铁路货车轮轴智慧检修设计的几点思考

苗旺龙，苏军，李木存，陈银山

（1.国能铁路装备有限责任公司陕西分公司，陕西 榆林 719316；2.重庆正而奇数字技术有限公司，重庆 400707）

1 铁路货车轮轴智慧化检修需求

通过对全国车辆段货车轮轴检修现状进行调研发现，目前国内在货车轮轴检修工艺和管理等方面，都存在有新技术应用和业务管理上的痛点，在检修过程全线设备自动化和检修过程管理信息化方面，和行业内世界先进水平以及行业外智能制造水平，都存在巨大差距。

如何设计铁路货车轮轴智慧检修方案，建造轮轴智慧检修车间，全面实现取缔人工作业的自动化检修过程，实现智慧检修的总体目标，就需要进行全面深入地思考和研究。

各车轮车间分布在不同的基地，建厂运行时间、检修条件和设备水平有明显的差异，因此轮轴检修智慧车间项目建设，不仅需要具有世界最先进的技术水平，还需要具有较强的针对性和可实施性，更需要和现有检修生产过程保持无缝联接和切换。因此无论从技术上和工程实施管理上，都是一个比较巨大的系统工程，需要全面细致的研究，本文就轮轴智慧化检修的课题研究给出几点思考。

2 智慧化战略规划指导

货车轮轴检修，受限于各工位测量、检修、加工等设备的独立操作模式的限制，智慧检修的目标，很显然首先要从对这些设备的联动操作改造着眼和入手，完成机器替代人工操作，解决作业流水线自动化问题。

但是轮轴智慧检修的核心是智能化，需要从智能化的角度，对整个检修过程进行自上而下的从宏观到微观的规划设计，不仅要涉及到设备联动自动化，也涉及到检修的整个业务管理能否充分发挥检修线的效能（如部分车辆段投入的智能库处于停用状态），检修的质量控制能否在检修线中真正体现，以及是否支持未来状态修的需求等。

所谓的智能化，是基于设备自动化和信息数字化的基础之上，智慧车间应对各种正常、异常以及更高需求场景下的整体应对能力。所以，智慧检修需要采用自上而下的战略规划指导，针对各种检修场景，定制出最高端的智能化标准和方案。

3 国内外智慧制造方案借鉴

货车轮轴检修是一个比较专业和单一的系统过程，不同于行业外其他典型的智能制造过程，后者无论是原料的多样性、工序的复杂性以及用户对产品不断变化的需求，都对市场竞争具有高度依赖性，因此行业外加工制造生产类企业，在智慧化方面，发展得更快、应用得更深入，表现在制造资源控制、现场运行监管、物流过程管控、生产执行跟踪、质量工作监督、生产绩效统计及新产品优化设计等方面，都有完善控制模式和技术平台。这些都为货车轮轴智慧化检修设计，提供了很广泛的借鉴参考。

货车轮轴检修的设计，就需要具有开放的思维，吸纳不同行业的智能制造的先进技术和方案，结合货车轮轴检修的特点，为我所用。

货车轮轴检修有关的技术服务和专业设备厂家，多年来在局部技术领域，也研发出了先进的技术成果，并在轮轴检修过程中得到应用，但由于没有全线联动贯通的设计，各工位仍需要大量的人工参与，独立操作，联动功能无法发挥作用。因此智慧检修的课题，提供了一个很好的契机，联合有专业经验的技术厂家，把这些设备进行系统化的通盘考虑和集成设计。

目前国内还没有实施这样案例的总体设计公司，因此需要集中工厂智能化厂家、轮轴检修设备厂家以及轮轴检修专家进行联合攻关，并积极学习具有轮轴检修实施案例的国外公司的技术经验，借鉴引入参与到设计中来，使得我国货车轮轴检修水平，达到和超过世界一流水平。

例如西班牙Danobat公司在澳大利亚建立的铁路货车自动化维修工厂就是一个很好的案例。该项目是为矿业企业必和必拓公司( BHP Billiton)提供的全自动数字化货车及轮轴检修线，每28分钟完成一辆货车进车、拆卸、维修和重新装配的维修。整个工厂是一个复杂的制造系统，包括用于检测和拆卸的主线、一个转向架维修车间、一个车轮维修区和一个车体修型车间，包括所有工件的检测和每个部件在制造过程中的信息报告。智能数字化系统完成整个维修过程和车间内全部操作的监测、控制和全面管理。这是一个工业4.0的成功案例，其它如在俄罗斯也有相同轮轴检修系统应用，都是可参考的世界先进水平系统案例。

图1 货车轮轴全自动检修案例（BHP Billiton）

4 货车轮轴组装检修及管理规则

《铁路货车轮轴组装检修及管理规则》和《铁路货车厂修规程》等相关标准文件（TG/CL224-2016，TG/CL110-2018 以下简称《铁规》），是智慧化检修方案必须遵照的过程和质量标准，是保证轮轴检修的质量的重要评判依据，智慧检修方案只可以强化应用该标准，不能削弱更不能省略标准的有关规定。

铁标在数据信息管理方面，规定了HMIS轮轴子系统（货车信息化管理系统）在自动输入、输出的质量记录和台账报表在实现电子存储、传递、校核、上报时，系统打印的质量记录和台账报表签章后与手工填写的记录具有同等效力，这些都为智慧化检修方案提供了信息化设计基础。

系统实现智慧检修的重要标志是检修数据自动上传，避免了人工录入，检修效率的大大提高，对信息化平台下的人工签章确认，提出了新的人机交互、电子确认新模式要求。

对于检修流程中，需要人工复检的工位例如A型显示微机控制超声波自动探伤后，对轮轴须进行全轴穿透和轴颈根部（卸荷槽）手工超声波复探，对轮对须进行全轴穿透手工超声波复探；若A型显示微机控制超声波自动探伤发现缺陷时，还须采用手工超声波探伤方式施行超声波复探等，以上探伤以手工超声波探伤结果为准等，这些需要考虑在全智慧化检修情况下，如何采用新的自动超探技术自动完成复探或者如何将手工复探，纳入到系统交互中去，既不违反规则规定，保证轮轴检修质量，又不影响智慧检修的整体流水化效率。

5 对状态修系统的支持和利用

国家能源集团铁路货车“状态修”健康状态诊断模型及状态监测维修系统（HCCBM）全面投入试运用，标志着国家能源集团铁路货车检修由“计划修”向“状态修”正式过渡。

所谓状态修，即是一种预知维修（Predictive Maintenance），和传统的以时间为基础的（Time Based Maintenance，简称TBM）预防维修体制不同的是，前者是状态劣化由被监测的机器状态参数实时变化反映出来，在足够的提前期间发出警报，采取适当的维修，后者是在设备出现了明显的劣化后实施的维修，或者按时间计划到期进行的“无病也治、有病通治”的维修。目前国内外正在推行的状态修制度，是一种先进、科学、经济效益高的检修制度，避免了检修成本浪费，或者部分车辆“带病运行”造成的安全隐患，配合状态修制度的实行，轮轴车间智慧检修系统，需要充分利用状态修系统中轮轴在线运行实时监测数据库，根据各轮轴本身特定的“诊断”信息，进入轮轴检修修程时，进行有重点参数目标关注的针对性检修，避免了“过度修”、“不足修”的盲目性，克服通修检修时间长、工作量大、检修资源浪费等问题。另一方面，智慧检修过程中形成的轮轴数据，也需要尽可能开放提供给CBM系统进行数据共享，为轮轴的状态修诊断，提供更充分的大数据分析基础。

6 工业4.0与新技术应用

工业4.0时代的产品和服务将借助于互联网，通过智能化与机械、电子及环境的结合，生产用户定制化的产品和服务。

轮轴检修虽然不是生产用户定制化的轮轴产品，但却是为不同“个性”的轮轴提供检修服务的智能化过程，因此利用工业4.0的思维，轮轴检修对资源配置、检修能力的影响，将会不断上升，极端情况下甚至可以理解为个性化的单件进行自动化检修。

工业4.0时代的到来一方面由于用户需求及市场的推动，更主要的由于互联网时代各项新技术的逐步发展成熟的支持。因此智慧轮轴检修引入这些新技术应用也势在必行。

例如5G通讯技术可用于智慧轮轴检修各种数据监测的通讯；智能AI视频技术可用于轮轴标牌自动识别以及检修区域安全防护监视；RFID技术可用于通过“托盘”或“货架”对轮轴标识信息在各工位进行加工传递，或者在智能库中进行压装智能匹配；大数据分析技术对轮轴状态进行定制化检修；工业互联网云服务技术可用于车间检修与厂外轮轴运行状态监测系统功能的状态修数据服务共享；AGV以及机器人技术进行轮轴上下料及自动输送等；手机及触摸屏完成人机交互、电子签章等检修业务协同等。

7 绿地项目和沙地项目

要建造世界一流水平的货车轮轴智慧检修项目，参照国外同类项目经验，最好选择新址建造一个全新的检修工厂（绿地项目），这样可以不受原厂区的场地、设备等各种原有条件的限制，采用世界最高水平的监测、加工、组装设备，设计出实现最高目标要求的最优化的检修线和智能化系统。

当然目前各车辆段的现状，都是处于一边完成繁重的检修任务，一边尝试进行各种局部改造的状态，轮轴智慧检修项目一般采用在原厂区进行利旧改造（沙地项目），也是行业面临的实际问题。

利旧改造虽然避免了设备投入资源的浪费，但也需要对原设备进行修改、研发，与现有检修任务的切换，需要突入大量的人力、时间成本，考虑到检修任务的并行计划，也会带来智慧检修功能上分阶段折衷等问题。

智慧检修方案的详细设计，也很大程度上取决于车辆段对绿地项目还是沙地项目的慎重决策，归根结底是轮轴智慧检修系统的投入产出比的决策，是铁路局分公司或车辆段需要在建造未来高大上的智慧检修场景和改造当前车间现状场景之间的价值判断。

8 结语

货车轮轴智慧检修是轮轴检修行业的必然趋势，涉及各个层面的改造和新技术应用，需要多专业的共同协同配合，是一个复杂的系统工程，本文对此提出的一些思考，供轮轴智慧检修有关的设计和项目实施参考。