鐵路客車智慧輪軸檢修生產線技術研究

余士頂，王吉勇，黃永華

0 引言

當前鐵路正處在一個變革和創(chuàng)新的時代，物聯(lián)網、大數據、云計算等信息技術發(fā)展迅速，公司制新體制下，市場主體地位全面確立，也面臨著新的變化、新的要求。原有的一系列生產模式將被更新、更先進的模式所替代，這一新技術浪潮也不可避免地對傳統(tǒng)意義上鐵路客車輪軸檢修模式提出挑戰(zhàn)。

目前，全路在用的鐵路客車輪軸檢修生產線，存在無法采集檢修信息或采集的信息只能以信息孤島的形態(tài)存在等問題。信息處理采用人工操作、紙質記錄的方式，工作煩瑣且數據抄錄時間長，工作效率低。生產線上的部分數字化設備采集的信息無法實現(xiàn)數據處理，人員、設備及輪軸各部件的信息無法采集、操控。因此，有必要開展鐵路客車智慧輪軸檢修生產線技術研究，實現(xiàn)鐵路客車輪軸檢修生產線的數字化和智能化，才能真正實現(xiàn)強基達標、提質增效的目標。

1 研究方案

1.1 研究目標

（1）檢修質量可追溯：通過對輪對、軸承激光刻印二維碼及對零部件油墨噴印二維碼，建立輪軸各部件一一對應的識別身份碼，從而在檢修全過程將作業(yè)人員、信息數據采集與輪軸各部件識別碼綁定，實現(xiàn)輪軸各部件全生命質量追蹤[1]；

（2）過程管理規(guī)范化：所有作業(yè)人員必須按流程作業(yè)，實現(xiàn)下一工序對上一工序的監(jiān)督和卡控，出現(xiàn)作業(yè)過程異常時系統(tǒng)自動報警[2]；

（3）提高工作效率：通過智能檢測技術、無紙化操作，依據物聯(lián)網技術形成的輪軸各部件檢修數據域實現(xiàn)智能選配，可提高工作效率；

（4）數字化、智能化與智慧化：通過CCD、二維碼、物聯(lián)網、云計算等技術實現(xiàn)輪軸各部件檢修過程的實時自動監(jiān)控、信息自動采集、自動分析處理，達到優(yōu)化生產線流程、規(guī)范化作業(yè)流程和管理、提高檢修質量和職工業(yè)務素質的目的，并預留對外輸出接口和協(xié)議，實現(xiàn)與其他管理系統(tǒng)的對接。

1.2 研究內容

（1）研發(fā)輪軸檢修過程智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)輪軸檢修質量可追溯、檢修過程管理規(guī)范化，提高檢修工作效率，實現(xiàn)輪軸檢修數字化與智能化，以及檢修作業(yè)完成后系統(tǒng)可對檢修結果進行查詢和打印輪對卡片（車統(tǒng)—51K3）等44張輪軸檢修記錄。

（2）對在用的機械式輪軸檢修計量器具，如輪徑尺、內距尺等鐵專計量器具，進行數顯和藍牙傳輸技術革新，實現(xiàn)計量器具的數字化及無線傳輸[3]。

（3）對在用的需人工判斷檢修故障的輪軸檢修設備（如手工超聲波探傷儀）及試驗設備（如磨合試驗）等，進行智能化改造，實現(xiàn)現(xiàn)有設備的視頻監(jiān)控及互聯(lián)網+智能檢測（包含智能自檢和對輪對軸箱的智能檢測）等智能輔助作業(yè)功能。

（4）實現(xiàn)檢修生產線流程優(yōu)化和檢修規(guī)程的完善。通過程序軟件對輪軸檢修過程智能管理進行深入分析，實現(xiàn)輪軸檢修作業(yè)流程優(yōu)化，還可以為輪軸檢修的智能化管理和作業(yè)指導書及規(guī)程的修訂完善提供數據支持和經驗分析。

1.3 關鍵技術

1.3.1 CCD視覺檢測技術

采用CCD視覺檢測技術（見圖1），將輪對固有信息如輪對型號、軸號、車軸信息（材質、制造單位、制造年月）、車輪信息（材質、制造單位、制造年月、制造標記）、輪對首末次組裝單位和日期等信息按照一定的編碼規(guī)則自動錄入到數據庫，代替人眼識別、手動錄入數據庫的作業(yè)，極大地減輕了作業(yè)人員勞動強度，并避免人為輸錯等問題的發(fā)生。

1.3.2 激光二維碼刻印和掃碼技術

通過激光打標機的軟件自動從數據庫中讀出要生成的二維碼信息，通過軟件自動生成二維碼并刻印在輪對軸端固定扇區(qū)，形成每個輪對唯一的終身不變的識別信息，輪軸檢修的各工序通過二維碼掃碼技術將其檢修信息“綁定”，達到輪對與檢修信息的一一對應。

1.3.3 高精度無線位移傳感器技術

通過采用高精度無線位移傳感器，代替原來的機械表，實現(xiàn)測量數據的自動化收集，并且提高了檢測精度，既減輕了人工勞動強度，又避免了人為輸錯問題的發(fā)生。

1.3.4 物聯(lián)網技術

通過運用物聯(lián)網技術，將輪軸檢修各工序的檢修信息自動收集匯總至服務器數據庫，形成輪軸各部件物物相連的域，達到各檢修工序信息共享、遠程訪問的目的。

1.3.5 云計算技術

運用云計算技術對匯總至服務器的數據進行分析運算、分類管理，自動生成輪軸檢修各類報表，通過對檢修數據的分析判斷，優(yōu)化輪軸檢修作業(yè)流程，分析輪軸檢修要求合理性。同時可對待檢修零部件檢修要求進行提前預判，達到提質增效的目的。

2 鐵路客車智慧輪軸檢修生產線技術構架

2.1 基本構架

鐵路客車智慧輪軸檢修生產線構架由信息采集層、運作操控層和領導決策支持層等三大部分組成（見圖2），管理系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和服務器等部分組成。

圖1 CCD視覺檢測技術功能框架

（1）信息采集層。利用視頻監(jiān)控、二維碼技術、各種傳感技術，進行輪軸檢修各種數據和事件的實時測量、采集、事件收集、數據抓取和識別。

（2）運作操控層。對采集到的數據和事件信息進行加工處理后，按照作業(yè)流程建模編排事件信息處理，自動選擇應對措施，通知相關人員按工作流程處理，保留歷史信息，實現(xiàn)查詢、網絡設備監(jiān)控等。

（3）領導決策支持層。相關管理人員可進行信息查詢與監(jiān)控、作業(yè)流程進度可視化監(jiān)控、歷史數據分析及輪軸檢修作業(yè)流程優(yōu)化。為輪軸檢修的智能化管理和作業(yè)指導書及各種規(guī)程的修訂完善提供數據支持與經驗分析。

2.2 硬件系統(tǒng)

（1）CCD字符識別裝置。CCD字符識別裝置由高精度工業(yè)級CCD相機、數字光源控制器、專業(yè)的圖像處理軟件、工業(yè)計算機以及其他附件構成。

（2）二維碼識別器。二維碼識別器采用專業(yè)針對金屬二維碼的掃描槍，識別率高、反應快。

（3）輪軸檢修移動工作站。由移動小推車、掃碼槍、UPS電源、工業(yè)一體電腦、無線數傳模塊等部分組成。

（4）輪軸檢修測量裝置。由移動小推車、UPS電源、工業(yè)一體電腦、無線數傳模塊、掃碼槍、高精度位移傳感器、專用檢具等部分組成。

（5）服務器。采用高配置工控機、大屏幕觸摸顯示器，內裝SQL server2012數據庫軟件和輪軸智能管理系統(tǒng)軟件，采用千兆無線網絡連接，保障數據訪問的流暢性。

2.3 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)包括服務器系統(tǒng)、數據庫系統(tǒng)、終端嵌入式軟件系統(tǒng)和操作系統(tǒng)。服務器操作系統(tǒng)采用Windows7旗艦版操作系統(tǒng)，內裝SQL Server2012數據庫?？蛻舳瞬捎肳indows7操作系統(tǒng)和嵌入式軟件。

圖2 鐵路客車智慧輪軸檢修生產線技術構架

管理系統(tǒng)采用C/S構架，在.net框架下采用C#編程語言開發(fā)，軟件的通用性強，可在任何Windows環(huán)境下運行，通過采用Web Service技術，能使得運行在不同設備上的不同應用軟件無須借助附加的、專門的第三方軟件或硬件，就可實現(xiàn)相互交換數據或集成，極大地降低了與第三方軟件數據交互的耦合性。

3 實現(xiàn)功能

3.1 輪軸檢修過程智能管理

具備CCD智能識別字符信息功能、激光打碼功能，在每條輪對打上與輪對信息一致的二維碼，輪對檢修全程可通過二維碼將相關檢修數據關聯(lián)起來，使得整個檢修過程處于可控狀態(tài)。將之前“人工觀察、人工記錄”的舊有模式變更升級為“人工觀察、二維碼讀取、菜單式確認”的數字化采集模式。

使用高精度的光柵位移傳感器和數字化測量儀器自動采集測量結果的方式代替原來的機械表人工讀數手動抄錄的方式，提高輪軸檢測精度，避免錄入錯誤，實現(xiàn)輪軸檢修信息的自動采集和選配。

3.2 計量器具的數字化及無線傳輸技術革新

通過使用數顯千分尺、輪徑尺等和無線傳輸技術相結合，實現(xiàn)測量結果自動采集管理，可與之前的軸承檢測結果通過智能分析軟件實現(xiàn)精準選配，更實現(xiàn)了零部件的智能選配。

3.3 在用輪軸檢修設備信息化改造

通過對原來注油設備的數字化升級改造，使每套軸承的注油量可實現(xiàn)實時追蹤和查詢。系統(tǒng)采用伺服閉環(huán)電控系統(tǒng)和高精度油脂流量計對注油量進行在線換算，達到精確控制注油量稱重的目的，并通過無線傳輸裝置和物聯(lián)網技術實時把軸箱的實時注油量傳送至服務器。

對在用的需人工判斷檢修故障的輪軸檢修設備（手工超聲波探傷儀）及試驗設備（磨合試驗設備）進行智能化改造，實現(xiàn)現(xiàn)有設備的視頻監(jiān)控及互聯(lián)網+智能檢測（包含智能自檢和對輪對軸箱的智能檢測）等智能輔助作業(yè)功能。

3.4 檢修生產線由智能化向智慧化邁進

通過軟件程序對輪軸檢修過程智能管理進行深入分析，可實現(xiàn)輪軸檢修作業(yè)流程優(yōu)化，還可以為輪軸檢修的智能化管理和作業(yè)指導書及規(guī)程的修訂完善提供數據支持和經驗分析。

4 結束語

主要針對鐵路客車智慧輪軸檢修生產線進行技術研究，引進二維碼、CCD技術、無線傳輸技術及物聯(lián)網和云計算技術，設計信息采集層、運作操控層、領導決策支持層等系統(tǒng)構架，研發(fā)輪軸檢修過程智能管理系統(tǒng)，使鐵路客車輪軸檢修生產線成為智慧輪軸檢修生產線。根據客車輪軸檢修實際需要，今后可進一步完善客車輪軸檢修生產線智慧管理方法，提升輪軸檢修手段。