转向架数字化车间建设

陈常春

中车 贵阳车辆有限公司 贵阳 550017 【摘要】 本文以建立转向架数字化车间为目标，从建设方案、预期效果、分期建设、远期展望四个方面论述了数字化车间建设的必要性。

【关键词】自动化、信息化、数字化、智能化、生产系统

1. 总体目标

实现转向架车间工艺装备系统、生产组织系统、质量管理系统和其他管理系统的信息集成，形成检修/新造集成信息流的综合自动化系统。从整体上提高转向架生产系统的柔性，改善车间生产的组织与管理。构建自动化、信息化和智能化的生产模式，实现工艺装备数字化、设备维护数字化、生产过程数字化、管理数字化。

1.建立自动化智能化、信息化的工艺装备系统，实现工艺装备数字化。为加工装备数字化提供支撑，即建设集转向架分解、探伤、轮轴检修组装、轴承检修压装、转向架组装为一体的全自动化生产流水线。

2.建立设备集成系统(设备控制中心），实现设备维护数字化。生产设备具备诊断设备上关键零部件及核心部件故障的功能，能够自动检测、自动补偿、自动调校诊断、预诊断等功能。

3.实现生产过程数字化。建立生产控制系统和物料供应系统为主体的生产指挥中心，完成车间的人员调配、劳动组织、生产调度、产量控制、质量控制、成本控制、工艺反馈与改进、质量分析、生产统计、定额核算、安全生产、现场管理等整个车间生产管理与执行控制任务。

4.实现车间管理数字化。建立集车间监控系统、数据采集系统、设备故障监控系统、数据采集服务系统、车间生产指挥中心为一体的可视化信息中心，为车间管理数字化提供数据支撑。

2. 建设方案

以精益理念为指导，通过自动化、智能化、信息化实现转向架车间数字化的目标。数字化车间建设分三条主线：第一条是建立以转向架分解、探伤、轮轴检修组装、轴承检修压装、转向架组装五条流水线上的自动化设备组成的自动化生产系统与相关设施，实现转向架检修过程的精确化执行，这是数字化车间的硬件基础。第二条线是以MES为中心的智巧化管控系统，实现对计划调度、生产物流、工艺执行、过程质量、设备管理等生产过程各环节及要素的精细化管控。第三条主线是在互联互通的设备物联网基础上，并以之作为桥梁，联接起信息化系统与工艺设备等物理空间的自动化设备，构建车间级的HCPS系统，实现人-信息-物理的相互作用、深度融合。

1. 规划阶段。针对自动化智能化改造的方向，明确车间数字化智能化信息化建设目标和愿景，制定规划和实施路径。首先对轴承退卸、轮对收入以及轮对除锈进行自动化、智能化改造，其次对摇枕侧架分解上下料和抛丸检修、轴承压装、轮对编辆、轴承检修进行自动化、智能化改造，逐步覆盖车间所有工序，聚成一张数字智能网。

2. 设计阶段。制定轴承退卸、轮对除锈、摇枕侧架分解上下料和抛丸检修、轴承压装、轮轴加工及压装、轮轴编辆、轴承检修自动化智能化改造方案，并对方案进行论证，逐步进行细化。

2.1车间布局设计：对厂房、设备工艺能力分析与布置、物流方案等进行设计。

2.2设备、生产单元、生产线、车间自动化方案设计：对加工、装配、检测、物流的自动化方案，以及关键设备的智能化提升方案进行设计。

2.3检修流程分析：对工艺路线规划、工序设计、工序分配、产线平衡等进行分析。

2.4信息系统设计：对支持车间规划、计划、运行管控、现场控制、数据采集、决策分析等的各类工业软件进行设计。

2.5支撑条件设计：对车间物联网络、可视化显示与报警、信息安全与车间安全、数据总线与大数据储存、信息集成、人员规划等进行设计。

2.6业务流程梳理：对计划流、执行流、物流、质量流、变更处理流、决策分析流等进行梳理。

3. 建设阶段

3.1车间自动化、智能化建设：根据各工序工艺特点，建设检修、组装、检测、物流自动化、智能化生产系统，该系统具备足够的柔性，支持多品种混流生产。

3.2信息系统建设：包括现场控制类、生产管控类、车间运营类、协同制造类等几类工业软件的建设。

3.3系统集成和信息融合：全面实现系统集成和信息融合，建设产品生命周期端到端集成、车间横向集成和纵向集成。

3.4组织建设和人员培训：提前谋划人员分流和需求方案，做好人员规划，数字化、智能化车间建设后，对人员组织结构和人员岗位进行调整。

3. 预期效果

1.产品质量稳定可靠，基本消除人为因素对质量的影响。预期质量提高10-20%。

2.降低生产成本，生产管理成本减少15-25%。

3.用工人数由272人减少到180人，用工率减少34%。

4.内外物流实时管控，降低库存水平，减少在制品堆积。预期生产计划成本降低10-30%，生产准备成本降低15-40%，生产周期降低15-40%。

4. 运行阶段

4.1计划制定与生产调度：通过智能信息库制定生产计划，数字智能库进行控制和生产调度。

4.2工艺执行与现场管控：各工序工艺执行和现场管控通过数字智能监管。

4.3物流计划与配送执行:通过信息共享，智能决策物流配送。

4.4质量策划与过程控制:建立视觉系统，智能识别质量缺陷，实时对质量过程进行控制。

4.5设备操作与维护:通过数字智能信息对所有设备进行管理和控制，对设备故障进行智能诊断和维护。

4.6人力管理与成本控制:对人员进行一体化管理，通过数字智能准确的对成本进行预估，控制生产成本。

4. 分期建设

车间预计分四期完成数字化建设。第一期预计在2021年完成轴承退卸柔性化改造项目和轮对除锈柔性化改造；第二期预计在2022年完成摇枕侧架分解和抛丸自动化改造、轴承压装自动化智能化改造、轮对自动编辆系统自动化智能化改造、轴承检修自动化智能化改造；第三期预计在2023年完成拆车线自动化改造、摇枕侧架检修和喷漆自动化改造、轮轴加工和轮对压装智能化改造、循环线升级改造、厂房地面改造；第四期预计在2024年完成车间监控系统、数据采集系统、设备故障监控系统、生产控制系统为一体的可视化信息中心和车间生产指挥中心。

1、2021年完成轴承退卸柔性化改造项目和轮对除锈柔性化改造，实现轴承退卸收入和轮对收入自动化生产。

2、2022年完成摇枕侧架分解和抛丸自动化改造、轴承压装自动化智能化改造、轮对自动编辆系统自动化智能化改造、轴承检修自动化智能化改造（包含轴承一次清洗自动化智能化改造、轴承尺寸检测和组装自动化智能化改造、轴承外观视觉智能检修），实现摇枕侧架分解和抛丸、轴承压装、轮对自动编辆、轴承检修自动化生产。

3、2023年完成拆车线自动化改造、摇枕侧架检修和喷漆自动化改造、轮轴加工和轮对压装智能化改造、循环线升级改造、厂房地面改造，实现转向架车间自动化大流水线作业，奠定数字化车间基础。

4、2024年完成车间监控系统、数据采集系统、设备故障监控系统、生产控制系统为一体的可视化信息中心和车间生产指挥中心建设，实现转向架车间数字化管控。

五、远期展望

1.打造产业，通过并购或战略合作的方式，实现向铁路行业定制智能装备制造业务的延伸，输出自动化、智能化的生产装备产品，打造中车智能制造品牌。

2.外包业务，设计可复制的制造轴承检修自动化智能化装备系统，承接轴承检修自动化智能化装备系统建设，并输出劳务开展外包业务。

参考文献：

[1] 马兆林.中国制造2025强国之路与工业4.0实战 人民邮电出版社，2016

[2] 朱铎先.赵敏.《机·智》 机械工业出版社,2018

[3] 王一欧.《物联网》 电子工业出版社，2019