城軌車輛制動單元及閥類智能化檢修產(chǎn)線應用研究

李繼松,焦高軍,王海濤,姚娟娟,杜劍宇,王超恒

(1.中車青島四方車輛研究所有限公司，山東 青島 266031；2.北京市地鐵運營有限公司 地鐵運營技術(shù)研發(fā)中心,北京 102208；3.地鐵運營安全保障技術(shù) 北京市重點實驗室,北京 102208)

1 概述

軌道交通運營里程和檢修相關(guān)業(yè)務量不斷擴大，現(xiàn)階段地鐵車輛檢修過程缺乏信息化、自動化、智能化手段，存在檢修過程質(zhì)量追溯困難、缺少智能防呆防錯手段、檢修數(shù)據(jù)共享程度低、缺少即時的預警信息提示、缺少現(xiàn)場檢修詳細數(shù)據(jù)上傳等問題，由于這些問題使得檢修過程不能全過程管控，從而導致檢修完的部件存在返工再修的問題，影響檢修質(zhì)量和車輛運營需求。

車輛部件檢修質(zhì)量和效率對保證車輛運行壽命、提高車輛運營效率、降低車輛運營故障率起到關(guān)鍵作用，傳統(tǒng)的檢修模式已不能滿足智能化需求，越來越多的地鐵車輛段及軌道交通行業(yè)相關(guān)的廠家進行了智能化生產(chǎn)檢修模式的探討。城軌車輛單元制動器及閥類智能化檢修產(chǎn)線(以下稱“智能檢修線”)能夠?qū)φ麄€部件檢修進度進行可視化管控，制動系統(tǒng)作為車輛運行保證的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，對其檢修模式進行智能化規(guī)劃設(shè)計成為必然趨勢。

通過城軌車輛制動單元及閥類智能檢修產(chǎn)線的應用研究解決傳統(tǒng)檢修模式的業(yè)務短板，加入自動化、信息化手段，實現(xiàn)檢修流程的作業(yè)過程追溯和質(zhì)量追溯，提高裝配效率和裝配質(zhì)量；將傳統(tǒng)的工單派發(fā)和物料領(lǐng)取流程進行信息化建設(shè)，實現(xiàn)整個檢修工單和物料清單領(lǐng)取的過程追溯，包括質(zhì)量互檢、維修數(shù)據(jù)確認、進度管控等信息，逐步改進車輛部件檢修質(zhì)量追溯手段，提高自主化維修的效率，提高檢修部件的裝配質(zhì)量，降低車輛部件的檢修成本。

2 產(chǎn)品用途

智能檢修線用于城軌車輛制動單元及城軌車輛閥類的分解、清洗、檢查、組裝、試驗全過程。智能檢修線采用電動扭緊技術(shù)和自動控制技術(shù)，能夠減少單元制動器及閥類組裝過程中人為的干預因素，精確控制扭矩；采用流水線實時傳送檢修部件到各個分解組裝工位，實現(xiàn)部件自動流轉(zhuǎn)；采用智能配送物流托盤，實現(xiàn)物料裝配信息追溯及物料齊套性檢查防錯；采用條碼和射頻識別、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，實現(xiàn)全檢修過程數(shù)據(jù)實時記錄，建立檢修部件的電子履歷；采用可視化防誤系統(tǒng)，實現(xiàn)檢修工藝動態(tài)指引，提高裝配質(zhì)量。智能檢修線實現(xiàn)智能檢修管控系統(tǒng)的平臺搭建，完成人員管理、工單管理、進度管理。通過在檢修班組設(shè)置信息化管理終端，完成檢修任務分配；通過在不同檢修區(qū)域設(shè)置人員識別終端，實現(xiàn)檢修進度管控；通過在檢修車間設(shè)置檢修任務顯示終端，實現(xiàn)車間檢修任務可視化；通過對生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)的實時記錄及科學的數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計,實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場透明化，實現(xiàn)科學排產(chǎn)和實時質(zhì)量控制，達到組裝作業(yè)標準化的目標。

3 產(chǎn)品架構(gòu)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)可分為五層，分別是展示層、應用層、操作層、控制層和現(xiàn)場層。圖1為系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

展示層：由企業(yè)的生產(chǎn)檢修計劃等信息化系統(tǒng)所構(gòu)成，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)檢修的整體管控，實時展示生產(chǎn)線的進度信息等。

應用層：由檢修線的生產(chǎn)管理系統(tǒng)所構(gòu)成，主要包括檢修線所涉及的人員、工藝設(shè)備管理等。

操作層：由踏面制動單元檢修的各個子工序構(gòu)成，連接踏面制動單元檢修的整個過程。

控制層：是整個系統(tǒng)的核心控制層，主要由可編程邏輯控制器(PLC)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、人機交互(HMI)系統(tǒng)等組成。

現(xiàn)場層：是踏面制動單元檢修的設(shè)備層，主要由試驗臺、電動扭力扳手、掃碼槍、車間電子顯示系統(tǒng)等設(shè)備組成。

3.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，主要包括現(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)服務器、接入交換機、無線AP、系統(tǒng)應用服務器、PLC等，可以實現(xiàn)智能化檢修產(chǎn)線的信息傳遞，實現(xiàn)檢修過程信息采集進度監(jiān)控等，從而實現(xiàn)檢修全過程控制。

圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

4 總體布局

根據(jù)用戶現(xiàn)場調(diào)研，檢修線占地面積為26 000 mm×8 000 mm，檢修線(圖3)按照U形設(shè)計原則，部分采用流水線形式設(shè)計，主要包括閥類檢修間(包含閥類檢修工作臺和試驗臺)和制動單元智能化檢修線，檢修線包含待修品存放區(qū)、拆解工作區(qū)、清洗區(qū)、檢修工作區(qū)、組裝工作區(qū)、試驗區(qū)、合格品存放區(qū)、物料存放區(qū)。 通過在各個工位按需配置軟硬件系統(tǒng)的實施，實現(xiàn)檢修全過程可控，從而提高裝配質(zhì)量和檢修效率。硬件系統(tǒng)包括智能傳送系統(tǒng)、智能扭矩系統(tǒng)、智能可視化系統(tǒng)、智能防誤系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工單管理、生產(chǎn)管理、計劃管理等功能模式。

圖3 總體布局

5 硬件系統(tǒng)

5.1 智能傳送系統(tǒng)

智能傳送系統(tǒng)(圖4)用于制動單元拆解后、組裝前各零部件存放托盤在工作臺間的流轉(zhuǎn)。智能傳送系統(tǒng)分為垂直換向動力滾筒線和動力滾筒線兩種設(shè)計。垂直換向動力滾筒線用于將托盤從工作臺側(cè)邊輸送到動力滾筒線，動力滾筒線用于托盤在工作臺背面各工作臺之間的輸送。

圖4 智能傳送系統(tǒng)

5.2 智能扭矩系統(tǒng)

智能扭矩系統(tǒng)(圖5)用于制動單元及停放缸組裝工位的自動打扭矩作業(yè)，實現(xiàn)精準扭矩控制，提高裝配質(zhì)量。智能扭矩系統(tǒng)由控制器、電動扭力扳手、吊裝工裝等組成。智能扭矩系統(tǒng)具有以下功能：(1)能夠?qū)崿F(xiàn)扭矩精確控制。扭矩控制系統(tǒng)能夠按照工藝要求對緊固螺栓進行扭矩控制、角度控制和轉(zhuǎn)速控制，防止出現(xiàn)扭矩過大、過小的情況，提高產(chǎn)品質(zhì)量管控能力。(2)實時記錄扭矩數(shù)據(jù)。扭矩控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r記錄扭矩曲線和合格/不合格數(shù)據(jù)，并能夠聯(lián)網(wǎng)傳遞到數(shù)據(jù)庫中去。(3)螺栓數(shù)量的防誤。扭矩控制系統(tǒng)能夠設(shè)定螺栓的數(shù)量，自動判斷工序中是否按照設(shè)定數(shù)量進行操作，并能夠?qū)惓Ｐ畔鬟f給信息控制系統(tǒng)。(4)質(zhì)量檢測功能?？刂葡到y(tǒng)能夠根據(jù)打扭矩的結(jié)果判斷是否放行到下一工位。

圖5 智能扭矩系統(tǒng)

5.3 智能可視化系統(tǒng)

智能可視化系統(tǒng)(圖6)主要分為3層，包括工位級智能操作引導子系統(tǒng)、車間級電子看板、遠程監(jiān)控。工位級智能操作引導子系統(tǒng)通過觸摸屏動態(tài)顯示組裝步驟，對操作者進行操作指引，若操作者未按照規(guī)定工序進行安裝，智能工藝指引系統(tǒng)則進行警告，并停止安裝步驟，禁止操作者進行下一步的工藝步驟?，F(xiàn)場根據(jù)工位設(shè)置要求配置車間檢修線看板、工位電子看板、車間進度顯示大屏等硬件進行可視化系統(tǒng)的搭建。

圖6 智能可視化系統(tǒng)

5.4 智能防誤系統(tǒng)

智能防誤系統(tǒng)(圖7)主要采用光電傳感器技術(shù)、自動識別技術(shù)、扭矩自動控制技術(shù)等對物料、工藝、工序、工裝工具等進行防誤?，F(xiàn)場根據(jù)作業(yè)工藝指導書要求配置電動扭力扳手及相應控制器、射頻控制系統(tǒng)等硬件實現(xiàn)智能防誤。在組裝工位通過可視化看板指導，系統(tǒng)根據(jù)工藝要求自動下發(fā)扭矩值至電動扭力扳手，打扭矩作業(yè)完成后扭矩值自動上傳至作業(yè)記錄過程中，實現(xiàn)智能扭矩防誤，提高裝配質(zhì)量和效率。通過射頻控制系統(tǒng)實現(xiàn)檢修過程信息記錄和傳遞，實現(xiàn)部件的檢修電子履歷建立。

圖7 智能防誤系統(tǒng)

6 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)(圖8)能夠?qū)崿F(xiàn)整個檢修線的作業(yè)工單管理、物料工單管理以及車輛檢修進度可視化管理，實現(xiàn)踏面制動單元智能檢修線的自動化、信息化、數(shù)字化、可視化管理。

圖8 軟件系統(tǒng)

6.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

主要對系統(tǒng)中重要的信息數(shù)據(jù)進行管理，包括信息的查詢、添加、刪除、修改以及其他設(shè)置。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護后提供業(yè)務功能進行使用。

6.2 工藝管理

對生產(chǎn)中工藝配方指導和工藝路線進行信息管理，維護每個工序中工作步驟以及每個工作步驟的具體操作指導。

6.3 生產(chǎn)管理

管理生產(chǎn)中的生產(chǎn)訂單計劃，每個計劃需要審批，審批通過后的訂單根據(jù)工藝路線中的工序拆分工單?？梢詫ιa(chǎn)訂單執(zhí)行實現(xiàn)暫停和執(zhí)行控制。每個產(chǎn)線只能有一個在執(zhí)行的訂單。

6.4 工單管理

展示已經(jīng)審批通過的生產(chǎn)訂單以及工序工單。

6.5 可視化

工位端用于工單的領(lǐng)取查詢、統(tǒng)計分析、作業(yè)指導，大屏展示界面主要對檢修線的檢修實時狀態(tài)進行監(jiān)控，顯示當前檢修線的計劃、進度、異常等情況。圖9為可視化看板。

圖9 可視化看板

7 結(jié)束語

通過對智能檢修線的應用研究，將智能檢修管控系統(tǒng)得以實施，可以不斷提高車輛檢修質(zhì)量控制，提高檢修效率，降低檢修成本，實現(xiàn)智能管理、智能檢修，能夠?qū)鹘y(tǒng)的檢修模式改為智能化檢修模式，對車輛段開展智能檢修新模式試點示范具有帶頭作用，可圍繞檢修、管理等先進手段、經(jīng)驗進行移植、推廣。