鐵路智能監(jiān)造總體框架研究與應(yīng)用

趙志春

(中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司 設(shè)備監(jiān)造部， 濟(jì)南 250001)

監(jiān)造工作是強(qiáng)化鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛產(chǎn)品源頭質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，也是保障機(jī)車(chē)車(chē)輛運(yùn)用質(zhì)量、確保運(yùn)輸安全的基礎(chǔ)性工作。我國(guó)在高速動(dòng)車(chē)組的研發(fā)制造上處于行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先地位，已初步形成智能制造規(guī)模和智能化生產(chǎn)能力，具備智能化創(chuàng)新應(yīng)用的技術(shù)條件和智能監(jiān)造應(yīng)用環(huán)境。在“復(fù)興號(hào)”品牌戰(zhàn)略發(fā)展、智能鐵路創(chuàng)新發(fā)展、智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的大背景下，迫切需要開(kāi)展智能監(jiān)造建設(shè)工作。

筆者從鐵路設(shè)備監(jiān)造與現(xiàn)代信息技術(shù)的創(chuàng)新融合的角度，對(duì)智能監(jiān)造總體框架進(jìn)行研究和創(chuàng)新實(shí)踐。

1 智能監(jiān)造基本概念

1.1 定義

智能監(jiān)造是智能鐵路在設(shè)備監(jiān)造驗(yàn)收工作領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)踐，以生產(chǎn)企業(yè)智能制造設(shè)備為基礎(chǔ)，充分利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人等新一代信息處理與集成技術(shù)，通過(guò)對(duì)鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛造修、運(yùn)維、相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施及內(nèi)外部環(huán)境信息的全面感知度量、融合處理，主動(dòng)學(xué)習(xí)和科學(xué)決策，實(shí)現(xiàn)鐵路設(shè)備監(jiān)造全生命周期的高度信息化、自動(dòng)化、智能化。

1.2 特征

智能監(jiān)造的特征是標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、可視化、智能化、高效化。

(1)標(biāo)準(zhǔn)化：利用業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)化及協(xié)同工作技術(shù)規(guī)范鐵路設(shè)備監(jiān)造管理和過(guò)程管控的工作流模型，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)造流程管控。

(2)集成化：推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)手段與監(jiān)造業(yè)務(wù)的創(chuàng)新融合，加強(qiáng)監(jiān)造控制，形成一套在人防、物防、技防方面行之有效的監(jiān)造體系。

(3)可視化：利用工業(yè)仿真技術(shù)對(duì)設(shè)備監(jiān)造過(guò)程進(jìn)行建模仿真，生產(chǎn)要素實(shí)時(shí)感知，通過(guò)可視化技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)智監(jiān)能造業(yè)務(wù)全景展示。

(4)智能化：通過(guò)對(duì)設(shè)備監(jiān)造全過(guò)程的實(shí)時(shí)采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、質(zhì)量研判、工序流程卡控、缺陷整改及閉環(huán)處置，實(shí)現(xiàn)造項(xiàng)監(jiān)目部及企業(yè)的智能化監(jiān)造應(yīng)用需求。

(5)高效化：通過(guò)與鐵路內(nèi)部、主機(jī)企業(yè)內(nèi)部的相關(guān)信息系統(tǒng)進(jìn)行有效集成，提高監(jiān)造效率，提升監(jiān)造水平，整體提升監(jiān)造效能。

2 智能監(jiān)造總體藍(lán)圖

圍繞監(jiān)造服務(wù)能力、企業(yè)服務(wù)能力、信息服務(wù)能力，提出了基于智能監(jiān)造平臺(tái)(智能監(jiān)造大腦)的鐵路智能監(jiān)造總體藍(lán)圖(見(jiàn)圖1)。作為智能監(jiān)造業(yè)務(wù)應(yīng)用的核心基礎(chǔ)智能監(jiān)造平臺(tái)包括：

圖1 智能監(jiān)造總體藍(lán)圖

(1)數(shù)據(jù)服務(wù)子平臺(tái)構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。

(2)智能制造服務(wù)子平臺(tái)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)協(xié)議和設(shè)備接口，實(shí)現(xiàn)智能制造設(shè)備應(yīng)用集成與整合，實(shí)現(xiàn)全生產(chǎn)要素信息的實(shí)時(shí)采集和規(guī)范接入，并通過(guò)接口與各系統(tǒng)共享應(yīng)用數(shù)據(jù)。

(3)廠監(jiān)協(xié)同管控子平臺(tái)構(gòu)建業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)化及業(yè)務(wù)協(xié)同，提升流程服務(wù)整合，通過(guò)分析算法和協(xié)同模型，實(shí)現(xiàn)廠監(jiān)業(yè)務(wù)融合與質(zhì)量管控，提高過(guò)程優(yōu)化和協(xié)作效率。

(4)數(shù)字化監(jiān)造子平臺(tái)構(gòu)建設(shè)備監(jiān)造全過(guò)程、全要素資源的數(shù)字化，提高管理精細(xì)化程度，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能監(jiān)造。

(5)智能監(jiān)造服務(wù)子平臺(tái)構(gòu)建智能處理服務(wù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識(shí)，為監(jiān)造業(yè)務(wù)應(yīng)用增智賦能，提升監(jiān)造智能化水平。

(6)大數(shù)據(jù)分析子平臺(tái)構(gòu)建大數(shù)據(jù)處理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值深度挖掘，大數(shù)據(jù)綜合利用。

(7)云計(jì)算服務(wù)子平臺(tái)將監(jiān)造相關(guān)的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行整合，構(gòu)建云計(jì)算服務(wù)。

3 智能監(jiān)造總體架構(gòu)

智能監(jiān)造定位于實(shí)現(xiàn)鐵路設(shè)備監(jiān)造的智能化管理，部署在生產(chǎn)企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)部，依托于生產(chǎn)企業(yè)局域網(wǎng)及無(wú)線局域網(wǎng)，利用企業(yè)既有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和安全保障措施支撐系統(tǒng)應(yīng)用，通過(guò)與企業(yè)信息化系統(tǒng)交互自動(dòng)采集、接入各類(lèi)智能化設(shè)備及系統(tǒng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等，通過(guò)鐵路安全平臺(tái)認(rèn)證后與鐵路相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行信息共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)造全過(guò)程的信息化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，為監(jiān)造人員及企業(yè)人員提供監(jiān)造全過(guò)程信息服務(wù)支撐。智能監(jiān)造總體架構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 智能監(jiān)造總體架構(gòu)

4 智能監(jiān)造關(guān)鍵性技術(shù)

4.1 信息資源一體化

制定數(shù)據(jù)交換與共享的工作流程，采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備/系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)同步/異步兩種數(shù)據(jù)共享機(jī)制，保證數(shù)據(jù)共享的可靠性和一致性，提高信息資源的使用效益，降低信息協(xié)同成本，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的有效共享、交互和集成應(yīng)用。

由于既有系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性，因此采用應(yīng)用系統(tǒng)級(jí)共享實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享，主要分為信息交換方式和服務(wù)共享方式：

信息交換方式：通過(guò)數(shù)據(jù)接口文件交互，完成格式轉(zhuǎn)換和協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的快速信息交換。

服務(wù)共享方式：通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需的功能提煉，按標(biāo)準(zhǔn)格式對(duì)單一功能模塊或重新組合的功能模塊進(jìn)行封裝，采用Webservice等方式對(duì)外提供數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用功能服務(wù)。

針對(duì)智能制造設(shè)備采用統(tǒng)一接口規(guī)范，制定詳細(xì)的數(shù)據(jù)采集接口規(guī)范。

接口調(diào)用方交互流程：接口調(diào)用方啟動(dòng)調(diào)用流程，接口提供方接到調(diào)用方法后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并返回相應(yīng)結(jié)果；接口調(diào)用方根據(jù)返回值確定調(diào)用是否成功；調(diào)用成功時(shí)存儲(chǔ)相關(guān)結(jié)果完成接入交互；調(diào)用失敗時(shí)根據(jù)協(xié)議間隔時(shí)間再次調(diào)用，直至返回成功，完成數(shù)據(jù)接入交互。

4.2 流程標(biāo)準(zhǔn)化及協(xié)同工作

依據(jù)業(yè)務(wù)流程建模和跨組織協(xié)同工作相關(guān)理論和技術(shù)，將設(shè)備監(jiān)造工作與生產(chǎn)企業(yè)的制造工做統(tǒng)一起來(lái)，構(gòu)建鐵路設(shè)備監(jiān)造和執(zhí)行的工作流模型，實(shí)現(xiàn)“統(tǒng)一業(yè)務(wù)流程、提高工作效率、增強(qiáng)流程管控”的管理目標(biāo)，在確保流程標(biāo)準(zhǔn)化的同時(shí)不斷優(yōu)化完善，提高監(jiān)造效率，提升監(jiān)造管理水平。

4.3 信息融合及智能監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)

信息融合技術(shù)在智能制造系統(tǒng)領(lǐng)域已取得成效，主要是多源設(shè)備/系統(tǒng)信息進(jìn)行融合，用于提高故障定位、故障診斷、狀態(tài)估計(jì)的可靠性和準(zhǔn)確性。

通過(guò)設(shè)備監(jiān)造全方位、多層次、跨系統(tǒng)的信息融合，構(gòu)建鐵路智能監(jiān)造體系，利用現(xiàn)代新技術(shù)對(duì)智能制造設(shè)備的信息進(jìn)行分析、優(yōu)化組合、綜合處理、提高狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷智能化程度，提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，基于數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)集成、系統(tǒng)整合、信息共享的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)檢測(cè)目標(biāo)，結(jié)合可視化技術(shù)直觀展示監(jiān)造過(guò)程全貌。

5 智能監(jiān)造應(yīng)用與實(shí)踐

以生產(chǎn)企業(yè)智能制造設(shè)備為基礎(chǔ)，結(jié)合CR400AF型復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組監(jiān)造工作，開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化智能監(jiān)造研究工作，將轉(zhuǎn)向架區(qū)域12個(gè)、車(chē)體區(qū)域9個(gè)、總裝區(qū)域16個(gè)納入智能監(jiān)造智能檢測(cè)智能監(jiān)測(cè)范圍，實(shí)現(xiàn)CR400AF型復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組監(jiān)造全過(guò)程信息的實(shí)時(shí)采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、質(zhì)量研判、工序流程卡控，缺陷整改及閉環(huán)處置，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，建立動(dòng)車(chē)組監(jiān)造人防、物防、技防“三位一體”安全保障體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能監(jiān)造的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、高效化管理，整體提升CR400AF型復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組的監(jiān)造效能，推動(dòng)監(jiān)造業(yè)務(wù)與現(xiàn)代新技術(shù)的創(chuàng)新融合，見(jiàn)圖3。

圖3 CR400AF型復(fù)興號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化智能監(jiān)造系統(tǒng)建設(shè)方案

5.1 監(jiān)造信息資源一體化

統(tǒng)一各類(lèi)智能化設(shè)備/系統(tǒng)接口規(guī)范，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、規(guī)范接入和綜合應(yīng)用，分3個(gè)階段接入CR400AF型復(fù)興號(hào)監(jiān)造相關(guān)的關(guān)鍵工序和特殊過(guò)程和智能設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)造智能檢測(cè)智能監(jiān)測(cè)要求，以數(shù)據(jù)智能驅(qū)動(dòng)監(jiān)造智能，見(jiàn)圖4。

5.2 監(jiān)造流程標(biāo)準(zhǔn)化及協(xié)同工作

梳理設(shè)備監(jiān)造與生產(chǎn)企業(yè)制造業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建鐵路智能監(jiān)造標(biāo)準(zhǔn)化工作流程模型，實(shí)現(xiàn)監(jiān)造和制造產(chǎn)品交檢交驗(yàn)業(yè)務(wù)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)工序流程卡控，問(wèn)題缺陷整改及閉環(huán)處置，實(shí)現(xiàn)監(jiān)造標(biāo)準(zhǔn)化流程管控，實(shí)現(xiàn)監(jiān)造管理層

圖4 CR400AF型復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組智能監(jiān)造平臺(tái)設(shè)備集成架構(gòu)

和執(zhí)行層業(yè)務(wù)過(guò)程的融合協(xié)調(diào)。

5.3 監(jiān)造信息融合及可視化

鐵路信息安全平臺(tái)為鐵路內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換、信息融合提供了安全和技術(shù)保障，實(shí)現(xiàn)與鐵路機(jī)輛監(jiān)造驗(yàn)收管理系統(tǒng)、鐵路動(dòng)車(chē)組管理信息系統(tǒng)、鐵路動(dòng)車(chē)組技術(shù)變更系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通及信息共享，通過(guò)與鐵路內(nèi)部、生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部的相關(guān)信息系統(tǒng)進(jìn)行有效集成和信息共享，資源一體化，打通業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間的壁壘，提高監(jiān)造效率。

充分利用企業(yè)的智能制造設(shè)備數(shù)據(jù)，在可靠數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)手段將設(shè)備與企業(yè)智能制造、質(zhì)量管控融為一體，使監(jiān)造工作覆蓋到鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛產(chǎn)品制造、運(yùn)用維護(hù)、故障反饋、源頭質(zhì)量整治體系當(dāng)中，通過(guò)智能技術(shù)進(jìn)行分析，將數(shù)據(jù)資源轉(zhuǎn)化為知識(shí)，利用可視化技術(shù)，在智能檢測(cè)監(jiān)測(cè)中心大屏上進(jìn)行智能監(jiān)造業(yè)務(wù)全景展示，見(jiàn)圖5。實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)備實(shí)施監(jiān)測(cè)和智能質(zhì)量研判，監(jiān)造全過(guò)程管控，從整體上把握監(jiān)造概況，輔助監(jiān)造管理決策。

圖5 智能監(jiān)造業(yè)務(wù)全景展示

5.4 智能化監(jiān)測(cè)檢測(cè)解決方案

智能監(jiān)測(cè)是對(duì)智能化生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和預(yù)警。監(jiān)造人員在智能監(jiān)測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)上可以實(shí)時(shí)觀察到現(xiàn)場(chǎng)智能化設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，智能監(jiān)造系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到生產(chǎn)數(shù)據(jù)不符合生產(chǎn)工藝要求，達(dá)到臨界值即發(fā)出監(jiān)測(cè)預(yù)警通知監(jiān)造人員。

圖6 車(chē)體焊接數(shù)據(jù)展示邏輯與示例數(shù)據(jù)展示時(shí)：第一區(qū)域顯示車(chē)型基本信息，其余區(qū)域顯示各個(gè)測(cè)量項(xiàng)詳細(xì)數(shù)據(jù)信息

以中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組(CR400AF型)車(chē)體為例，說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)化智能監(jiān)造系統(tǒng)智能化監(jiān)測(cè)解決方案。動(dòng)車(chē)組車(chē)體部分的焊接數(shù)據(jù)主要包括全部自動(dòng)焊和重要工序的半自動(dòng)焊接參數(shù)，覆蓋端部底架、底架、車(chē)頂、側(cè)墻、端墻、司機(jī)室、總成、車(chē)體交出8大工序。車(chē)體焊接數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)展示邏輯及示例(見(jiàn)圖6)，監(jiān)造人員可以對(duì)發(fā)出預(yù)警通知的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度分析和判斷(見(jiàn)圖7)。

智能檢測(cè)是監(jiān)造人員利用移動(dòng)手持智能設(shè)備，從監(jiān)造的角度在監(jiān)造過(guò)程中對(duì)監(jiān)造產(chǎn)品與工序及智能化設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)，依據(jù)監(jiān)造細(xì)則進(jìn)行合規(guī)性檢測(cè)和監(jiān)造數(shù)字化留痕。以監(jiān)造人員利用手持設(shè)備對(duì)動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架工序交檢移交單中某一質(zhì)量項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)造核查為例說(shuō)明(見(jiàn)圖8)。

圖7 車(chē)體某一焊接數(shù)據(jù)測(cè)量項(xiàng)維度分析表頭為檢測(cè)項(xiàng)點(diǎn)，橫坐標(biāo)為列號(hào)，縱坐標(biāo)為測(cè)量值

圖8 產(chǎn)品(工序)交檢移交單與監(jiān)造核查項(xiàng)點(diǎn)集成方案點(diǎn)擊交檢移交單中其中的一個(gè)生產(chǎn)編號(hào)，跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)到的質(zhì)量項(xiàng)點(diǎn)展示詳細(xì)表單界面。

6 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合智能鐵路及智能制造發(fā)展趨勢(shì)，從鐵路設(shè)備監(jiān)造與新技術(shù)融合的角度對(duì)智能監(jiān)造總體框架進(jìn)行深入研究，對(duì)智能監(jiān)造的基本概念、總體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡釋?zhuān)ㄟ^(guò)CR400AF型復(fù)興號(hào)監(jiān)造工作為試點(diǎn),對(duì)智能監(jiān)造進(jìn)行了積極探索和應(yīng)用，進(jìn)一步推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)手段與監(jiān)造業(yè)務(wù)的創(chuàng)新融合，證明智能監(jiān)造的可行性和先進(jìn)性，為設(shè)備監(jiān)造工作提供可復(fù)制、可借鑒、可推廣的創(chuàng)新應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)化鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛產(chǎn)品源頭質(zhì)量保障。