鐵路貨車輪軸智慧檢修設(shè)計的幾點(diǎn)思考

苗旺龍，蘇軍，李木存，陳銀山

（1.國能鐵路裝備有限責(zé)任公司陜西分公司，陜西 榆林 719316；2.重慶正而奇數(shù)字技術(shù)有限公司，重慶 400707）

1 鐵路貨車輪軸智慧化檢修需求

通過對全國車輛段貨車輪軸檢修現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)在貨車輪軸檢修工藝和管理等方面，都存在有新技術(shù)應(yīng)用和業(yè)務(wù)管理上的痛點(diǎn)，在檢修過程全線設(shè)備自動化和檢修過程管理信息化方面，和行業(yè)內(nèi)世界先進(jìn)水平以及行業(yè)外智能制造水平，都存在巨大差距。

如何設(shè)計鐵路貨車輪軸智慧檢修方案，建造輪軸智慧檢修車間，全面實現(xiàn)取締人工作業(yè)的自動化檢修過程，實現(xiàn)智慧檢修的總體目標(biāo)，就需要進(jìn)行全面深入地思考和研究。

各車輪車間分布在不同的基地，建廠運(yùn)行時間、檢修條件和設(shè)備水平有明顯的差異，因此輪軸檢修智慧車間項目建設(shè)，不僅需要具有世界最先進(jìn)的技術(shù)水平，還需要具有較強(qiáng)的針對性和可實施性，更需要和現(xiàn)有檢修生產(chǎn)過程保持無縫聯(lián)接和切換。因此無論從技術(shù)上和工程實施管理上，都是一個比較巨大的系統(tǒng)工程，需要全面細(xì)致的研究，本文就輪軸智慧化檢修的課題研究給出幾點(diǎn)思考。

2 智慧化戰(zhàn)略規(guī)劃指導(dǎo)

貨車輪軸檢修，受限于各工位測量、檢修、加工等設(shè)備的獨(dú)立操作模式的限制，智慧檢修的目標(biāo)，很顯然首先要從對這些設(shè)備的聯(lián)動操作改造著眼和入手，完成機(jī)器替代人工操作，解決作業(yè)流水線自動化問題。

但是輪軸智慧檢修的核心是智能化，需要從智能化的角度，對整個檢修過程進(jìn)行自上而下的從宏觀到微觀的規(guī)劃設(shè)計，不僅要涉及到設(shè)備聯(lián)動自動化，也涉及到檢修的整個業(yè)務(wù)管理能否充分發(fā)揮檢修線的效能（如部分車輛段投入的智能庫處于停用狀態(tài)），檢修的質(zhì)量控制能否在檢修線中真正體現(xiàn)，以及是否支持未來狀態(tài)修的需求等。

所謂的智能化，是基于設(shè)備自動化和信息數(shù)字化的基礎(chǔ)之上，智慧車間應(yīng)對各種正常、異常以及更高需求場景下的整體應(yīng)對能力。所以，智慧檢修需要采用自上而下的戰(zhàn)略規(guī)劃指導(dǎo)，針對各種檢修場景，定制出最高端的智能化標(biāo)準(zhǔn)和方案。

3 國內(nèi)外智慧制造方案借鑒

貨車輪軸檢修是一個比較專業(yè)和單一的系統(tǒng)過程，不同于行業(yè)外其他典型的智能制造過程，后者無論是原料的多樣性、工序的復(fù)雜性以及用戶對產(chǎn)品不斷變化的需求，都對市場競爭具有高度依賴性，因此行業(yè)外加工制造生產(chǎn)類企業(yè)，在智慧化方面，發(fā)展得更快、應(yīng)用得更深入，表現(xiàn)在制造資源控制、現(xiàn)場運(yùn)行監(jiān)管、物流過程管控、生產(chǎn)執(zhí)行跟蹤、質(zhì)量工作監(jiān)督、生產(chǎn)績效統(tǒng)計及新產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計等方面，都有完善控制模式和技術(shù)平臺。這些都為貨車輪軸智慧化檢修設(shè)計，提供了很廣泛的借鑒參考。

貨車輪軸檢修的設(shè)計，就需要具有開放的思維，吸納不同行業(yè)的智能制造的先進(jìn)技術(shù)和方案，結(jié)合貨車輪軸檢修的特點(diǎn)，為我所用。

貨車輪軸檢修有關(guān)的技術(shù)服務(wù)和專業(yè)設(shè)備廠家，多年來在局部技術(shù)領(lǐng)域，也研發(fā)出了先進(jìn)的技術(shù)成果，并在輪軸檢修過程中得到應(yīng)用，但由于沒有全線聯(lián)動貫通的設(shè)計，各工位仍需要大量的人工參與，獨(dú)立操作，聯(lián)動功能無法發(fā)揮作用。因此智慧檢修的課題，提供了一個很好的契機(jī)，聯(lián)合有專業(yè)經(jīng)驗的技術(shù)廠家，把這些設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)化的通盤考慮和集成設(shè)計。

目前國內(nèi)還沒有實施這樣案例的總體設(shè)計公司，因此需要集中工廠智能化廠家、輪軸檢修設(shè)備廠家以及輪軸檢修專家進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，并積極學(xué)習(xí)具有輪軸檢修實施案例的國外公司的技術(shù)經(jīng)驗，借鑒引入?yún)⑴c到設(shè)計中來，使得我國貨車輪軸檢修水平，達(dá)到和超過世界一流水平。

例如西班牙Danobat公司在澳大利亞建立的鐵路貨車自動化維修工廠就是一個很好的案例。該項目是為礦業(yè)企業(yè)必和必拓公司( BHP Billiton)提供的全自動數(shù)字化貨車及輪軸檢修線，每28分鐘完成一輛貨車進(jìn)車、拆卸、維修和重新裝配的維修。整個工廠是一個復(fù)雜的制造系統(tǒng)，包括用于檢測和拆卸的主線、一個轉(zhuǎn)向架維修車間、一個車輪維修區(qū)和一個車體修型車間，包括所有工件的檢測和每個部件在制造過程中的信息報告。智能數(shù)字化系統(tǒng)完成整個維修過程和車間內(nèi)全部操作的監(jiān)測、控制和全面管理。這是一個工業(yè)4.0的成功案例，其它如在俄羅斯也有相同輪軸檢修系統(tǒng)應(yīng)用，都是可參考的世界先進(jìn)水平系統(tǒng)案例。

圖1 貨車輪軸全自動檢修案例（BHP Billiton）

4 貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則

《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》和《鐵路貨車廠修規(guī)程》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件（TG/CL224-2016，TG/CL110-2018 以下簡稱《鐵規(guī)》），是智慧化檢修方案必須遵照的過程和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是保證輪軸檢修的質(zhì)量的重要評判依據(jù)，智慧檢修方案只可以強(qiáng)化應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)，不能削弱更不能省略標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。

鐵標(biāo)在數(shù)據(jù)信息管理方面，規(guī)定了HMIS輪軸子系統(tǒng)（貨車信息化管理系統(tǒng)）在自動輸入、輸出的質(zhì)量記錄和臺賬報表在實現(xiàn)電子存儲、傳遞、校核、上報時，系統(tǒng)打印的質(zhì)量記錄和臺賬報表簽章后與手工填寫的記錄具有同等效力，這些都為智慧化檢修方案提供了信息化設(shè)計基礎(chǔ)。

系統(tǒng)實現(xiàn)智慧檢修的重要標(biāo)志是檢修數(shù)據(jù)自動上傳，避免了人工錄入，檢修效率的大大提高，對信息化平臺下的人工簽章確認(rèn)，提出了新的人機(jī)交互、電子確認(rèn)新模式要求。

對于檢修流程中，需要人工復(fù)檢的工位例如A型顯示微機(jī)控制超聲波自動探傷后，對輪軸須進(jìn)行全軸穿透和軸頸根部（卸荷槽）手工超聲波復(fù)探，對輪對須進(jìn)行全軸穿透手工超聲波復(fù)探；若A型顯示微機(jī)控制超聲波自動探傷發(fā)現(xiàn)缺陷時，還須采用手工超聲波探傷方式施行超聲波復(fù)探等，以上探傷以手工超聲波探傷結(jié)果為準(zhǔn)等，這些需要考慮在全智慧化檢修情況下，如何采用新的自動超探技術(shù)自動完成復(fù)探或者如何將手工復(fù)探，納入到系統(tǒng)交互中去，既不違反規(guī)則規(guī)定，保證輪軸檢修質(zhì)量，又不影響智慧檢修的整體流水化效率。

5 對狀態(tài)修系統(tǒng)的支持和利用

國家能源集團(tuán)鐵路貨車“狀態(tài)修”健康狀態(tài)診斷模型及狀態(tài)監(jiān)測維修系統(tǒng)（HCCBM）全面投入試運(yùn)用，標(biāo)志著國家能源集團(tuán)鐵路貨車檢修由“計劃修”向“狀態(tài)修”正式過渡。

所謂狀態(tài)修，即是一種預(yù)知維修（Predictive Maintenance），和傳統(tǒng)的以時間為基礎(chǔ)的（Time Based Maintenance，簡稱TBM）預(yù)防維修體制不同的是，前者是狀態(tài)劣化由被監(jiān)測的機(jī)器狀態(tài)參數(shù)實時變化反映出來，在足夠的提前期間發(fā)出警報，采取適當(dāng)?shù)木S修，后者是在設(shè)備出現(xiàn)了明顯的劣化后實施的維修，或者按時間計劃到期進(jìn)行的“無病也治、有病通治”的維修。目前國內(nèi)外正在推行的狀態(tài)修制度，是一種先進(jìn)、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)效益高的檢修制度，避免了檢修成本浪費(fèi)，或者部分車輛“帶病運(yùn)行”造成的安全隱患，配合狀態(tài)修制度的實行，輪軸車間智慧檢修系統(tǒng)，需要充分利用狀態(tài)修系統(tǒng)中輪軸在線運(yùn)行實時監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，根據(jù)各輪軸本身特定的“診斷”信息，進(jìn)入輪軸檢修修程時，進(jìn)行有重點(diǎn)參數(shù)目標(biāo)關(guān)注的針對性檢修，避免了“過度修”、“不足修”的盲目性，克服通修檢修時間長、工作量大、檢修資源浪費(fèi)等問題。另一方面，智慧檢修過程中形成的輪軸數(shù)據(jù)，也需要盡可能開放提供給CBM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，為輪軸的狀態(tài)修診斷，提供更充分的大數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)。

6 工業(yè)4.0與新技術(shù)應(yīng)用

工業(yè)4.0時代的產(chǎn)品和服務(wù)將借助于互聯(lián)網(wǎng)，通過智能化與機(jī)械、電子及環(huán)境的結(jié)合，生產(chǎn)用戶定制化的產(chǎn)品和服務(wù)。

輪軸檢修雖然不是生產(chǎn)用戶定制化的輪軸產(chǎn)品，但卻是為不同“個性”的輪軸提供檢修服務(wù)的智能化過程，因此利用工業(yè)4.0的思維，輪軸檢修對資源配置、檢修能力的影響，將會不斷上升，極端情況下甚至可以理解為個性化的單件進(jìn)行自動化檢修。

工業(yè)4.0時代的到來一方面由于用戶需求及市場的推動，更主要的由于互聯(lián)網(wǎng)時代各項新技術(shù)的逐步發(fā)展成熟的支持。因此智慧輪軸檢修引入這些新技術(shù)應(yīng)用也勢在必行。

例如5G通訊技術(shù)可用于智慧輪軸檢修各種數(shù)據(jù)監(jiān)測的通訊；智能AI視頻技術(shù)可用于輪軸標(biāo)牌自動識別以及檢修區(qū)域安全防護(hù)監(jiān)視；RFID技術(shù)可用于通過“托盤”或“貨架”對輪軸標(biāo)識信息在各工位進(jìn)行加工傳遞，或者在智能庫中進(jìn)行壓裝智能匹配；大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對輪軸狀態(tài)進(jìn)行定制化檢修；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)技術(shù)可用于車間檢修與廠外輪軸運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)功能的狀態(tài)修數(shù)據(jù)服務(wù)共享；AGV以及機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行輪軸上下料及自動輸送等；手機(jī)及觸摸屏完成人機(jī)交互、電子簽章等檢修業(yè)務(wù)協(xié)同等。

7 綠地項目和沙地項目

要建造世界一流水平的貨車輪軸智慧檢修項目，參照國外同類項目經(jīng)驗，最好選擇新址建造一個全新的檢修工廠（綠地項目），這樣可以不受原廠區(qū)的場地、設(shè)備等各種原有條件的限制，采用世界最高水平的監(jiān)測、加工、組裝設(shè)備，設(shè)計出實現(xiàn)最高目標(biāo)要求的最優(yōu)化的檢修線和智能化系統(tǒng)。

當(dāng)然目前各車輛段的現(xiàn)狀，都是處于一邊完成繁重的檢修任務(wù)，一邊嘗試進(jìn)行各種局部改造的狀態(tài)，輪軸智慧檢修項目一般采用在原廠區(qū)進(jìn)行利舊改造（沙地項目），也是行業(yè)面臨的實際問題。

利舊改造雖然避免了設(shè)備投入資源的浪費(fèi)，但也需要對原設(shè)備進(jìn)行修改、研發(fā)，與現(xiàn)有檢修任務(wù)的切換，需要突入大量的人力、時間成本，考慮到檢修任務(wù)的并行計劃，也會帶來智慧檢修功能上分階段折衷等問題。

智慧檢修方案的詳細(xì)設(shè)計，也很大程度上取決于車輛段對綠地項目還是沙地項目的慎重決策，歸根結(jié)底是輪軸智慧檢修系統(tǒng)的投入產(chǎn)出比的決策，是鐵路局分公司或車輛段需要在建造未來高大上的智慧檢修場景和改造當(dāng)前車間現(xiàn)狀場景之間的價值判斷。

8 結(jié)語

貨車輪軸智慧檢修是輪軸檢修行業(yè)的必然趨勢，涉及各個層面的改造和新技術(shù)應(yīng)用，需要多專業(yè)的共同協(xié)同配合，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本文對此提出的一些思考，供輪軸智慧檢修有關(guān)的設(shè)計和項目實施參考。