地铁车辆高速断路器检修过程管控系统研究

李 威，张陆军，刘神智，梁双庆，杜东伟

（1.北京市地铁运营有限公司运营四分公司，北京 101300；2.北京市地铁运营有限公司地铁运营技术研发中心，北京 102209；3.北京合圣凯达轨道交通设备有限公司，北京 100176）

1 引言

近年来，随着经济不断发展，我国城市化速度加快，城市人口流动比重提高，交通压力增加。地铁以其运量大、快速、准时等优点逐渐成为市民出行的首选，在缓解交通压力上发挥着越来越重要的作用。地铁设备检修有利于提高地铁的运行性能，减少或避免地铁安全事故，有效地保障市民安全出行，缓解交通压力。因此，地铁设备检修已成为保障地铁安全稳定运行的重要举措。

随着城市轨道交通事业的发展，地铁客流量及运营线路不断增加，地铁设备检修工作量加大，检修周期缩短，检修节奏加快。但是，目前的地铁设备检修大多还是采用相对传统的人工作业方式，作业过程中缺乏实时在线指导，工艺标准化也有所欠缺，检修过程质量管控和保障手段不到位，检修质量对于人员熟练度依赖较强，而且车间现场多采用纸质产品履历和质量跟踪记录卡来跟踪和追溯检修质量，存档以及后期的质量追溯均有不便。因此，有必要探索一种面向地铁设备检修过程的质量管控方法，提高检修质量和效率，确保地铁运营安全。

2015年，国务院审议通过“中国制造2025”战略。“中国制造2025” 强调信息技术与制造技术的深度融合，以信息化与工业化的相互促进，努力打造新一代智能工厂，实现智慧生产。智能工厂建设的核心是制造执行系统（Manufactoring Excution System,缩写为MES）。有文献介绍智能工厂体系下的MES构建与应用情况、离散型企业实施和应用MES系统的方式和手段、MES系统在高速列车轴箱组装线上的生产过程监控、人员管理、设备状态管理、物料管理等。MES系统能够帮助企业实时采集现场数据，实现生产过程控制、产品质量管理、项目看板管理等，提高企业制造执行能力。运用信息化手段进行过程质量管控势必成为地铁设备检修行业的发展大趋势。

综上所述，针对地铁设备检修行业面临的诸多问题和挑战，本文以某公司地铁车辆高速断路器检修过程为研究对象，利用生产信息化技术，设计一种面向高速断路器检修过程的管控系统。通过应用管控系统，实现对高速断路器检修过程的智能管控，提高地铁车辆高速断路器的检修效率和检修质量。

2 地铁车辆高速断路器检修流程分析

2.1 地铁车辆一般检修流程

地铁车辆一般检修流程如图1所示。

图1 地铁车辆一般检修流程

（1）入厂检测。入厂检测是在检修前对产品进行外观拍照、外观检测和功能试验，同时需记录功能试验中产品的相关试验数据。

（2）拆解。根据作业指导书拆解产品。拆解下来的零件，达到服役寿命的直接作报废处理；未达到服役寿命的，放在物料托盘中，后期装回产品上。

（3）清洗。使用洗涤剂和清洗设备对拆解的零件和产品外壳进行清洗。

（4）过程检。在清洗之后、装配之前，质检员检查全部未达到服役寿命的零件，敲定需要报废的零件和可以继续使用的零件。

（5）拣料。物料配送人员根据过程检生成的需更换零件清单配送物料。

（6）装配。按照装配作业指导书完成产品组装。

（7）出厂检测。按照试验指导书对装配好的产品做整机功能试验并拍照。若试验通过则放行，若试验不通过则呼叫质检人员进行质量分析及记录。

2.2 存在问题

以检修质量为切入点，运用“5W1H”方法，即从人、机、料、法、环、测6个维度，详细分析高速断路器检修过程及其所处检修环境中存在的问题。具体问题项如图2所示。

3 高速断路器检修过程管控系统设计

3.1 检修过程管控系统架构设计

基于高速断路器检修过程，针对过程中存在的纸质化程度严重、过程质量管控较弱、对人员经验依赖性较强和信息追溯不便等问题，设计面向地铁车辆高速断路器检修过程的管控系统，地铁车辆高速断路器检修过程管控系统（以下简称“管控系统”）由4层架构组成，分别是：硬件层、功能层、参数化配置层和检修知识层，如图3所示，图中RFID为射频识别。

（1）硬件层是指在高速断路器检修过程中的各个环节支撑作业管控系统实现智能管控和事后追溯的信息化硬件设备。

（2）功能层，即管控系统应具备的功能，包括：目视化管理，拉动式配送和自动化防错3个主要功能。目视化管理是将检修过程中需要监控和读取的信息显示在系统界面，使作业人员和管理人员快速了解车间和执行过程的关键信息。拉动式配送是指作业管控系统采集各个检修工位的物料更换需求和配送需求，并发送给物料管理人员进行物料分拣和配送。自动化防错是指系统根据检修知识对实际作业过程中关键节点建立的约束关系，防止人工装配过程中发生疏忽等错误。功能层将分成上层信息管理平台（主要面向车间管控层）和底层工作单元（主要面向车间执行层）2部分进行规划。

图2 高速断路器检修过程存在问题

图3 高速断路器检修过程管控系统架构设计

（3）参数化配置层是指将检修过程中需要使用的物理资源和信息资源按照工艺路线—工序—工步的形式进行关联和匹配，形成支撑检修过程的结构化信息表达。

（4）检修知识层是指检修过程中所需要使用的人、机、料、法、环等实体制造资源和虚拟制造资源。

3.2 检修过程管控系统硬件架构规划

如上所述，硬件层是支撑管控系统的重要部分，管控系统的信息采集、实时监控跟踪和信息追溯等功能的实现均需建立在信息化基础设施或硬件的基础上。基于管控系统的架构规划（图4），管控系统的硬件架构规划可被分为2层，第1层为车间执行层，第2层为车间管控层。

（1）车间执行层负责检修过程业务活动的执行、管控以及检修过程的数据记录和采集，所以车间执行层的硬件架构需要对检修过程中的工艺流程、物流运输流程和信息采集流程提供有效的支撑。车间执行层硬件设备包括终端设备、工位一体机、扫码枪、条码打印机、智能工具盒、人员身份授权设备、计数扭力枪、工位生产异常控制系统（Andon）、线体电机和线体传感器、电子标签拣选系统（DPS）标签控制器、DPS电子标签、电压传感器、电流传感器等。

（2）车间管控层主要帮助生产管理人员完成对车间执行层中检修作业的管理，进一步提升检修过程的管理水平。车间管控层的硬件设备主要有：用于管理生产过程数据的生产服务器，用于打印产品条码和生产报表的产品条码打印机和打印设备，用于执行检修过程中信息发布、检修计划制定、检修谱系追溯、质量管理的PC终端设备，用于实现管理透明化和信息发布的可视化屏幕，用于查看检修过程数据的平板电脑等。

4 检修管控系统实现及验证

基于上述设计，开发了地铁车辆高速断路器检修过程管控系统，如图5所示。

图4 硬件架构规划

图5的右边为系统所在现场环境和相关硬件设备。为实现检修过程信息的采集，硬件设备方面部署了触控一体机、条码扫描枪、条码打印机、可编程逻辑控制器（PLC）等。

图5 管控系统界面及现场实施

图5的左边为管控系统的软件实现，主要分为两大部分：①上层信息平台，主要是完成物理资源及信息资源的基础信息建模与组态配置，并在此基础上支撑上层平台里其他具体应用模块及底层工作单元的功能实现；②底层工作单元，主要用于指导和完成产品检修流程中入厂检查、拆解、清洗、过程检查、拣料、装配、出厂检查等检修作业。

5 结束语

本文在“中国制造2025”大背景下，以某企业地铁车辆高速断路器产品为研究对象，分析其检修流程及检修车间生产现状，在此基础上，结合信息化等技术，设计了一种面向地铁设备检修过程的管控系统。通过检修管控系统的应用实施，提升地铁设备检修过程信息化水平和管控力度，减少检修作业对人员的依赖性，提高检修产品质量和检修效率。