轨道交通智能装配信息化云平台研究开发

高鸿林 黄 毅

（山东中车同力达智能机械有限公司，济南 250022）

轨道交通行业存在产品多品种、定制化的特点，在一些企业和检修段，生产批量很小，这制约了行业大规模自动化设备及生产线的应用。轨道交通车辆生产过程中涉及的大量零部件，其离散化的特点导致管理复杂。在设计过程中，由于车辆结构复杂，其需要多单位、多专业协同设计，导致管理控制难度大。同时，与此相对应的铁路系统企业整体研制和管理的信息化水平有待进一步提升。

在制造领域，欧美等发达国家已经经过制造业的机械制造时代、电气化与自动化时代、电子信息化时代，目前正在向智能化时代迈进[1-3]。2015年，我国也出台了《中国制造2025》发展规划，指出了轨道交通行业的发展现状，并提出了更高的发展要求。高铁作为中国制造的名片，更应在智能制造领域走在前列。

1 概述

智能制造有很多关键性的技术，如物联网、机器人、增材制造、云计算、大数据分析等[4]。结合这些技术的应用和轨道交通行业的特点，笔者认为，要打造轨道交通智慧企业，实现智能制造，需要经过很长时间的努力建设，这个建设过程可以分为以下几个阶段：要以数字化为基础，建设以数据为核心的企业信息中枢；在数字化基础上，推动核心工业软件平台化实施，实现企业的信息化；做好智慧企业顶层架构设计，实现企业的智慧化。以上三个阶段完全实现后，才能真正成为一个智慧型企业。轨道交通智慧企业建设思路如图1所示。

图1 轨道交通智慧企业建设思路

根据自身对实践智能制造、构建智慧企业的理解，结合轨道交通行业的特点，笔者进行了智能装配信息化的探索与实践，研究开发了轨道交通智能装配信息化云平台（简称平台）。

2 智能装配信息化云平台

智能装配信息化云平台将部件装配与智能化相结合，紧紧围绕智能装配这一主题进行开发建设，在未来的发展中，平台可以拓展到PLM全生命周期管理中，进行更多功能的探索与应用。如图2所示，平台开发了五大功能架构：作业中心、质检中心、监控中心、技术中心、数据中心。

图2 智能装配平台功能架构

2.1 平台功能介绍

2.1.1 作业中心功能

通过将现场人机设备引入系统中，降低用户的专业操作要求，在操作现场设计放置扫描枪、打卡器、报警灯、屏幕提示等，实现人机交互，用户只需按照提示进行操作即可。笔者设计开发了丰富的设备驱动模块，保证高精度扭矩控制、实现交互式人机指导，实现防错等功能。

2.1.2 质检中心功能

通过研究多级用户角色管理，严格质量管控，为装配提供可靠保障。目前，平台正在进行专家系统的开发，操作现场可以通过远程专家系统进行咨询，专家也可以通过平台进行生产质量分析，为生产过程提出修改意见。

2.1.3 监控中心功能

通过搭建远端服务器或云平台，实现多种方式的设备状态监控，软件采用B/S架构，支持多用户同时登录，可以实时查看现场的生产状态、报警信息等。

2.1.4 技术中心功能

开发远端工艺编辑与任务下发管理功能，技术人员可对服务器端工艺进行编辑、修改、审批等操作，现场工艺人员甚至可以通过手持设备进行工艺编辑，平台通过SPC分析等大数据分析手段可以将分析结果应用于设计中，为车辆技术设计提供支撑。

2.1.5 数据中心功能

所有功能的核心都是围绕数据中心的建设，装备现场的生产数据存储到远端云平台，平台提供多种的数据分析手段，可以对数据实现趋势预警、导出等操作，以大数据为装配生产提供平台支持。

2.2 平台功能框架

平台功能框架借鉴制造行业信息系统五层架构理论，针对轨道装配的特点，设计了功能框架。在传感执行层面，将现场的人机交互设备纳入系统中；在基础自动化层面，通过自动化控制设备，实现设备的控制与联网；在过程控制控制层面，通过工业以太网将所有设备进行联结，实现数据采集和远程控制；在制造执行层面也就是车间MES功能层面，通过专用软件实现计划、排产、生产等全过程控制；在管理办公层面，做好与专业软件ERP、CRM等的对接，为生产决策提供支持。

2.3 应用案例

根据轨道交通行业生产的现状，平台为用户搭建了网络系统架构，如图3所示。它的特点是：工厂内使用无线方案，不改变生产架构与习惯；搭建远程数据库，为轨道交通系统提供大数据支持；在各路局路段，可以与运维数据系统相结合，为车辆运营提供全运行周期数据支持。

图3 应用案例功能框架

目前，这套系统已经进行了一系列的应用与推广，在中车公司方面，与长客股份、唐客股份开展合作与探索应用。在铁路总公司方面，与济南车辆段、青岛动车段、沈阳动车段等展开合作，在机车动车检修领域拓展平台的应用。

3 平台及轨道交通智能制造的发展趋势

智能化系统的管理层面，是专业软件公司的业务领域，如人们熟知的SAP、金蝶、用友等ERP软件厂商，智能装配信息化云平台在这一层面做好系统的应用接口，平台的研究重点在于车间层面、MES制造执行系统以及与之相关的扩展应用。

平台通过建设与发展，为轨道交通行业实现智能化发展目标提供支持，真正实现人机料法环。将操作工人纳入系统中，可以实现对工人的考勤管理、资格权限管理等；将设备纳入系统中，可以对设备生命周期管理、管理工具进行维护；通过大数据分析、防错手质量控制手段的实施，提高车辆的运行安全；智能化很重要的一环是仓储物料的管理，目前笔者已经开展智能物料系统的研究应用，今后可以将这些纳入平台中，为制造管理服务，实现生产的闭环控制。

平台建设实施，可以助力轨道交通智能化制造，在行业智能制造产业链中，能够在工厂车间范围内为轨道交通系统服务，为轨道交通的发展提供数据支撑。

[1]工业4.0工作组.德国工业4.0战略计划实施建议（上）[J].机械工程导报，2013，（7）：23-33.

[2]工业4.0工作组.德国工业4.0战略计划实施建议（中）[J].机械工程导报，2013，（10）：20-30.

[3]工业4.0工作组.德国工业4.0战略计划实施建议（下）[J].机械工程导报，2014，（1）：31-45.

[4]张曙.工业4.0和智能制造[J].现代制造，2014，（1）：24-25.