研究基于转向架产线数字化装备的智能集控关键技术

石善洲   荆波

摘 要：针对目前转向架生产线智能化、自动化及数字化集中控制的需要，研究并构建了一套集成 PDM、 QMS和 MES的车间调度平台，以产线数字化为基础，通过多个数据界面，使各生产环节之间的信息能够高效地流动和连接起来。通过对转向架生产线的数字化生产要求，研究基于智能感知 RFID、互动式M2M、在线质量监控、集群控制、数字化孪生等多项核心技术，构建高柔性、数字化、自动化、高效的转向架管控车间，对设备、人员、各零件等进行实时调度、管理与监控。

关键词：转向架；产线；数字化；智能集控

目前，我国多采用智能化、数字化的集中控制流程，在车辆造修过程自动化设计、过程品质优化及性能评价等领域，但现有的自动化系统获取方法严重滞后，缺乏系统的数字化、智能化和自动化，制约了其在车辆制造过程中的工程化应用。工业无线网络、 RFID、传感器及 MEMS等技术的日趋完善和发展，使得基于工业物联网、互联网等信息感知技术的深度融合，推动了过程驱动的发展。项目以物联网为基础，以多维、多维的普适感知为手段，对过程中的信息参数进行实时采集，对生产线的过程进行检测，并对其进行智能诊断，实现对智能集中控制过程的监控与控制，提升生产效率。

1.基于转向架产线数字化装备的智能集控系统架构

我国当前的转向架生产线主要包括 IGM移动机构、 RGV机器人和缓冲框架三大类，但其在实际操作中仍面临着设备长期运行、工作单位及工作区无人或少人操作等问题，缺少全自动化、全位置式的操作，急需强化其安全、数字化、智能化的升级。针对以上问题，本项目拟构建“人-机-料-法-环”一体化的数字化设备信息采集与智能集中集成体系，通过对数字化设备的信息采集、存储、全方位的监控，降低设备的不实时反应能力和分层故障，设备投入使用和系统停工的危险，提升产品品质，推动我国企业运输装备的制造技术从常规模式向智能化和数字化方向发展。

针对上述问题，为全面满足上述智能化和数字化生产的需要，本课题研究开发一套数字化设备智能化集中控制系统。这个体系包括三个基础模块：生产执行控制、可视化监控和生产集中控制。在此基础上，基础执行控制包括了数字设备 RGV调度控制、集群、异常停机报警和安全生产控制等四个基础功能，可以对数字设备运行的真实参数进行实时的收集和上传，同时还可以将各工作站设备的生产记录（包括：上游车间质检信息、生产进度、材料异常信息、工艺传输控制信息、工装信息、设备状态维修参数等），都可以被自动地保存并传输给上游的系统服务器。RGV的排程控制，是基于每一个具体的站点的实际资料以及工件的打码信息，例如单件顺序号，产品图号，编码，设备名称，工件上下线时间，设备运行报警信息编号，设备运行编码日记等，实现 MES工作任务的信息的匹配，进而实现对后勤设备信息的反馈。另外，该系统还可以实现对车辆生产加工车间各个子系统的工作录像的实时查询与监测，如果出现任何不正常的情况，就会及时发出警报，中止智能程序的运行。

2.智能集控关键技术分析

2.1 IGM智能装备多源数据采集

针对 IGM型智能设备的多源数据获取问题，提出了一种新的解决方案：（1）采用 TCP/IP Ethernet模型对多源数据进行获取。这种方法可以进行远程智能化的控制，并且可以获得非常多的信息，与其它系统进行整合，因此，通过界面函数，可以对 DNC工程进行多源数据的获取，已经是今后国内控制系统数字化和智能化的发展趋势。(2)利用 DNC网络实现对多源信息的收集；该方法能够对智能设备集中控制系统的运行和运行过程中的启动、断电、报警、闲置等状态信息以及启动、终止信息进行实时监测，并能够对设备运行提示、故障报警信息、手动、编辑、 MDI以及系统运行状态等进行多个来源的信息进行多个来源的收集，此外，还可以对设备主轴功率、刀具/设备参数、程序运行内容、运行记录等进行数据的采集。(3)以采集板为基础，实现对多源信息的获取。根据采集板可以采集与制造设备输入输出点有关的全部工艺数据，该设备不依赖于控制系统，而是与数字传感器进行相应的相连，现在可以对设备断电、上电、故障、压力、温度和各种电源等各种信息进行实时采集，但是这种方法只适合于没有本地网络设备和没有串口的 IGM智能设备集中控制。

2.2工艺调用与远程推送

（1）远端推送和调用

首先，要制定一系列的工作流程，以保证该程序的正常调用，并与设备的加工过程相适应；其次，设立健全的 DNC网路管理制度，以避免缺少设备流程或沟通联络不通；最后，建立管理制度，以确保焊接过程的正确进行，以及以 RFID架构为基础，进行顺序参数识别和校验的规范技术方法。

（2）DNC网络组网及程序通讯管理

首先，为使生产现场能够实现对 FIDIA控制、 SIEMENS、 FANUC等控制的远程通讯和 CNC装置进行组网和升级的数控系统。同时，利用 CNC装置进行实时监测，获取 CNC系统在加工场地上的有关工艺参数和机器人机体的数据。其次，在进行数据通信的过程中，必须使用“智能终端”的串行通讯方法，并在目前的以太网环境下，使用标准化通讯模块，来完成对数字设备的控制和统一的通信。最后，数字化设备必须通过所述的智能终端与所述的所述工厂内部的 LAN连接，从而实现所述设备与所述数字工厂之间的联网。然后，利用 DNC的数据传输函数，实现对数控系统程序的远程请求， DNC服务器的远程询问与 RFID识别的触发接收，程序列表的上传与自动接收，数字化设备的操作面板的远程比对，以及程序传输的多种方式的验证。利用网络的双向数据管理和对 CNC工艺过程进行统一的数据管理，以达到使数字设备达到最好的工作效果和负载，并保证了该系统中的数据准确、稳定、快速、安全。

2.3虚实监控管理

基于通用化的 RFID架构验证与辨识方法，就能对应用层、驱动层、感知层及装置层首先一体化管理，以驱动、感知和装置等多层次的信息融合，形成基于多源异构的3D工作站实时数据的可视化解析方法，以解决基于实时数据驱动的预测模拟、实时监测与溯源分析等问题。当前，面向数字化制造的数字化孪生技术，包括三维建模、三维 Studio Max数据驱动和三维实体建模与绘制三个阶段，实现对实际生产过程中的数据更新、存储、分析及处理，实现对实际生产过程中的实体与数字空间的融合与管理。

结束语：

综上所述，针对车辆转向架生产制造工艺与设备长时间运行，工作场所无人或少人操作，缺少全自动化、全位置的焊接操作，实现物流运行、质量控制、生产安全性等多个环节的数字化、自动化和智能化转型，与转向架制造工艺的多源数据采集、工艺调用与遥控推演、虚拟与现实监测等技术相融合，实现车间设备、人员、零部件等全部的设备、人员、零部件等的调配与控制，实现高柔性、自动化与智能化、数字化的高效管控车间，使其能够适应各种个性化产品定制、多品种产品平行生产的核心技术要求。

参考文献

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