轨道交通转向架智能车间推动制造升级

禹洲 ,罗云浒

摘  要：通过轨道交通转向架智能车间建设，带动企业制造、管理等方面的转型升级：从数字化设计工艺协同、引入先进装备、构建“智慧物流”、生产管控智能化等维度阐述了转向架制造关键控制要素的改变，为后续企业全面实施智能化制订可行的标准和规范，加快整个行业向智能制造和创新驱动转型。

关键词：轨道交通；转向架；智能车间；制造升级；设计工艺协同、先进装备、生产管理

1 引言

2015年，国家提出了“中国制造2025”战略，旨在改变我国制造业“大而不强”的局面。先进轨道交通装备是目前我国在国际市场最有竞争力的产品之一，转向架是轨道交通车辆上最重要的部件之一， 相当于车辆的“底盘”，是决定轨道交通产品安全性、舒适性、可靠性的最重要部件[1]。对此，以转向架为核心开展“智造”转型升级，建设转向架智能车间，有利于全方位提高产业技术水平、优化利用生产资源、淘汰落后生产方式，并推动企业产业布局向集约高效、协调优化转变。

2 主要做法

转向架智能车间对转向架制造的人、机、料、法、环等关键控制要素进行了颠覆式改变，通过数字化设计工艺协同、引入先进装备、构建“智慧物流”、生产管控智能化，实现转向架由单机手工作业到工位制节拍化数字化生产的智造升级。

2.1  搭建TCM系统，实现数字化工艺设计协同

搭建以产品工艺设计、工艺资源库、工艺装备设计、工艺研发、工艺管理五大功能模块为核心的设计工艺一体化平台（TCM），作为工艺设计、工艺管理的唯一平台，建立基于三维数字化模型的数字化、结构化的产品研制新模式，推动转向架工艺设计及工艺管理向标准化、数字化、结构化转变，实现数字化技术从设计环节扩展到工艺设计-制造全过程。

2.1.1  探究一体化BOM，打通设计、工艺、制造业务

通过以物料清单（BOM）为核心的系统化数据流建设，集成设计、工艺、制造BOM，以设计BOM为唯一输入源，打通设计、工艺、制造业务过程，确保设计工艺一体化平台（TCM）与企业资源管理系统平台（ERP）、制造执行系统平台（MES）等系统数据无缝对接，有效响应转向架复杂的数据结构及业务组织模式，实现从设计到制造的一致性，实现设计BOM、工艺BOM、制造BOM的数据源一致性，实现BOM数据在各业务系统的准确传递[1]，打造设计、工艺、生产BOM数据高效利用新模式。

2.1.2  数字化、结构化工艺设计，实现设计与工艺数据实时共享

在TCM平台内建立转向架标准工位、标准工艺、工艺资源等基础数据库，有效实现工艺数据重用。同时通过并行工艺设计，利用设计图纸或模型等数据，在设计各个阶段进行项目跟踪、开展相应工艺工作，并形成良好互动，大幅度提升工艺设计效率。

2.1.3  优化工艺管理，实现工艺工作表单化、流程和内容标准化

通过全面梳理转向架工艺工作程序，以工艺计划为主线，划阶段创建工艺工作节点，按节点将工艺文件格式、内容要求、文件编号、签审流程在TCM系统中固化，实现文件模版标准化、文件流程信息化，有效规范、提升工艺工作效率及质量。

2.2  装备自动化，实现行业制造技术引领

以“先进性、兼容性、标准化、可靠性、可扩展性”为原则，按产线进行详细的工艺流程分析与优化、工位制节拍化设计，同时考虑工艺装备的通用化、自动化，转向架智能产线主要涵盖机加生产线、焊接生产线、涂装生产线、组装生产线等。另一方面，通过以MES系统为核心的生产信息化集成，打通企业信息、产线信息、物流信息、设备状态信息的数据流转，实现转向架生产制造智能化。

2.2.1  焊接、涂装生产线

通过抓持机械手、焊接机械手、喷涂机械手等各类机械手在焊接产线和涂装产线上的创新应用，利用机器人定位精、效率高、稳定性好的特点，代替人完成工件自动夹持找正、自动装配、自动转运、自动焊接、自动喷涂。比如焊接生产线设计了零点快换系统，对工装进行通用接口改造及验证，可以达到快速装夹、换模要求。

2.2.2  机加生产线

通过在机加生产线上引入高精度、高性能的数控加工设备，满足工序集中加工、混线生产，质量及生产效率提升显著，作业员工明显减少，工作环境大幅改善。如为了满足各型车轴的生产，增加了不同轴型的识别销，并对不同车型的车轴分度圆以及工艺孔位置进行了统型。

2.2.3  组装生产线

通过齿圈螺栓拧紧机、制动盘螺栓拧紧机、轴端螺栓拧紧机等螺栓智能拧紧装置在转向架组装产线上的普遍应用，实现拧紧扭矩实时监测、拧紧数据自动上传，解决螺栓手动拧紧，拧紧状态不可控的问题。

2.3  构建“智慧物流”，实现转向架物料配送形迹化

传统模式下轨道交通装备制造物料配送按照生产计划人工领取配送，无法做到配送计划及时变更与调整，且配送占用大量人员。对此，通过新增物流系统平台、立体库和AGV小车，实现转向架制造物料配送形迹化、精细化管理。

2.3.1  引入智能物流设备

引入自动立体库，提升库房空间利用率，通过巷道堆垛机对物料进行自动存取，提高出入库作业效率。采用激光导航的自动驾驶AGV小车，根据生产现场的生产节拍将自动立体库的物料自动配送至车间各工位，同时承担各生产线之间在制品流转。智能物流设备的应用提高物料配送机械化、自动化，并大幅减少拣货工、搬运工、库管员等工种数量。

2.3.2  物料齐套性配盘配送

首先是优化配送工装，智能物料配送工装的设计原则为通用化、模块化、形迹化，以提升物料的齐套性和目视化，让员工通过物料摆放来进行齐套确认，并起到“防错防呆”的效果。同时，全面应用二维码技术，建立物料、物料包、单据、仓位、转运承载器具、员工、工序、工位等八级二维码控制管理，规定内涵及表现形式，实现信息采集、传输、共享等。

在智能工装和物料信息采集的基础上，通过MES系统将制造BOM转换成为物料配盘方案，以此作为物料需求计划的组成部分，指导员工严格按照架次的节拍将物料按盘分拣、形迹化摆放及配送。

2.4  生产管控智能化，实现柔性制造

在新建产线基础上，对产线设计过程中与现有工艺的差异点进行模拟验证，并对转向架制造各工序进行详尽的节拍分析，确保产线设计可靠性、生产均衡性，实现从口头传达到智能生产的生产管控模式、由任务管理向面向订单需求制造模式的转变。

2.4.1  生产排程智能化

通过新增生产排程信息平台，可以在考虑工艺约束、设备、物料、班组、工装模具等各种生产制约条件的基础上，制定高精度详细的生产计划、物料需求计划以及采购计划等。从以前采用人工排程到实现生产排程的数字化、信息化、智能化，管理的高效化。细化了计划联动的层级，将原有项目级的生产、采购协同细化到了工序作业级的生产、采购协同。均衡化的排产也降低了生产协调成本，保障有限资源能够得到较充分的配置。通过多车间协同计划，改善各生产链条之间的沟通转运效率，使车间资源配置尽可能与生产实际需求相匹配。

2.4.2  柔性生产制造

各智能化产线采用通用化工装与集成化工作平台，在智能排程的基础上，利用模块化设计功能覆盖面大、可裁剪性强的特点，通过调节不同的生产流程，动态调整物流和信息流，最大限度地发挥制造系统的柔性效能，满足不同的需求，实现大范围制造的柔性化生产。如机加生产线能够实现自动上下料、自动找正、自动测量、定心夹紧及工序间转运，大幅度缩短工作节拍。

2.4.3  产品在线测量

将各智能产线涉及的信息化设备与各软件、装备连接，实现不同厂家、标准、协议之间的信息互通，设置多协议并存、面向业务、统一管理、多产线兼容、同时又不影响各生产线相互独立的整体网络系统，将产线生产相关数据反馈到系统平台，进行统一展示与处理，实现各关键工位的在线监控与测量。如构架焊接生产线实现焊机在线监测、保护气体监测和对接间隙在线激光扫描覆盖、热温度自动检测100%。

3 小结

通过转向架智能车间的建设，实现轨道交通核心部件转向架“智造”升级。同时，为企业全面实施智能化制订可行的标准和规范，对其他单元乃至同行业间实施智能制造具有非常重要的借鉴价值，带动我国整个轨道交通装备制造业向智能制造高精尖方向迈进，加快整个行业向智能制造和创新驱动转型的步伐。

参考文献：

[1] 郑小花，刘柏.轨道交通转向架智能制造质量控制技术研究与应用[J].铁道机车与动车，2021(S2).

作者简介：禹洲，中车株洲电力机车有限公司，从事转向架工艺质量工作。

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