鐵路貨車輪軸數(shù)字檢修關(guān)鍵技術(shù)研究

史曉磊，范增虎，董卓皇，陳亞勛，楊文澈

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司電子計(jì)算技術(shù)研究所；2.中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司，北京 100081）

利用自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)鐵路車輪車間輪軸造修工藝進(jìn)行優(yōu)化再造，緊密銜接各道工序；建立車間生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)檢修全過(guò)程可視化監(jiān)控；建立輪軸動(dòng)態(tài)實(shí)物庫(kù)與虛擬庫(kù)，實(shí)現(xiàn)車軸、車輪、軸承“一件一檔”全壽命周期管理；推進(jìn)大數(shù)據(jù)進(jìn)班組、作業(yè)過(guò)程質(zhì)量卡控，提高生產(chǎn)協(xié)作效率，全面提升輪軸造修的智能化、信息化水平。

1 系統(tǒng)目標(biāo)

立足貨車輪軸檢修現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展要求，研究建設(shè)貨車輪軸數(shù)字檢修系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱輪軸系統(tǒng)），服務(wù)輪軸車間生產(chǎn)調(diào)度與指揮中心管理需要，實(shí)現(xiàn)從輪對(duì)收入、分解到修竣檢查的全過(guò)程可視化管控；建立微控、工控設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)接入輪軸生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口規(guī)范，集中監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，避免人工重復(fù)采集信息；通過(guò)集成輪對(duì)檢修、5T 安全監(jiān)測(cè)、壽命超期服役等信息進(jìn)行綜合預(yù)警；采用條碼、FRID、移動(dòng)應(yīng)用等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輪軸技術(shù)履歷信息共享以及作業(yè)過(guò)程中配件識(shí)別應(yīng)用，建立輪軸配件檢修過(guò)程跟蹤手段。

2 業(yè)務(wù)流程

鐵路貨車輪軸修程分為輪軸一級(jí)修、二級(jí)修、三級(jí)修、四級(jí)修，貨車段修主要實(shí)行輪軸二、三級(jí)檢修。其中二級(jí)修主要工序包括輪軸外觀技術(shù)狀態(tài)檢查，輪對(duì)尺寸測(cè)量、軸承開(kāi)蓋、軸端信息抄錄、輪軸清洗除銹、磁粉探傷、超聲波探傷、車輪輪緣踏面加工、軸承關(guān)蓋、軸承磨合測(cè)試、輪軸涂漆、輪軸支出；三級(jí)修主要工序在二級(jí)修基礎(chǔ)上增加軸承外觀技術(shù)狀態(tài)檢查，軸承退卸，輪對(duì)尺寸檢測(cè)，軸頸、防塵板座擦拭，軸承與軸頸、后擋與防塵板座檢測(cè)與選配，軸頸、防塵板座涂脂，軸承壓裝，軸承壓裝到位檢測(cè)，刻打標(biāo)志板，軸承附件組裝，軸向游隙檢測(cè)。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

以服務(wù)于輪軸檢修工藝與軸承一般檢修工藝全過(guò)程數(shù)字化、智能化的生產(chǎn)管理需要，按照一級(jí)部署、二級(jí)應(yīng)用模式的開(kāi)展應(yīng)用系統(tǒng)研究，在鐵路局集團(tuán)公司進(jìn)行集中部署，為鐵路局集團(tuán)公司、車輛段相關(guān)業(yè)務(wù)管理人員提供應(yīng)用服務(wù)。系統(tǒng)與貨車技術(shù)管理信息系統(tǒng)(HMIS)、車輛運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)(5T)等既有信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

4 數(shù)據(jù)架構(gòu)

輪軸系統(tǒng)堅(jiān)持規(guī)范性、自動(dòng)采集、工位錄入、可共享性和數(shù)據(jù)安全五項(xiàng)原則采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立輪軸檢修生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)“一次生成、全程使用”，避免相同數(shù)據(jù)的重復(fù)采集。

5 功能設(shè)計(jì)

輪軸系統(tǒng)圍繞車輛段輪軸檢修數(shù)字化、智能化的發(fā)展要求，采用RFID 標(biāo)簽、工業(yè)控制、可視化等技術(shù)手段，建立輪軸檢修相關(guān)應(yīng)用服務(wù)，主要功能由生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)預(yù)警、過(guò)程管控、技術(shù)管理、設(shè)備管理、物料管理、質(zhì)量管理等組成。

5.1 生產(chǎn)計(jì)劃

主要是支持年度計(jì)劃、月度計(jì)劃、日生產(chǎn)計(jì)劃的編制。對(duì)輪軸車間年度、月度、日輪軸生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行維護(hù)與查詢，提供對(duì)班組日生產(chǎn)計(jì)劃的管理，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)計(jì)劃的兌現(xiàn)率等。提供按年度、月度、季度、日統(tǒng)計(jì)車間輪軸新造與檢修數(shù)量，提供按年度、月度、季度、日統(tǒng)計(jì)車間輪軸檢修數(shù)量，按軸型、材質(zhì)等維度統(tǒng)計(jì)輪軸收入和支出數(shù)量，統(tǒng)計(jì)各類輪軸故障的分布與檢修數(shù)量、故障環(huán)同比變化趨勢(shì)等。

5.2 生產(chǎn)預(yù)警

集成待檢修輪軸的5T 安全監(jiān)測(cè)預(yù)警信息，通過(guò)輪軸綜合預(yù)警，輔助現(xiàn)場(chǎng)職工重點(diǎn)維修。對(duì)即將到達(dá)規(guī)定壽命的輪軸，在進(jìn)入檢修車間時(shí)進(jìn)行預(yù)警，以便及時(shí)更換，防患于未然。對(duì)車軸、車輪、軸承配件庫(kù)存不足情況動(dòng)態(tài)預(yù)警。

5.3 技術(shù)管理

實(shí)現(xiàn)輪軸檢修從收入、軸承退卸到輪軸竣工檢查全過(guò)程圖形化監(jiān)控，對(duì)超時(shí)、不規(guī)范、異常等作業(yè)情況進(jìn)行告警提示，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控輪軸檢修工藝、軸承一般檢修工藝線微控和工控設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)控與告警。查看各庫(kù)房物料情況及存儲(chǔ)位置。查看各工位的計(jì)劃、在修、完工、異常情況。查看各種設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)。查看各工位異常及處理情況。

5.4 過(guò)程管理

結(jié)構(gòu)化的工藝參數(shù)模塊，工藝人員需要將各車型、各工序所用到的工藝參數(shù)輸入到系統(tǒng)中。包括工藝參數(shù)名稱、范圍、控制方式（提示、控制）等?？梢暬墓に嚶肪€配置程序，可根據(jù)產(chǎn)品、維修任務(wù)來(lái)選擇各種任務(wù)下對(duì)應(yīng)的工序，并定義各工序之間的順序。實(shí)現(xiàn)輪軸收入檢查、輪軸探傷、車輪踏面旋修、軸承一般檢修、軸承壓裝、檢修竣工以及輪軸支出全過(guò)程信息的采集與管理。

5.5 設(shè)備管理

建立輪軸檢修工藝與軸承一般檢修工藝主要工裝設(shè)備臺(tái)賬，實(shí)時(shí)采集工裝設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控，對(duì)設(shè)備運(yùn)維信息進(jìn)行維護(hù)。

5.6 物料管理

實(shí)現(xiàn)輪軸車間車軸、軸承以及車輪配件動(dòng)態(tài)管理，支持從型號(hào)、材質(zhì)、廠家、鑄造日期等維度統(tǒng)計(jì)車輪庫(kù)存。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)車輪存放區(qū)實(shí)行庫(kù)位管理，記錄每個(gè)庫(kù)位的車輪信息。根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)進(jìn)行車輪、車軸等物料的配送。

5.7 質(zhì)量管理

通過(guò)工藝流程控制實(shí)現(xiàn)了上下工序的自動(dòng)卡控，上道工序未完成，下工序不允許加工；同時(shí)支持并行工序、機(jī)動(dòng)工序等。實(shí)現(xiàn)尺寸與技術(shù)參數(shù)控制，超范圍尺寸不能保存，不合格數(shù)據(jù)不允許流轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)了復(fù)合數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算、減少計(jì)算錯(cuò)誤，提高了工作效率。自動(dòng)統(tǒng)計(jì)輪對(duì)返修率、故障分布、軸承缺陷等信息，輔助輪軸檢修質(zhì)量管理要求。

6 關(guān)鍵技術(shù)

6.1 相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)信息接口

根據(jù)輪軸檢修業(yè)務(wù)的需要，輪軸系統(tǒng)與HMIS 輪軸檢修子系統(tǒng)、HMIS 站修子系統(tǒng)、鐵路貨車管理信息系統(tǒng)、5T 系統(tǒng)等建立數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用，提升了輪軸檢修效率。系統(tǒng)主要采用Web Service 技術(shù)與業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與交互，具體信息接口內(nèi)容如表1 所示。

6.2 微控、工控設(shè)備接口

為降低各工序職工采集作業(yè)數(shù)據(jù)的強(qiáng)度、避免數(shù)據(jù)重復(fù)采集、提升輪軸造修效率，輪軸智能檢修系統(tǒng)需與輪軸檢修工藝、軸承一般檢修工藝工裝設(shè)備建立數(shù)據(jù)接口，自動(dòng)獲取輪軸尺寸檢測(cè)、加工、磨耗、探測(cè)等技術(shù)作業(yè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)與各微控、工控設(shè)備接口數(shù)據(jù)內(nèi)容如表2。

表2 微控、工控設(shè)備數(shù)據(jù)接口

6.3 輪對(duì)定位追蹤

采用RFID 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行輪對(duì)定位追蹤管理，在輪對(duì)上安裝RFID 標(biāo)簽，寫(xiě)入輪對(duì)唯一標(biāo)識(shí)信息，在輪軸收入到支出全工藝關(guān)鍵工序安裝RFID 讀寫(xiě)器，當(dāng)輪對(duì)經(jīng)過(guò)相應(yīng)工位時(shí)，自動(dòng)讀取輪對(duì)RFID 標(biāo)簽信息，定位當(dāng)前位置與已完成的工序，并將輪對(duì)相關(guān)信息傳輸至輪軸檢修系統(tǒng)。輪對(duì)RFID 標(biāo)簽寫(xiě)入時(shí)機(jī)選取在貨車架車分解時(shí)或者非現(xiàn)車收入輪對(duì)時(shí)，根據(jù)車軸制造與輪對(duì)組裝信息，以輪對(duì)制造日期、制造單位、型號(hào)、制造編號(hào)等制造信息作為輪對(duì)RFID 標(biāo)簽唯一信息，在寫(xiě)入RFID 標(biāo)簽同時(shí)，建立標(biāo)簽RFID 信息與輪對(duì)檢修履歷關(guān)聯(lián)信息，通過(guò)RFID 讀取設(shè)備可獲取輪對(duì)檢修履歷信息。在輪對(duì)磁粉探傷、超聲波探傷、車輪輪緣踏面加工以及標(biāo)志板刻打等工序，通過(guò)RFID 標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備時(shí)，自動(dòng)將輪對(duì)制造信息共享至相應(yīng)工裝設(shè)備，避免數(shù)據(jù)的重復(fù)采集。輪對(duì)檢修工藝線RFID 讀寫(xiě)器安裝設(shè)想如表3。

表3 輪對(duì)檢修工藝線RFID 讀寫(xiě)器安裝設(shè)想

6.4 檢修質(zhì)量卡控

通過(guò)事前預(yù)警與過(guò)程管控，強(qiáng)化輪對(duì)檢修質(zhì)量管控。按照輪規(guī)作業(yè)要求，輪軸檢修系統(tǒng)卡控輪對(duì)收入車軸、車輪測(cè)量尺寸數(shù)據(jù)，對(duì)不滿足限度要求情況進(jìn)行報(bào)警提醒；根據(jù)測(cè)量輪對(duì)尺寸超限，自動(dòng)預(yù)判故障信息與修程等；按照檢修工藝要求，上一道工序作業(yè)信息未錄入系統(tǒng)或者作業(yè)不規(guī)范時(shí)，禁止下一道工序錄入信息；為輔助當(dāng)前工序崗位作業(yè)，提供對(duì)前幾道工序作業(yè)信息的查詢服務(wù)。

7 預(yù)期效益

鐵路貨車輪軸數(shù)字檢修系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)施，能夠有效提升輪軸檢修數(shù)字化水平，實(shí)現(xiàn)主要工裝設(shè)備檢測(cè)、探傷信息自動(dòng)接入生產(chǎn)系統(tǒng)，通過(guò)共享工廠、車輪車間輪軸檢修履歷信息，顯著提升信息采集效率與質(zhì)量，采用RFID 標(biāo)簽快速識(shí)別、獲取輪軸履歷信息，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)檢修工藝全過(guò)程的管控，通過(guò)將輪對(duì)檢修技術(shù)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)與作業(yè)要求轉(zhuǎn)化為電子化卡控，有效提升輪軸的檢修質(zhì)量。