中國軌道交通車輛制造企業(yè)智能制造發(fā)展方向和建設(shè)思路探索

曾側(cè)倫，王晗，劉昱，彭飛

（1.中國中車工業(yè)研究院有限公司 北京 100070）

中國軌道交通車輛制造企業(yè)智能制造發(fā)展方向和建設(shè)思路探索

曾側(cè)倫1，王晗1，劉昱1，彭飛1

（1.中國中車工業(yè)研究院有限公司 北京 100070）

本文闡述了智能制造發(fā)展歷程以及制造業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造的目的，并結(jié)合《中國制造2025》、《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2015年版）》相關(guān)內(nèi)容探索得出制造業(yè)智能制造頂層架構(gòu)。同時(shí)結(jié)合以中國中車為代表的中國軌道交通車輛制造業(yè)智能制造發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了軌道交通車輛制造企業(yè)在高速動(dòng)車組生產(chǎn)制造過程中實(shí)現(xiàn)智能制造的初步探索和建設(shè)思路。

智能制造 中國制造2025 頂層架構(gòu) 軌道交通 中國中車 高鐵動(dòng)車組 建設(shè)思路

1.引言

隨著德國工業(yè)4.0、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、中國制造2025以及兩化深度融合等一系列智能制造戰(zhàn)略的出現(xiàn)，智能制造將是未來制造業(yè)運(yùn)用發(fā)展的重點(diǎn)方向［1］。同時(shí)中國鐵路行業(yè)近年來發(fā)展快速，尤其是在中國高速鐵路裝備產(chǎn)量逐年遞增的情況下，如何使軌道交通裝備制造離散性行業(yè)更加高效率、高品質(zhì)、高安全且低能耗地生產(chǎn)制造出如高鐵、動(dòng)車組、機(jī)車和城軌車輛等軌道交通裝備，是未來提升中國軌道交通裝備行業(yè)（本文以中國中車為例）整體制造技術(shù)水平，縮小國際同行業(yè)制造技術(shù)差距的重大路徑和重點(diǎn)發(fā)展方向。

2.智能制造在軌道交通裝備企業(yè)的定義思考

2.1智能制造在軌道交通裝備企業(yè)的架構(gòu)探索

結(jié)合《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2015版）》［2］內(nèi)容中智能制造體系框架圖，軌道交通裝備制造企業(yè)在此架構(gòu)圖的基礎(chǔ)上需要加強(qiáng)技術(shù)體系、標(biāo)準(zhǔn)體系和網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)，從而更快速地達(dá)到并實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)制造、高效可持續(xù)的企業(yè)全價(jià)值鏈目標(biāo)。

適應(yīng)軌道交通裝備制造企業(yè)智能制造構(gòu)架如圖1所示。

圖1適應(yīng)軌道交通裝備制造業(yè)的智能制造框架示意圖

3.軌道交通裝備制造企業(yè)智能制造發(fā)展思考

3.1軌道交通車輛制造企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

在1949年以前，中國鐵路用的機(jī)車車輛，還大部分依賴進(jìn)口。新中國成立后，中國軌道交通裝備制造業(yè)快速發(fā)展，歷經(jīng)仿制、自主設(shè)計(jì)研發(fā)和引進(jìn)消化吸收各階段。

2007年4月18日，中國鐵路運(yùn)輸?shù)诹未筇崴僬綄?shí)施。在京哈、京滬、京廣、隴海、滬昆、膠濟(jì)和廣深等既有的繁忙干線中大量開行具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“和諧號(hào)”高速動(dòng)車組列車（時(shí)速200～250km/h），這標(biāo)志著中國鐵路拉開高速時(shí)代的序幕［4］。同時(shí)促進(jìn)了軌道交通裝備高速列車生產(chǎn)制造技術(shù)的快速提升。經(jīng)過六次大面積提速，極大地推動(dòng)了我國鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)力發(fā)展，大大加快了中國鐵路現(xiàn)代化發(fā)展的歷史進(jìn)程。

現(xiàn)在以中國中車為代表的中國軌道交通裝備制造企業(yè)，具有約54家全資及控股子公司的大型軌道交通裝備制造企業(yè)，已是全球規(guī)模最大、品種最全且技術(shù)領(lǐng)先的軌道交通裝備供應(yīng)商。中國貨車生產(chǎn)企業(yè)、機(jī)車生產(chǎn)企業(yè)、客車生產(chǎn)企業(yè)、城軌生產(chǎn)企業(yè)和高鐵動(dòng)車組生產(chǎn)企業(yè)在智能制造發(fā)展方面的近期發(fā)展情況和發(fā)展趨勢如圖2所示。

圖2軌道交通裝備企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢圖

3.2軌道交通車輛制造企業(yè)智能制造發(fā)展方向

由于中國軌道交通車輛制造企業(yè)制造技術(shù)水平具有差異性，現(xiàn)有制造企業(yè)智能制造發(fā)展方向應(yīng)從傳統(tǒng)制造型轉(zhuǎn)向精細(xì)制造型，再到精益制造型，并逐步向數(shù)字化和智能制造過渡。發(fā)展過程如圖3所示。

圖3制造業(yè)智能制造發(fā)展方向示意圖

結(jié)合智能制造技術(shù)特征和軌道交通車輛制造型企業(yè)特征，將各階段發(fā)展類型主要特征分析定義如下。

（1）傳統(tǒng)制造型企業(yè)主要特征。

◎ 企業(yè)設(shè)備：相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)設(shè)備和工作單元。

◎ 企業(yè)技術(shù)：基本可實(shí)現(xiàn)的電子化技術(shù)數(shù)據(jù)。

◎ 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)：基本的辦公網(wǎng)絡(luò)。

◎ 企業(yè)管理：基本的財(cái)務(wù)及辦公網(wǎng)上流程。

（2）精細(xì)制造型企業(yè)主要特征。

◎ 企業(yè)設(shè)備：初步具備網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息與設(shè)備互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)體系，軟件上基本實(shí)現(xiàn)三維能力。

◎ 企業(yè)技術(shù)：初步具備三維技術(shù)、主業(yè)務(wù)流程軟件技術(shù)的運(yùn)用以及利用網(wǎng)絡(luò)取樣數(shù)據(jù)取代實(shí)體模型進(jìn)行驗(yàn)證的能力。

◎ 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)：較為完善的信息安全機(jī)制及健康網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

◎ 企業(yè)管理：較為完善的生產(chǎn)主業(yè)務(wù)流程全貫通及上下游良好銜接。

（3）精益制造型企業(yè)主要特征。

◎ 企業(yè)設(shè)備：完善的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息與設(shè)備互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)體系，且基本可實(shí)現(xiàn)虛擬仿真能力。

◎ 企業(yè)技術(shù)：在三維技術(shù)能力運(yùn)用之上，具備全生命周期的虛擬制造技術(shù)。

◎ 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)：完善的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與信息安全體系，以及信息與設(shè)備統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)體系。

◎ 企業(yè)管理：完善的全業(yè)務(wù)流程的貫通管理。即企業(yè)資源、供應(yīng)鏈、產(chǎn)品全生命周期以及風(fēng)險(xiǎn)保障等全方位業(yè)務(wù)流程管理。

（4）數(shù)字化制造型企業(yè)主要特征。

◎ 企業(yè)設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息與設(shè)備貫通，基本實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境的傳感監(jiān)控及數(shù)據(jù)收集能力。

◎ 企業(yè)技術(shù)：具備全生命周期虛擬制造技術(shù)向數(shù)字化車間及生產(chǎn)線落地技術(shù)的能力。

◎ 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)：工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)收集以及端到端的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集體系。

◎ 企業(yè)管理：完善的全生命周期可視化監(jiān)控及業(yè)務(wù)安全管理體系。

（5）智能制造型企業(yè)主要特征。

◎ 企業(yè)設(shè)備：具備完善的自感知、自分析、自決策等智能設(shè)備集成運(yùn)用。

◎ 企業(yè)技術(shù)：具備大數(shù)據(jù)的收集與分析、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)以及全感知系統(tǒng)處理技術(shù)和運(yùn)用技術(shù)的能力。

◎ 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)：具備云端網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的無縫銜接良好運(yùn)用能力。

◎ 企業(yè)管理：具備全業(yè)務(wù)大集成的協(xié)調(diào)控制管理及全價(jià)值鏈和多業(yè)務(wù)自優(yōu)化管理能力。

4.軌道交通裝備制造企業(yè)智能制造建設(shè)思路探索

4.1軌道交通智能制造實(shí)施流程思路探索

結(jié)合目前軌道交通車輛制造企業(yè)智能制造發(fā)展現(xiàn)狀，在軌道交通車輛制造企業(yè)集團(tuán)內(nèi)實(shí)現(xiàn)全面開展智能制造，首先需要研究制定全集團(tuán)智能制造頂層規(guī)劃思路，再對(duì)實(shí)施智能制造過程中的標(biāo)準(zhǔn)體系在全集團(tuán)級(jí)和子企業(yè)進(jìn)行貫通并對(duì)子企業(yè)進(jìn)行差異性層級(jí)評(píng)估，評(píng)估完成后對(duì)可開展智能制造的子企業(yè)試點(diǎn)示范，最后將運(yùn)用良好的智能制造方式、方法、技術(shù)和管理等進(jìn)行模塊化逐步推廣。如圖4所示。

圖4軌道交通車輛制造企業(yè)智能制造實(shí)現(xiàn)思路

4.2軌道交通智能制造業(yè)務(wù)頂層構(gòu)架思路探索

目前軌道交通車輛裝備制造企業(yè)數(shù)量較多，且部分資源由集團(tuán)統(tǒng)一管控，要推進(jìn)智能制造，達(dá)到智能制造全面實(shí)施和推進(jìn)，需要構(gòu)建集團(tuán)多企業(yè)型的智能制造頂層構(gòu)架，該頂層構(gòu)架能夠面向全部的軌道交通裝備制造企業(yè)和與軌道交通裝備行業(yè)有關(guān)的社會(huì)群體，并讓部分有志于提高軌道交通裝備行業(yè)技術(shù)及制造能力的人員參與進(jìn)來，構(gòu)建軌道交通裝備制造企業(yè)為核心的眾創(chuàng)眾包智能制造體系?；谝陨蟽?nèi)容，探索智能制造頂層構(gòu)架主要思路建議為建立三層核心管理層，即智能制造資源聚合集團(tuán)層、智能制造研發(fā)協(xié)同管控層、智能制造實(shí)施層，同時(shí)將三個(gè)核心層的網(wǎng)絡(luò)、標(biāo)準(zhǔn)、管理和設(shè)備等全部聯(lián)通。如圖5所示。

圖5　軌道交通裝備企業(yè)智能制造整體框架示意圖

智能制造資源聚合集團(tuán)層主要包括統(tǒng)籌資源管理總部，統(tǒng)一管理國內(nèi)外軌道交通裝備客戶給予的網(wǎng)絡(luò)訂單，同時(shí)收集客戶及車輛乘客反饋的關(guān)于軌道交通車輛制造部分的使用情況等，并將此市場需求、單向訂單、車輛使用問題及制造技術(shù)問題等資源需求數(shù)據(jù)交由資源規(guī)劃與調(diào)度中心統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度。

智能制造研發(fā)協(xié)同層主要包括四部分。第一部分為車地一體化網(wǎng)絡(luò)管控中心，功能為統(tǒng)一管理整個(gè)智能制造的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心，形成數(shù)據(jù)收集、車、地、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通以及生產(chǎn)制造工業(yè)網(wǎng)的管控；第二部分為產(chǎn)品全生命周期管理中心［6］，主要為管理軌道交通車輛制造全過程管控，管理各大智能制造生產(chǎn)基地、檢修維保服務(wù)中心等。第三部分為協(xié)同研發(fā)中心，主要負(fù)責(zé)智能制造體系中制造基地和檢修服務(wù)維保中心等軌道交通車輛制造生產(chǎn)的研發(fā)協(xié)同管理。第四部分為眾創(chuàng)眾包合作中心，主要聯(lián)通研發(fā)協(xié)同中心提出的設(shè)計(jì)需求和其他行業(yè)的技術(shù)、資源等支持。軌道交通車輛制造智能制造過程中采用眾創(chuàng)眾包將有以下便利：眾創(chuàng)使創(chuàng)業(yè)方式更加多元化、眾創(chuàng)使創(chuàng)業(yè)過程更加面向消費(fèi)者、眾創(chuàng)使創(chuàng)業(yè)成本更小化、眾創(chuàng)促使創(chuàng)業(yè)資源共享等［5］。

智能制造實(shí)施層主要為制造實(shí)施工廠及各檢修維保服務(wù)中心，為具體軌道交通車輛智能制造生產(chǎn)單元。由于制造過程、設(shè)備故障、人員錯(cuò)誤及外部攻擊等都是智能制造系統(tǒng)的危險(xiǎn)因素［3］。在智能制造實(shí)施層還應(yīng)并行各功能安全與信息安全，形成智能制造安全保障體系與能力。具體頂層架構(gòu)思路圖如下。

4.3軌道交通車輛之前企業(yè)智能制造落地實(shí)施思路

軌道交通車輛制造企業(yè)與其他行業(yè)在實(shí)施智能制造方面具有相同之處，即一定要有基礎(chǔ)，一定要先完成信息化、數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化，才能做智能化。以前企業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流和服務(wù)等部門是割裂的，而實(shí)現(xiàn)智能制造就是要將這些環(huán)節(jié)統(tǒng)一起來、有機(jī)結(jié)合［9］。實(shí)現(xiàn)智能制造后，企業(yè)可以進(jìn)一步挖掘、提升企業(yè)的制造產(chǎn)能、保證制造質(zhì)量和控制生產(chǎn)成本，減少能源、原材料消耗，滿足法律法規(guī)的環(huán)保安全需求，形成企業(yè)知識(shí)系統(tǒng)，促進(jìn)企業(yè)不斷創(chuàng)新［9］。

軌道交通車輛制造企業(yè)智能制造落地實(shí)施思路以智能制造標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施思路探索和智能車間實(shí)施思路探索為例。

（1）標(biāo)準(zhǔn)落地實(shí)施思路探索-企業(yè)智能制造層級(jí)評(píng)估。軌道交通車輛制造企業(yè)由于制造水平發(fā)展不同步，有部分企業(yè)已完成精益制造或數(shù)字化信息化工廠布局，有部分企業(yè)還處于傳統(tǒng)制造和精細(xì)制造之間，那么在整個(gè)集團(tuán)實(shí)施智能制造過程中，需要對(duì)各企業(yè)制造水平進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估完成后對(duì)不同智能制造水平層級(jí)的企業(yè)實(shí)施集團(tuán)層的標(biāo)準(zhǔn)體系。

如圖6中軌道交通車輛制造企業(yè)智能制造水平層級(jí)評(píng)估，以國家、行業(yè)、企業(yè)等的智能制造知識(shí)庫為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，組織行業(yè)專家評(píng)估團(tuán)隊(duì)，對(duì)制造企業(yè)中的智能設(shè)備、智能技術(shù)、智能網(wǎng)絡(luò)和智能管理水平等進(jìn)行分批評(píng)估，評(píng)估完成后得出綜合評(píng)估分?jǐn)?shù)在集團(tuán)內(nèi)進(jìn)行對(duì)比，可以得出不同的軌道交通車輛制造企業(yè)處于哪一個(gè)階段。判定評(píng)估的企業(yè)在哪些方面具有優(yōu)勢，哪些方面還存在不足，哪些需要及時(shí)提出智能制造整改方案，哪些是需要分布進(jìn)行實(shí)施項(xiàng)點(diǎn)。

圖6軌道交通車輛制造企業(yè)智能制造水平層級(jí)評(píng)估示意圖

（2）智能制造車間落地實(shí)施思路探索—高鐵機(jī)車轉(zhuǎn)向架智能制造車間。由于目前國內(nèi)高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架（CRH1型、CRH2型、CRH3C型、CRH5型、CRH380A/AL型、CRH380B/BL/CL型、CRH380D型）結(jié)構(gòu)及制造特征［7］，可將智能制造車間試點(diǎn)放在高鐵機(jī)車轉(zhuǎn)向架裝配生產(chǎn)制造過程中。建立高鐵機(jī)車轉(zhuǎn)向架裝配智能化車間模塊，將高鐵機(jī)車轉(zhuǎn)向架傳統(tǒng)制造方法和智能制造技術(shù)相結(jié)合，在智能制造頂層的智能管理體系、智能標(biāo)準(zhǔn)體系、智能設(shè)備體系和智能網(wǎng)絡(luò)體系大構(gòu)架下建設(shè)高鐵機(jī)車轉(zhuǎn)向架裝配智能化車間。

圖7高鐵機(jī)車轉(zhuǎn)向架裝配智能工廠試點(diǎn)示意圖

主要包括齒輪箱的智能裝配生產(chǎn)線、輪對(duì)智能組裝生產(chǎn)線、輪對(duì)涂裝智能生產(chǎn)線、軸箱智能組裝生產(chǎn)線、輪盤組裝生產(chǎn)線和空心軸智能生產(chǎn)線等的智能技術(shù)運(yùn)用和落地。并且在試點(diǎn)智能車間里設(shè)置智能物流生產(chǎn)系統(tǒng)、智能制造中央監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)計(jì)工藝制造一體化服務(wù)系統(tǒng)和生產(chǎn)輔助系統(tǒng)等，可更好地對(duì)智能化車間進(jìn)行管理管控，達(dá)到現(xiàn)有的數(shù)字化智能化車間的模式。

5.結(jié)語

以中國中車為代表的軌道交通車輛制造企業(yè)已是全球規(guī)模最大、品種最全且技術(shù)領(lǐng)先的軌道交通裝備全球供應(yīng)商。目前中國軌道交通裝備產(chǎn)品已出口海外，為更好地使中國軌道交通裝備制造企業(yè)制造水平及產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國際水平，應(yīng)實(shí)施智能制造，提高制造效率、降低能耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量并提升整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)制造技術(shù)實(shí)力。但首先要建立好軌道交通車輛制造企業(yè)智能制造頂層規(guī)劃和軌道交通裝備制造的標(biāo)準(zhǔn)，才能更好地、可持續(xù)地推進(jìn)軌道交通裝備制造行業(yè)的智能制造實(shí)體落地。

［1］國家制造強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)/中國工程院戰(zhàn)略咨詢中心，

智能制造，電子工業(yè)出版社，2016.5

［2］工業(yè)和信息化部，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2015版）》［S］. 2015.

［3］歐陽勁松，德國工業(yè)4.0 參考架構(gòu)模型與我國智能制造技術(shù)體系的思考機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所，2016

［4］ 鐵道部黨校，中國鐵路第六次大提速的戰(zhàn)略創(chuàng)新及時(shí)代意義，理論學(xué)習(xí)與探索，2007

［5］ 呂力，眾創(chuàng)、眾創(chuàng)空間與創(chuàng)業(yè)過程，武漢工程大學(xué)管理學(xué)院，科技創(chuàng)業(yè)月刊，2015年第10期

［6］ 周康渠，制造業(yè)新的管理理念_產(chǎn)品全生命周期管理，中國機(jī)械工程第13卷第15期2002年8月上半月

［7］ 周殿買，軌道客運(yùn)車輛轉(zhuǎn)向架技術(shù)的發(fā)展歷程，鐵道車輛，第51卷第2期2013年12月

This paper describe the purpose and process of the intelligence manufacturing development， then present the intelligence manufacturing top-level framework according to the “Made in China 2025”and the“Guide of national intelligent manufacturing standard system construction （2015 Edition） ”. Combined with the present situation of Chinese railway vehicle manufacturing industry intelligence manufacturing （With CRRC as a representative）， This paper discuss the preliminary exploration and construction ideas of rail transit vehicle manufacturing enterprises achieving to the intelligent manufacturing during manufacturing the high-speed EMU production.

Intelligent manufacturing， Made in China 2025， Top-level framework， Rail transportation， CRRC，High-speed EMU production， Construction ideas

2016年6月14日

曾側(cè)倫，1983年4月出生，男，軌道交通裝備制造行業(yè)，從事高鐵動(dòng)車組設(shè)計(jì)制造及軌道交通裝備智能制造技術(shù)研究；劉昱：中車工業(yè)研究院有限公司工作，1979年2月出生，男，從事高鐵動(dòng)車組信息化建設(shè)及智能制造工作；王晗：中車工業(yè)研究院有限公司工作，1979年11月出生，男，從事高鐵動(dòng)車組共性技術(shù)研究；彭飛：中車工業(yè)研究院有限公司工作，1987年12月出生，男，從事軌道交通裝備智能制造技術(shù)研究。