我國(guó)高鐵裝備柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)模式探討

周高偉，劉 穎，王 晗

（中車工業(yè)研究院有限公司，北京100070）

我國(guó)高鐵裝備柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)模式探討

周高偉，劉 穎，王 晗

（中車工業(yè)研究院有限公司，北京100070）

分析了我國(guó)高鐵裝備行業(yè)面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，重點(diǎn)探討了我國(guó)高鐵裝備柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)模式，強(qiáng)調(diào)以點(diǎn)到面，全面實(shí)現(xiàn)高鐵裝備柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)，為軌道交通裝備制造業(yè)的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)提供建議和參考。

柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線；高鐵裝備；建設(shè)模式

以信息物理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、機(jī)器自組織為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命正在悄然發(fā)生。在新一輪技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革中制造業(yè)成為各國(guó)占據(jù)至高點(diǎn)的必爭(zhēng)領(lǐng)域，柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線是未來(lái)工廠的發(fā)展趨勢(shì)，也是決定制造企業(yè)未來(lái)發(fā)展的前景。

柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線是將各種制造資源要素（人、機(jī)器、能源等）與制造過(guò)程（設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售和服務(wù)）等物理世界的實(shí)體、活動(dòng)數(shù)字化的并接到互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對(duì)各種數(shù)字化應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)集成，對(duì)信息融合中的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘利用并反饋優(yōu)化制造過(guò)程和資源要素，推動(dòng)組織最終達(dá)到個(gè)性化定制、遠(yuǎn)程運(yùn)維與協(xié)同制造的新興業(yè)態(tài)[1]。

1 我國(guó)高鐵裝備行業(yè)的面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題

（1）創(chuàng)新能力有待提升

高鐵裝備企業(yè)之間的研發(fā)模式孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，存在重復(fù)研發(fā)較多、資源不能共享、科技力量分散、低效利用下的人才相對(duì)不足等狀況。

（2）產(chǎn)業(yè)效率效益相對(duì)薄弱

軌道交通裝備生產(chǎn)效率效益低，突顯了軌道交通制造業(yè)主要集中在產(chǎn)業(yè)鏈的低附加值端，迫切需要建立高技能人才隊(duì)伍，提高數(shù)字化智能化制造水平。

（3）生產(chǎn)模式相對(duì)粗放

高鐵裝備制造企業(yè)難以達(dá)到精益化生產(chǎn)要求，難以短期快速實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變。主要表現(xiàn)在新產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)依賴成熟產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致新產(chǎn)品試制周期長(zhǎng)、報(bào)廢率高；物流系統(tǒng)還難以支撐高度的數(shù)字化生產(chǎn)以及周期短、數(shù)量大的生產(chǎn)訂單，由于物流供應(yīng)不及時(shí)而導(dǎo)致生產(chǎn)停滯的現(xiàn)象較為常見(jiàn)；對(duì)工裝設(shè)備的故障缺乏預(yù)見(jiàn)性，維護(hù)保養(yǎng)較為被動(dòng)；對(duì)物料、人員的調(diào)度較為落后，常常浪費(fèi)人力、物力，導(dǎo)致生產(chǎn)效率不高；生產(chǎn)環(huán)境不友好，能源消耗高；對(duì)供應(yīng)鏈的管控不夠智能化，生產(chǎn)緊張時(shí)外購(gòu)件供應(yīng)不及時(shí)；且外購(gòu)件庫(kù)存積壓現(xiàn)象難以消除，更加難以實(shí)現(xiàn)“零庫(kù)存”的愿景，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。

（4）行業(yè)信息化建設(shè)落后

高鐵裝備制造企業(yè)基本上處于數(shù)控加工（NC）和計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段，企業(yè)數(shù)控化率過(guò)低。此外，在信息化和工業(yè)化融合過(guò)程中還存在諸多亟待解決的問(wèn)題；高檔和特種傳感器、智能儀表儀器、自動(dòng)控制系統(tǒng)、高檔數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)器人的使用率很低。

2 我國(guó)高鐵裝備柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)模式探討

通過(guò)對(duì)高鐵裝備行業(yè)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題分析可知，建設(shè)高鐵裝備柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線是高鐵裝備行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的內(nèi)生動(dòng)力及機(jī)遇，同時(shí)也面臨著很大的挑戰(zhàn)，必須在正視現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，實(shí)事求是、腳踏實(shí)地地開(kāi)展高鐵裝備柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)，并對(duì)高鐵裝備柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)模式進(jìn)行探討。

（1）找準(zhǔn)高鐵裝備柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線建設(shè)的切入點(diǎn)和著力點(diǎn)

結(jié)合高鐵裝備行業(yè)信息化建設(shè)落后、生產(chǎn)模式相對(duì)粗放的行業(yè)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，建議由點(diǎn)及面，借鑒其它行業(yè)成熟的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的經(jīng)驗(yàn)，以動(dòng)車組、地鐵不同車型的轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)制造裝配工藝方法和基本流程為切入點(diǎn)，將各種車型的轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵技術(shù)和執(zhí)行系統(tǒng)的各單元重新連線集成。

轉(zhuǎn)向架柔性自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線具有典型的代表意義，可同時(shí)結(jié)合機(jī)械專業(yè)、電氣專業(yè)、軟件專業(yè)、計(jì)算機(jī)控制專業(yè)等各專業(yè)，通過(guò)各專業(yè)的重新優(yōu)化布局，利用現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)（如信息控制、工業(yè)機(jī)器人、視覺(jué)監(jiān)測(cè)、智能配送、精準(zhǔn)定位、容錯(cuò)檢知等），實(shí)現(xiàn)適合不同車型轉(zhuǎn)向架自動(dòng)化裝配的整條流水線，在數(shù)字化工廠、虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真等領(lǐng)域積累經(jīng)驗(yàn)，并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，逐步推廣，以降低企業(yè)各自為政、一哄而上的投入風(fēng)險(xiǎn)。

轉(zhuǎn)向架柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線工作邏輯圖見(jiàn)圖1所示，此生產(chǎn)線可適用于不同型號(hào)高速列車轉(zhuǎn)向架的自動(dòng)化生產(chǎn)裝配。在工藝流程不變時(shí)，生產(chǎn)線具有自身可適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化的能力；當(dāng)生產(chǎn)需要時(shí)，可以很容易擴(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加模塊，構(gòu)成一個(gè)更大的系統(tǒng)能力；生產(chǎn)線能采用多種方式查詢、處理故障，保證生產(chǎn)正常地進(jìn)行。

圖1 轉(zhuǎn)向架柔性裝備生產(chǎn)線工作邏輯圖

轉(zhuǎn)向架柔性裝配生產(chǎn)線包括主裝配線、輔助裝配臺(tái)、智能物流系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)等。其中主裝配線由多個(gè)工位共同組成，裝配線上的每個(gè)工位的各執(zhí)行單元協(xié)同工作，通過(guò)各單元自身的通用性和容錯(cuò)性實(shí)現(xiàn)整線的柔性裝配，同時(shí)配備了多種機(jī)器人和自動(dòng)擰緊裝置，加快了生產(chǎn)線的裝配節(jié)拍，提高了效率。當(dāng)裝配不同型號(hào)的高速列車轉(zhuǎn)向架時(shí)，只需對(duì)裝配線各工位上定位銷和專用夾具進(jìn)行快速換裝，即可實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)高速列車轉(zhuǎn)向架的柔性自動(dòng)化裝配。

輔助裝配臺(tái)包括輪對(duì)預(yù)組、輪對(duì)定位等，在輔助配臺(tái)上利用輔助工裝夾具對(duì)零部件進(jìn)行裝夾定位。通過(guò)可自動(dòng)調(diào)整的定位夾具，使生產(chǎn)線可以適應(yīng)多個(gè)不同規(guī)格型號(hào)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)柔性裝配生產(chǎn)。

智能物流系統(tǒng)主要功能是將待裝配零部件從自動(dòng)化立體線邊庫(kù)自動(dòng)運(yùn)輸至主裝配線相應(yīng)工位，主要由吊裝機(jī)器人和AGV（自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車）組成。

中央控制系統(tǒng)是主裝配線、輔助裝配臺(tái)、智能物流系統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)，采用多機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)、系統(tǒng)資源動(dòng)態(tài)調(diào)度、基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)管理。

（2）深化柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線建設(shè)范圍

基于轉(zhuǎn)向架柔性自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線的經(jīng)驗(yàn)積累，在高鐵裝備范圍內(nèi)，柔性制造生產(chǎn)線還可利用在車體焊接電纜自動(dòng)下料線、電纜組裝組成、網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)檢測(cè)線等眾多制造工序中，實(shí)現(xiàn)高效率、低能耗、優(yōu)質(zhì)量的生產(chǎn)。

在局部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)智能技術(shù)、傳感技術(shù)、大容量RFID射頻技術(shù)等的研究。當(dāng)條件成熟時(shí)，在遵循數(shù)字化工廠、智能化工廠、4.0工廠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑的基礎(chǔ)上，建立多個(gè)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，研究實(shí)現(xiàn)人—人、人—機(jī)器以及機(jī)器—機(jī)器的協(xié)同技術(shù)，形成高鐵裝備自己的標(biāo)準(zhǔn)體系。

（3）實(shí)現(xiàn)高鐵裝備行業(yè)的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的全面建設(shè)

基于轉(zhuǎn)向架柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)基礎(chǔ)和高鐵其他裝備制造的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的深入開(kāi)展，可全面實(shí)現(xiàn)高鐵裝備行業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化建設(shè)，從而成為實(shí)現(xiàn)“兩提升、三降低”經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的有效手段。

柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線在工藝布局、工藝流程、生產(chǎn)節(jié)拍、節(jié)拍均衡率、生產(chǎn)周期、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、資源消耗、生產(chǎn)環(huán)境、物料配置、人工效率、質(zhì)量控制、設(shè)備穩(wěn)定性等方面具有傳統(tǒng)生產(chǎn)線不可比擬的優(yōu)勢(shì)。柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的全面建設(shè)，將對(duì)高鐵裝備行業(yè)帶來(lái)翻天覆地的變化。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線確保產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的一致性，并且在制樣前對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、性能乃至生產(chǎn)工藝都進(jìn)行仿真驗(yàn)證，極大地節(jié)約開(kāi)發(fā)成本、降低消耗和縮短產(chǎn)品研發(fā)周期；通過(guò)信息橫縱向集成實(shí)現(xiàn)研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售各種資源的動(dòng)態(tài)配置以及產(chǎn)品全程跟蹤檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制與柔性生產(chǎn)同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量；同時(shí)將人工智能融入設(shè)計(jì)、感知、決策、執(zhí)行、服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期，提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力。

3 結(jié)束語(yǔ)

高鐵裝備柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)模式由點(diǎn)到面，以高鐵轉(zhuǎn)向架柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線為切入點(diǎn)，然后進(jìn)一步深化柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)，積累經(jīng)驗(yàn)，形成高鐵裝備自己的標(biāo)準(zhǔn)體系，最后全面開(kāi)展柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的建設(shè)。借助于信息化技術(shù)打通企業(yè)的各個(gè)流程，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到銷售各個(gè)環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源的整合優(yōu)化和提高，從而進(jìn)一步提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

[1]中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院.智能制造能力成熟度型白皮書(shū)（1.0版）[R].2016.

[2]機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所.對(duì)智能制造的一些認(rèn)識(shí)[J].表面工程與再制造，2016，16（6）：56-60.

Model Study of Flexible Automation Production Line About China’s High-speed Railway Equipment

ZHOU Gao-wei，LIU Ying，WANG Han
（CRRC INSTITUTE ，Beijing 100070，China）

This paper analyses the practical problems of the high-speed rail equipment industry of our country，probes into the pattern on the construction of high-speed rail equipment of flexible automatic production line in China，emphasizing from point to the surfaced and fully realizing the construction of high-speed rail equipment of flexible automatic production line.It can provide advice and reference for the construction of rail transportation equipment manufacturing industry of flexible automatic production line.

flexible automation production line；high-speed railway equipment；the construction mode

TP278

A

1672-545X（2017）10-0001-02

2017-07-12

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)2015BAF081301-03）

周高偉（1983-），女，山東煙臺(tái)人，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，研究方向：軌道交通裝備技術(shù)。