城轨车辆架大修“智慧车间”应用与探索

2022-02-25闫栋，刘涛

现代城市轨道交通 2022年2期

闫栋，刘涛

（合肥市轨道交通集团有限公司运营分公司，安徽合肥 230092）

1 引言

城市轨道交通车辆是城市轨道交通（以下简称“城轨”）系统中的关键设备，为确保车辆正线安全、平稳运行，需要对车辆进行检修与维护，而车辆架大修则是车辆预防性维修中较高级别的修程，相比于日常检修，车辆架大修具有检修范围广、程度深、工艺复杂、技术要求较高等特点。工业4.0和“中国制造2025”的提出，以及城市轨道交通协会2020年3月印发的《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》，为城轨车辆智能运维指明了方向。

随着移动互联网、工业物联网、工业大数据、云计算、智能制造等新技术、新产品不断涌现，以信息技术与制造技术深入融合为特征的智能制造模式正在引发制造业的深刻变革。为迎合新一轮制造业转型升级和可持续发展的长远考虑，合肥市轨道交通珠江路车辆段在筹备之初即以“智慧车间”为目标，构建架修维修智能化系统。以装备信息化、智能化为基础，应用智能架修装备管理系统控制厂房内的架大修各个工序设备作业运行；通过信息化手段建立车辆管理模块，实现车辆、部件、维修的线上管理，提升车辆架大修的智能化、信息化水平；通过对智能化系统维修数据的积累和分析，可以不断改进优化城轨车辆的修程修制、检修工艺和检修流程，进一步提高车辆检修效率，降低运维成本。

2 智慧车间

“智慧车间”由智能装备、识别系统、量值检修设备、无线智能工具、终端设备、电子看板等硬件组成，通过车间搭建的弱电系统实现数据交互，最终在信息化平台上实现车间自动化、数字化和信息化管理。此外，通过Plant Simulation软件建立架修车间模型，分析优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链，根据架大修生产计划，实现生产效益最大化。

3 硬件系统

3.1 智能装备

根据合肥市轨道交通珠江路车辆段架大修车间的工艺布局、架大修自主维修范围，将检修车间划分为列车总装工区、车体工区、部件检修工区、转向架工区、轮轴检修工区和辅助工区，并根据检修工艺进行智能装备配置。

车间以转向架检修线、轮轴检修线2条检修生产线为代表，为最大程度减少作业人员，装备了大量自动化设备，为智能化车间提供硬件基础。信息化平台根据生产任务下发标准作业工单至智能装备管理系统（IMES），系统依照工单内容驱动设备进行自动上下料和检修作业，并在作业完成后将数据反馈至信息化平台，从而实现对设备的智能化控制和管理，提升作业效率。

3.1.1 转向架检修生产线

转向架检修生产线（图1）由悬挂式转向架检修线、构架自动清洗设备、自动导引运输车（Automated Guided Vehicle，AGV）以及部分辅助设备组成，可结合现场的生产需求实现构架的自动转运、自动清洗以及检修物料的自动配送。

转向架检修生产线应用如表1所示，通过均衡的生产规划，将工艺进行多工位均衡分解，检修效率较传统模式提升约3倍；检修生产线通过空中输送和自动调度的方式，能同时满足多检修工位的构架流转，可有效减少起重机特种作业。

表1 转向架检修生产线应用

3.1.2 轮对检修生产线

轮轴检修工区是转向架构架和轮对分离后的轮轴检修作业区域，主要工作包括轴箱体拆卸、轴承退卸、轮轴清洗、荧光磁粉探伤、超声波探伤、轮对测量、轮对镟轮、车轴涂装、轴承压装及轴箱安装、轮对跑合试验等。轮对检修生产线（图2）由轮对自动输送线、固定式磁粉/超声波探伤机、轮对尺寸自动测量机、车轮车床、轮轴涂装机器人等自动化设备组成，生产线通过轮对输送线将各个设备进行串联，实现轮轴的半自动化流水检修作业。

轮对检修生产线应用如表2所示，自动化设备配合信息系统可实现轮对的接力流转及轮轴的自动上下料，人员进行辅助操作与判断，有效提升作业效率。通过尺寸测量机、车轮车床等设备进行数据采集，并利用信息化手段进行数据分析，进而实现轮对经济镟修指导。

表2 轮对检修生产线应用

3.1.3 智能架大修线装备管理系统

车间内的自动化设备通过智能架大修线IMES系统进行管控，IMES系统作为架大修设备控制及管理的重要支撑系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，对联合检修库各工区设备进行远程监视和控制，以实现车辆检修生产管理、设备状态监视和诊断、数据接收采集、数据处理、数据存储和上传、数据结果统计分析等功能。IMES系统接收并执行架修维修执行智能化系统下发的车辆检修生产任务，实现联合检修库车辆生产检修、过程管理、质量卡控、监督信息。IMES系统具备设备运行状态管理、完工状态管理、开工状态管理、现场作业实时监控等主要功能，其构架如图3所示。

3.2 识别系统

识别系统包括射频识别技术（RFID）标签、RFID识别器、条码打印机、手持终端等，架大修车辆在拆解后，根据部件材质、大小，粘贴RFID标签或二维码，对部件进行唯一的数字化编码，实现部件在检修全过程中的状态监控。此外，车间内的设备、工位终端等均安装有读卡器，通过员工卡进行权限管理和工时记录。

3.3 量值检修设备

量值检修设备包括量值检修工作台、扭矩工具等，可实现工位的数据采集与标准化作业，具备扭矩扳手状态检测、作业数据自动传输、作业数据与工艺标准值自动校核、作业工单自动填充等功能。

3.4 无线智能工具

车体车门工区配置具备数据无线传输的游标卡尺、卷尺等测量工具，通过蓝牙或WIFI与智能化系统连接，可实现车门调整等作业的数据自动录入、状态判定，进一步提升作业效率。

3.5 终端设备

车间使用的终端设备主要有手持平板电脑（PDA）及工位终端，手持PDA具备扫码、RFID读取、拍照/录像、录音等功能，可查看检修计划、调度信息、检修过程记录，并完成检修派活、领活、交活、验收及关键部件的上车、下车、出入库、检修记录上报等检修管理功能。

终端设备作为现场作业结果填报及资料信息查询的工具，通过工位终端可统一对人员进行调度指挥，并对车辆的检修计划、检修作业进度、故障接报、事件处置、物资信息、部件检修、成本费用等进行可视化展现。系统将作业任务派送给工班及作业人员，作业人员通过工位终端接收作业任务，填报作业信息，作业完成后系统自动上传现场设备的作业结果及测量数据。

3.6 电子看板

车间内各生产线和工区均安装有电子看板，以图形化的方式展示生产线/工位当前的作业清单、作业状态、报警信息、安全联锁信号、部件信息等内容。生产调度中心（MCC）内设置有车间级看板，显示车间电子地图，展示内容有部件位置信息、部件作业信息、维修进度实时状态、维修数据实时统计分析图/表以及库内视频监控等，实现车辆架大修的可视化管理。

3.7 其他设备

车间内还大量使用物联网智能设备，如智能物料柜、智能工具柜、物联网水表、电表等。智能物料柜可以自动反馈物料实际使用量，统计物料库存信息及预警；智能工具柜可实现工器具自助借用、归还管理；物联网水表、电表可实现对车间能源消耗的统计。

4 弱电系统

弱电系统是“智慧车间”不可或缺的部分，弱电系统包括视频监控系统、无线系统、门禁系统、员工培训系统，为整个智能化系统提供信息传递、交互的数据通道。

车间网络架构采用核心层、汇聚层、接入层3层架构，汇聚层通过光纤连接到核心层，每个子系统数据除摄像头采用光纤以外，其余均通过网线接入交换机，进而通过光纤转发至汇聚层，网络拓扑图如图4所示。

视频监控系统可实现车间内视频监控全覆盖，为车间标准化作业管控提供便捷；车间内实现无线全覆盖，为后期增加的无线智能设备接入提供网络环境。

5 信息化平台

信息化平台通过对架修人员、车辆履历、设备及工器具、物料、作业指导技术资料等要素进行智能管理，实现架大修计划编制、人员调度、设备及物料跟踪、委外管理、质量控制等信息化管理，以提高生产效率，做到结果可输出、可统计，过程可监控、可追溯，故障可预测、可预防。

信息化平台可实现车辆架大修生产过程的人员信息管理、维修计划管理、生产执行管理、设备管理、维修工艺/流程管理、物资管理、委外管理、量值检修管理、质量管理、车辆架修履历管理、综合统计分析、检修库可视化、培训考试管理、文档管理、终端管理、移动应用管理等功能，其构架如图5所示。

信息化平台可实现对车辆架大修过程“人、机、料、法、环、测”各个方面的全面管控，如表3所示。信息化平台围绕车辆架大修资源和检修计划，为车辆段及架修中心提供管理标准和决策手段，为优化车辆架修生产工艺、流程标准提供依据。同时，通过对现场车辆全维修过程信息的实时与无纸化采集，实现管理的有序化和精细化，实现对车辆检修质量的严格管理、车辆检修生产计划的严格管控，从而最大限度地保证和控制车辆检修质量和进度。