家系统结构

3 开展大机精益化检修工作的几点注意事项

科学的工艺、必备的检修检验设备、相应技能的人员、完善的作业指导书是开展大机精益化检修工作的基础，还需要在系统设计、网络建设、软件开发、硬件配置、人员组织与培训等很多方面开展大量艰苦、细致的工作。开展这些工作时应注意遵循以下原则:

1)领导重视原则 大机精益化检修工作是大机企业全局性的系统工程。领导重视是完成这项工作的首要前提，如果没有企业高层领导的重视与挂帅，就不能落实相应资金，就不能充分协调好相关部门间的工作，精益化检修系统就只能是纸上的探讨和方案。

2)标准优先原则 大机精益化检修涉及系统开发、网络建设、软件开发、硬件配置等工作都需要用系统的观点和理论，优先确定各种标准。IETM系统、PMA系统的设计都需要依据相应的国家标准、铁道部标准。否则，提前研发的装备、软件与后续研发不能做到网络的互联互通、数据相互读取调用，整个精益化工作将陷入困境。

3)专家负责制原则 大机精益化检修的实现过程复杂，技术含量高，对涉及被检设备安全和系统功能的关键部件总成要有专家指导和把关，才能保证检修质量的可靠性。

4)持续改进原则 大机精益化检修是一项技术含量高、综合性强、学科交叉多、信息量大、参与人员多的系统工程，设备的种类在不断增加，功能在不断完善。随着技术的不断进步，需要对工艺、流程不断优化，使检修工艺更科学，检修过程更流畅，检修内容更丰富，检修质量更可靠。

4 结束语

大型养路机械是铁路工务系统先进生产力的代表，大机精益化检修是集检修过程控制、检修质量保障、通信指挥管理为一体的多任务信息管理平台，是大机企业提高设备检修管理效率的有效手段。它的建立、运行要经过大量艰苦、细致的工作，相信通过不懈努力，一定能建好、用好它。只有如此，部门才有执行力，管理才有控制力，大机企业才有核心竞争力。

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