铁路客车智慧轮轴检修生产线技术研究

余士顶，王吉勇，黄永华

0 引言

当前铁路正处在一个变革和创新的时代，物联网、大数据、云计算等信息技术发展迅速，公司制新体制下，市场主体地位全面确立，也面临着新的变化、新的要求。原有的一系列生产模式将被更新、更先进的模式所替代，这一新技术浪潮也不可避免地对传统意义上铁路客车轮轴检修模式提出挑战。

目前，全路在用的铁路客车轮轴检修生产线，存在无法采集检修信息或采集的信息只能以信息孤岛的形态存在等问题。信息处理采用人工操作、纸质记录的方式，工作烦琐且数据抄录时间长，工作效率低。生产线上的部分数字化设备采集的信息无法实现数据处理，人员、设备及轮轴各部件的信息无法采集、操控。因此，有必要开展铁路客车智慧轮轴检修生产线技术研究，实现铁路客车轮轴检修生产线的数字化和智能化，才能真正实现强基达标、提质增效的目标。

1 研究方案

1.1 研究目标

（1）检修质量可追溯：通过对轮对、轴承激光刻印二维码及对零部件油墨喷印二维码，建立轮轴各部件一一对应的识别身份码，从而在检修全过程将作业人员、信息数据采集与轮轴各部件识别码绑定，实现轮轴各部件全生命质量追踪[1]；

（2）过程管理规范化：所有作业人员必须按流程作业，实现下一工序对上一工序的监督和卡控，出现作业过程异常时系统自动报警[2]；

（3）提高工作效率：通过智能检测技术、无纸化操作，依据物联网技术形成的轮轴各部件检修数据域实现智能选配，可提高工作效率；

（4）数字化、智能化与智慧化：通过CCD、二维码、物联网、云计算等技术实现轮轴各部件检修过程的实时自动监控、信息自动采集、自动分析处理，达到优化生产线流程、规范化作业流程和管理、提高检修质量和职工业务素质的目的，并预留对外输出接口和协议，实现与其他管理系统的对接。

1.2 研究内容

（1）研发轮轴检修过程智能管理系统，实现轮轴检修质量可追溯、检修过程管理规范化，提高检修工作效率，实现轮轴检修数字化与智能化，以及检修作业完成后系统可对检修结果进行查询和打印轮对卡片（车统—51K3）等44张轮轴检修记录。

（2）对在用的机械式轮轴检修计量器具，如轮径尺、内距尺等铁专计量器具，进行数显和蓝牙传输技术革新，实现计量器具的数字化及无线传输[3]。

（3）对在用的需人工判断检修故障的轮轴检修设备（如手工超声波探伤仪）及试验设备（如磨合试验）等，进行智能化改造，实现现有设备的视频监控及互联网+智能检测（包含智能自检和对轮对轴箱的智能检测）等智能辅助作业功能。

（4）实现检修生产线流程优化和检修规程的完善。通过程序软件对轮轴检修过程智能管理进行深入分析，实现轮轴检修作业流程优化，还可以为轮轴检修的智能化管理和作业指导书及规程的修订完善提供数据支持和经验分析。

1.3 关键技术

1.3.1 CCD视觉检测技术

采用CCD视觉检测技术（见图1），将轮对固有信息如轮对型号、轴号、车轴信息（材质、制造单位、制造年月）、车轮信息（材质、制造单位、制造年月、制造标记）、轮对首末次组装单位和日期等信息按照一定的编码规则自动录入到数据库，代替人眼识别、手动录入数据库的作业，极大地减轻了作业人员劳动强度，并避免人为输错等问题的发生。

1.3.2 激光二维码刻印和扫码技术

通过激光打标机的软件自动从数据库中读出要生成的二维码信息，通过软件自动生成二维码并刻印在轮对轴端固定扇区，形成每个轮对唯一的终身不变的识别信息，轮轴检修的各工序通过二维码扫码技术将其检修信息“绑定”，达到轮对与检修信息的一一对应。

1.3.3 高精度无线位移传感器技术

通过采用高精度无线位移传感器，代替原来的机械表，实现测量数据的自动化收集，并且提高了检测精度，既减轻了人工劳动强度，又避免了人为输错问题的发生。

1.3.4 物联网技术

通过运用物联网技术，将轮轴检修各工序的检修信息自动收集汇总至服务器数据库，形成轮轴各部件物物相连的域，达到各检修工序信息共享、远程访问的目的。

1.3.5 云计算技术

运用云计算技术对汇总至服务器的数据进行分析运算、分类管理，自动生成轮轴检修各类报表，通过对检修数据的分析判断，优化轮轴检修作业流程，分析轮轴检修要求合理性。同时可对待检修零部件检修要求进行提前预判，达到提质增效的目的。

2 铁路客车智慧轮轴检修生产线技术构架

2.1 基本构架

铁路客车智慧轮轴检修生产线构架由信息采集层、运作操控层和领导决策支持层等三大部分组成（见图2），管理系统由硬件系统、软件系统和服务器等部分组成。

图1 CCD视觉检测技术功能框架

（1）信息采集层。利用视频监控、二维码技术、各种传感技术，进行轮轴检修各种数据和事件的实时测量、采集、事件收集、数据抓取和识别。

（2）运作操控层。对采集到的数据和事件信息进行加工处理后，按照作业流程建模编排事件信息处理，自动选择应对措施，通知相关人员按工作流程处理，保留历史信息，实现查询、网络设备监控等。

（3）领导决策支持层。相关管理人员可进行信息查询与监控、作业流程进度可视化监控、历史数据分析及轮轴检修作业流程优化。为轮轴检修的智能化管理和作业指导书及各种规程的修订完善提供数据支持与经验分析。

2.2 硬件系统

（1）CCD字符识别装置。CCD字符识别装置由高精度工业级CCD相机、数字光源控制器、专业的图像处理软件、工业计算机以及其他附件构成。

（2）二维码识别器。二维码识别器采用专业针对金属二维码的扫描枪，识别率高、反应快。

（3）轮轴检修移动工作站。由移动小推车、扫码枪、UPS电源、工业一体电脑、无线数传模块等部分组成。

（4）轮轴检修测量装置。由移动小推车、UPS电源、工业一体电脑、无线数传模块、扫码枪、高精度位移传感器、专用检具等部分组成。

（5）服务器。采用高配置工控机、大屏幕触摸显示器，内装SQL server2012数据库软件和轮轴智能管理系统软件，采用千兆无线网络连接，保障数据访问的流畅性。

2.3 软件系统

软件系统包括服务器系统、数据库系统、终端嵌入式软件系统和操作系统。服务器操作系统采用Windows7旗舰版操作系统，内装SQL Server2012数据库。客户端采用Windows7操作系统和嵌入式软件。

图2 铁路客车智慧轮轴检修生产线技术构架

管理系统采用C/S构架，在.net框架下采用C#编程语言开发，软件的通用性强，可在任何Windows环境下运行，通过采用Web Service技术，能使得运行在不同设备上的不同应用软件无须借助附加的、专门的第三方软件或硬件，就可实现相互交换数据或集成，极大地降低了与第三方软件数据交互的耦合性。

3 实现功能

3.1 轮轴检修过程智能管理

具备CCD智能识别字符信息功能、激光打码功能，在每条轮对打上与轮对信息一致的二维码，轮对检修全程可通过二维码将相关检修数据关联起来，使得整个检修过程处于可控状态。将之前“人工观察、人工记录”的旧有模式变更升级为“人工观察、二维码读取、菜单式确认”的数字化采集模式。

使用高精度的光栅位移传感器和数字化测量仪器自动采集测量结果的方式代替原来的机械表人工读数手动抄录的方式，提高轮轴检测精度，避免录入错误，实现轮轴检修信息的自动采集和选配。

3.2 计量器具的数字化及无线传输技术革新

通过使用数显千分尺、轮径尺等和无线传输技术相结合，实现测量结果自动采集管理，可与之前的轴承检测结果通过智能分析软件实现精准选配，更实现了零部件的智能选配。

3.3 在用轮轴检修设备信息化改造

通过对原来注油设备的数字化升级改造，使每套轴承的注油量可实现实时追踪和查询。系统采用伺服闭环电控系统和高精度油脂流量计对注油量进行在线换算，达到精确控制注油量称重的目的，并通过无线传输装置和物联网技术实时把轴箱的实时注油量传送至服务器。

对在用的需人工判断检修故障的轮轴检修设备（手工超声波探伤仪）及试验设备（磨合试验设备）进行智能化改造，实现现有设备的视频监控及互联网+智能检测（包含智能自检和对轮对轴箱的智能检测）等智能辅助作业功能。

3.4 检修生产线由智能化向智慧化迈进

通过软件程序对轮轴检修过程智能管理进行深入分析，可实现轮轴检修作业流程优化，还可以为轮轴检修的智能化管理和作业指导书及规程的修订完善提供数据支持和经验分析。

4 结束语

主要针对铁路客车智慧轮轴检修生产线进行技术研究，引进二维码、CCD技术、无线传输技术及物联网和云计算技术，设计信息采集层、运作操控层、领导决策支持层等系统构架，研发轮轴检修过程智能管理系统，使铁路客车轮轴检修生产线成为智慧轮轴检修生产线。根据客车轮轴检修实际需要，今后可进一步完善客车轮轴检修生产线智慧管理方法，提升轮轴检修手段。