大型養(yǎng)路機械精益化檢修可行性方案的研究

胡傳亮，閻正義

(北京客運專線基礎(chǔ)設(shè)施維修基地，北京 100070)

大型養(yǎng)路機械是用于鐵路道床和鋼軌等基礎(chǔ)設(shè)施維修的大型鐵道線路工程機械(以下簡稱大機)，它是鐵路工務(wù)系統(tǒng)由人工作業(yè)走向機械化施工的重要標(biāo)志。隨著我國鐵路高速、重載、軌道重型化的發(fā)展及客運專線的大規(guī)模建設(shè)使用，大機得到了廣泛的應(yīng)用。大機設(shè)備在應(yīng)用中受系統(tǒng)多樣、技術(shù)復(fù)雜、作業(yè)工況惡劣、設(shè)備磨損嚴(yán)重等自身因素影響，以及品種多、零配件供應(yīng)困難等外部因素的影響，大機檢修對大機施工影響很大。隨著技術(shù)的進步，大機越來越復(fù)雜，越來越昂貴，其生產(chǎn)使用效能越來越依賴于保養(yǎng)和檢修。鐵道部歷來重視大機檢修工作，截止“十一·五”規(guī)劃末，全路將投入30多億元，用以建設(shè)6個客運專線基礎(chǔ)設(shè)施維修基地(以下簡稱客?；?，負責(zé)大機的管理、使用和維修。要實現(xiàn)大機設(shè)備檢修的高效率、高質(zhì)量和安全性要求，應(yīng)該結(jié)合大機檢修的現(xiàn)實情況，開展精益化檢修。大機精益化檢修以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為平臺，優(yōu)化大機檢修的方式方法，控制檢修質(zhì)量的全過程，將檢修涉及的技術(shù)信息、管理信息、物流信息、資金信息匯集，有效提高大機檢修的實效，保證檢修的質(zhì)量。路內(nèi)外學(xué)者及研究機構(gòu)以精益化檢修為方向，在飛機、汽車等領(lǐng)域，取得了豐碩的研究成果，已廣泛用于F/A-18戰(zhàn)斗機和BMW汽車檢修等多個領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見，精益化檢修也能夠為大機的檢修工作提供巨大的幫助。

1 大機精益化檢修的特點

大機精益化檢修是以系統(tǒng)科學(xué)和可靠性理論為基礎(chǔ)，以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為平臺，以大機專業(yè)理論、故障診斷、自動控制、遠程監(jiān)控、管理工程等科學(xué)技術(shù)為手段，以大機檢修的方式、過程的優(yōu)化為內(nèi)容，以檢修質(zhì)量的全過程控制為主線，實現(xiàn)設(shè)備、場地、管控、檢修人員、物資等多方面在技術(shù)信息、管理信息、物流信息、資金信息的匯集，實現(xiàn)大機整機、重要總成全壽命過程使用可靠性的最優(yōu)控制，大機的精益化檢修主要有以下特點。

1.1 檢修體系網(wǎng)絡(luò)化

大機的精益化檢修要求參與檢修的維修部門、檢測部門、指揮調(diào)度機構(gòu)、物資部門間建立有效的網(wǎng)絡(luò)連接，使檢修體系網(wǎng)絡(luò)化。故障的發(fā)現(xiàn)、分析、判斷，技術(shù)資料的查詢，零配件的領(lǐng)用，各種檢修生產(chǎn)計劃、物資供應(yīng)計劃的擬訂下達，都借助網(wǎng)絡(luò)進行，使大機檢修既準(zhǔn)確又快捷，大大提高檢修效率。

1.2 檢修過程智能化

檢修過程智能化是大機精益化檢修的重要特點。檢修過程智能化的技術(shù)基礎(chǔ)主要包括便攜式檢修輔助技術(shù)、遠程技術(shù)支援和故障智能診斷專家系統(tǒng)。

便攜式檢修輔助技術(shù)主要包括交互式電子技術(shù)手冊IETM系統(tǒng)(以下簡稱 IETM系統(tǒng))、便攜式維修輔助計算機PMA(以下簡稱 PMA)。IETM系統(tǒng)摒除了查閱的紙質(zhì)媒介技術(shù)資料的繁雜，直接操作硬件設(shè)備，通過跳轉(zhuǎn)鏈接、工作導(dǎo)引等功能，簡潔地找到各種技術(shù)參數(shù)和資料，提高了技術(shù)支持的效率。PMA是一種便攜式的計算機，是人機交互式的維修工具，它可以顯示技術(shù)資料、輔助故障診斷、維修監(jiān)控和遠程技術(shù)支持，提供檢修記錄存檔、零備件提報、數(shù)據(jù)的上傳和下載等功能。以上兩種便攜式檢修輔助硬件設(shè)備能夠有效提高工程技術(shù)人員現(xiàn)場檢修的工作效率，并將檢修一線和基地指揮調(diào)度連為一體。

遠程技術(shù)支援就是通過計算機網(wǎng)絡(luò)將施工現(xiàn)場、車間一線與基地的技術(shù)專家聯(lián)系起來，當(dāng)檢修一線遇到疑難問題時，基地的專家對傳輸?shù)膱D像、聲音以及故障情況、設(shè)備技術(shù)參數(shù)進行分析研究后，通過網(wǎng)絡(luò)將結(jié)論和解決方案傳遞給一線檢修人員并對他們的工作進行實時指導(dǎo)。大機故障智能診斷專家系統(tǒng)將人工智能技術(shù)應(yīng)用于大機狀態(tài)檢測和故障診斷維修，檢修人員可以將故障情況描述、設(shè)備技術(shù)參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)輸入專家系統(tǒng)，對設(shè)備故障進行智能診斷。

1.3 檢修信息中心化

以信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)、智能技術(shù)為基礎(chǔ)的大機精益化檢修，從本質(zhì)上改變了檢修的組織、形態(tài)和思想。精益化檢修變傳統(tǒng)的樹枝檢修結(jié)構(gòu)為呈扁平的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，檢修管控部門、設(shè)備物資部門與檢修人員一樣，均為網(wǎng)絡(luò)上的平等節(jié)點。有檢修需要時，各個節(jié)點在一定的檢修規(guī)則下自主找出最佳途徑，將故障采集與檢修實施、后方技術(shù)指導(dǎo)、零配件資源的調(diào)配、檢修控制管理等結(jié)合起來，實現(xiàn)多節(jié)點間的快速聯(lián)動，提高檢修的效率。

2 開展大機精益化檢修的重點工作

2.1 建立大機綜合檢修保障信息系統(tǒng)

大機的檢修分為基地工廠修理和施工現(xiàn)場搶修兩種情況。工廠檢修需要在確保質(zhì)量、安全前提下將計劃檢修的項目按時間節(jié)點完成工作;施工現(xiàn)場搶修時，需要最短時間恢復(fù)使用功能，確保完成施工任務(wù)。同時如何提高檢修人員的技術(shù)水平、及時獲取檢修保障信息、快速查找提供零備件都是急待解決的問題。針對這些要求，需要構(gòu)建基于工位終端、便攜式維修輔助計算機PMA的大機綜合檢修保障信息系統(tǒng)。大機綜合檢修保障信息系統(tǒng)主要由IETM子系統(tǒng)、檢修保障培訓(xùn)子系統(tǒng)、遠程管控與技術(shù)支持子系統(tǒng)、檢修控制與保障管理子系統(tǒng)和智能故障診斷專家子系統(tǒng)5個子系統(tǒng)組成。

2.1.1 大機綜合檢修保障信息系統(tǒng)的物理拓撲結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)借助北京客?；鼐钟蚓W(wǎng)絡(luò)和 Internet網(wǎng)絡(luò)，主體結(jié)構(gòu)采用 B/S結(jié)構(gòu)框架，并集合 B/S結(jié)構(gòu)(Browse/Server)使用方便、功能界面豐富、C/S結(jié)構(gòu)(Client/Server)界面操作強的優(yōu)點。工廠的檢修工人使用工位終端，通過基地局域網(wǎng)絡(luò)、Internet互聯(lián)網(wǎng)與大機綜合檢修保障信息主系統(tǒng)相連，與檢修生產(chǎn)指揮調(diào)度部門、設(shè)備物資部門開展數(shù)據(jù)交流或接受技術(shù)支持。現(xiàn)場搶修人員使用的搶修指揮車配備車載終端、北斗定位裝置和PMA，基地指揮中心能實時掌握搶修指揮車的準(zhǔn)確位置。搶修人員使用車載遠程終端通過無線通訊、Internet互聯(lián)網(wǎng)與基地進行數(shù)據(jù)傳輸，獲得遠程技術(shù)支持。大機綜合檢修保障信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。主系統(tǒng)為不同客戶端定義不同的操作等級，實現(xiàn)不同的訪問功能。

圖1 大機綜合檢修保障信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1.2 大機綜合檢修保障信息系統(tǒng)的功能

大機綜合檢修保障信息系統(tǒng)的五個子系統(tǒng)能夠為基地工廠檢修、現(xiàn)場搶修提供涉及檢修所有環(huán)節(jié)的技術(shù)、管理支持，滿足檢修進度、質(zhì)量保障、技術(shù)培訓(xùn)、材料供應(yīng)等各方面的需求，為大機檢修管理提供了方便、快捷、高效的平臺。

檢修進度管控方面:系統(tǒng)將某項檢修工作以三維仿真的形式預(yù)先存儲，檢修人員每實際完成一個工作步驟，用鼠標(biāo)記錄一項，工位終端將此工位的檢修人、實際工作進展定時上傳，車間管控界面實時顯示該工位的檢修進展，管理者根據(jù)進展情況完成指揮調(diào)度。檢修質(zhì)量控制方面:系統(tǒng)結(jié)合實際工作的步驟進度，將拆裝順序、工裝工具、工藝數(shù)據(jù)等影響檢修質(zhì)量的關(guān)鍵因素預(yù)先提示給檢修人員。檢修人員在預(yù)操作和實際操作中，出現(xiàn)組裝順序錯誤或技術(shù)數(shù)據(jù)錯誤，系統(tǒng)用重點閃爍的方式，及時顯示出錯信息，提示正確步驟和技術(shù)細節(jié)。系統(tǒng)還能夠按工作步驟提示管理者對已完工的項目安排質(zhì)檢員進行檢查驗收，以保證檢修質(zhì)量。圖2～圖3是以09-32型搗固車搗固裝置中的單耳外油缸體部件檢修為例顯示檢修出錯提示和組裝進度情況。

圖2 活塞桿組裝出錯提示

圖3 活塞頭組裝完成時間顯示

遠程管控與技術(shù)支持子系統(tǒng)由遠程搶修指揮車、遠程終端、PMA及遠程管控軟件組成。基地調(diào)度中心通過指揮車裝備的定位系統(tǒng)，實時掌握搶修人員、車輛的準(zhǔn)確位置。搶修人員使用PMA對故障進行診斷，攝影攝像后將視頻、照片通過遠程技術(shù)支持子系統(tǒng)利用無線通訊傳遞至基地調(diào)度中心，接受基地調(diào)度的指揮或?qū)＜业募夹g(shù)指導(dǎo)。

檢修控制與保障管理子系統(tǒng)提供檢修管理和物資材料供應(yīng)保障等功能。檢修人員操作工位終端、PMA可以查詢當(dāng)日自身工號的檢修任務(wù)或材料型號供應(yīng)等信息，可以填寫并自動生成包括檢修記錄報告單、用料單在內(nèi)的各種檢修管理信息。該子系統(tǒng)具備互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、有線、無線語音通訊方式，對語音通訊進行錄音存儲備查，可以給檢修人員的PMA和手機發(fā)送文字信息。

2.2 建立交互式電子技術(shù)手冊(IETM)系統(tǒng)

建立不同型號大機設(shè)備的檢修用交互式電子技術(shù)手冊(IETM)系統(tǒng)是大機綜合檢修保障信息系統(tǒng)工作的重要部分。IETM系統(tǒng)可以實現(xiàn)技術(shù)培訓(xùn)功能、技術(shù)資料的檢索查詢功能、專家支持系統(tǒng)的集成數(shù)據(jù)庫等功能。例如:IETM系統(tǒng)能夠在非現(xiàn)場環(huán)境下，用機械三維仿真形式，演示設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、拆裝順序，配合透明化處理，系統(tǒng)可以將設(shè)備的液壓、機械動作展示給使用者。IETM系統(tǒng)將檢修用技術(shù)信息如文字、表格、圖像、工程圖形、視頻、音頻、動畫等，按一定的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)進行存儲，可以提供跳轉(zhuǎn)鏈接、工作導(dǎo)引等功能，檢修人員能在查閱操作手冊、維修大綱、維修作業(yè)指導(dǎo)書時對相關(guān)數(shù)據(jù)進行相互參引。便攜式維修輔助計算機PMA是一種交互式的維修工具，工程技術(shù)人員攜帶它對大機進行檢修時，PMA可以實現(xiàn)技術(shù)資料的顯示、故障診斷、維修監(jiān)控、遠程技術(shù)支持、檢修記錄存檔、零備件管理、數(shù)據(jù)的上傳和下載，見圖4～圖5。

圖4 透明化處理后的總成內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖5 查詢油缸零件型號

IETM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用基于主題的數(shù)據(jù)模型，即按照應(yīng)用主題對大機設(shè)備的技術(shù)信息進行組織和分類，應(yīng)用主題分為描述、任務(wù)、故障和零件四種。每種主題信息又由多個子信息包組成，子信息包中含有執(zhí)行某一特定功能的全部技術(shù)信息，將主體信息的子信息包進行相關(guān)組合就可以構(gòu)建用戶需要的應(yīng)用信息。例如，預(yù)查詢進口09-32型搗固車搗固裝置外油缸的型號、圖紙、故障現(xiàn)象，可以按主體信息為“零件”中的子信息包“作業(yè)裝置”，再輸入“油缸”，按照檢索清單找到該零件，選擇“三維圖像”后IETM界面確定一個結(jié)果。再交互查詢“故障”，IETM的顯示屏幕上不但顯示該油缸的三維圖像，而且文本對話框中還顯示該油缸材料技術(shù)信息。

與大機檢修有關(guān)的技術(shù)資料、圖紙按照CALS標(biāo)準(zhǔn)，完成紙質(zhì)手冊和文檔的精益化過程，形成IETM數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能實現(xiàn)了IETM信息數(shù)據(jù)的復(fù)用和共享。IETM系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)制作過程如圖6所示。

圖6 大機檢修用交互式電子技術(shù)手冊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

2.3 建立大機故障智能診斷專家系統(tǒng)

大機故障智能診斷專家系統(tǒng)主要由三部分組成:服務(wù)器端基于知識庫的診斷專家系統(tǒng)、客戶端基于Web的診斷咨詢系統(tǒng)和專家知識庫的維護管理系統(tǒng)。系統(tǒng)核心為基于知識庫的專家系統(tǒng)主要由知識庫、推理機、解釋機和Web接口組成。知識庫由規(guī)則庫和事實庫組成，規(guī)則庫存放產(chǎn)生規(guī)則的集合。事實庫存放事實的集合，事實包括現(xiàn)實的事實、中間結(jié)論、最終推理所得事實。它既有數(shù)據(jù)庫管理和演繹能力，又能夠提供專家推理判斷等模糊智能模塊。大機故障智能診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖7。

工位終端或遠程用戶通過瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送故障現(xiàn)象描述和請求咨詢的要求，服務(wù)器端的專家系統(tǒng)接受咨詢請求，調(diào)用知識庫，運用推理模塊進行推理判斷，將診斷結(jié)果發(fā)回客戶端，實現(xiàn)故障智能診斷功能。

圖7 大機故障智能診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 開展大機精益化檢修工作的幾點注意事項

科學(xué)的工藝、必備的檢修檢驗設(shè)備、相應(yīng)技能的人員、完善的作業(yè)指導(dǎo)書是開展大機精益化檢修工作的基礎(chǔ)，還需要在系統(tǒng)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、軟件開發(fā)、硬件配置、人員組織與培訓(xùn)等很多方面開展大量艱苦、細致的工作。開展這些工作時應(yīng)注意遵循以下原則:

1)領(lǐng)導(dǎo)重視原則 大機精益化檢修工作是大機企業(yè)全局性的系統(tǒng)工程。領(lǐng)導(dǎo)重視是完成這項工作的首要前提，如果沒有企業(yè)高層領(lǐng)導(dǎo)的重視與掛帥，就不能落實相應(yīng)資金，就不能充分協(xié)調(diào)好相關(guān)部門間的工作，精益化檢修系統(tǒng)就只能是紙上的探討和方案。

2)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先原則 大機精益化檢修涉及系統(tǒng)開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、軟件開發(fā)、硬件配置等工作都需要用系統(tǒng)的觀點和理論，優(yōu)先確定各種標(biāo)準(zhǔn)。IETM系統(tǒng)、PMA系統(tǒng)的設(shè)計都需要依據(jù)相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)、鐵道部標(biāo)準(zhǔn)。否則，提前研發(fā)的裝備、軟件與后續(xù)研發(fā)不能做到網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)相互讀取調(diào)用，整個精益化工作將陷入困境。

3)專家負責(zé)制原則 大機精益化檢修的實現(xiàn)過程復(fù)雜，技術(shù)含量高，對涉及被檢設(shè)備安全和系統(tǒng)功能的關(guān)鍵部件總成要有專家指導(dǎo)和把關(guān)，才能保證檢修質(zhì)量的可靠性。

4)持續(xù)改進原則 大機精益化檢修是一項技術(shù)含量高、綜合性強、學(xué)科交叉多、信息量大、參與人員多的系統(tǒng)工程，設(shè)備的種類在不斷增加，功能在不斷完善。隨著技術(shù)的不斷進步，需要對工藝、流程不斷優(yōu)化，使檢修工藝更科學(xué)，檢修過程更流暢，檢修內(nèi)容更豐富，檢修質(zhì)量更可靠。

4 結(jié)束語

大型養(yǎng)路機械是鐵路工務(wù)系統(tǒng)先進生產(chǎn)力的代表，大機精益化檢修是集檢修過程控制、檢修質(zhì)量保障、通信指揮管理為一體的多任務(wù)信息管理平臺，是大機企業(yè)提高設(shè)備檢修管理效率的有效手段。它的建立、運行要經(jīng)過大量艱苦、細致的工作，相信通過不懈努力，一定能建好、用好它。只有如此，部門才有執(zhí)行力，管理才有控制力，大機企業(yè)才有核心競爭力。

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