數據信息智能采集系統架構設計與應用

程宏耀

(中車洛陽機車有限公司 河南 洛陽 471002)

為保證牽引機車設計、檢修、運用的效率和質量，國鐵集團明確提出將機車全壽命周期運營管理作為機車行業內的重點實施項目，通過對機車運營各個階段的數據采集和大數據分析，改變國內機車關鍵零部件檢修領域中，部件檢測、檢修、質量控制等方面以人工控制為主，修程修制采用計劃修的檢修模式；建設機車關鍵零部件數字化智能化技術數據的采集與分析，通過對機車關鍵零部件檢修技術數據和壽命信息的采集、分析，制定具有針對性的檢修措施，實現機車關鍵零部件由計劃修向預防修的轉變。

輪對驅動裝置作為交流機車關鍵部件，探索檢測其主要零部件的裝配信息、運用數據信息、運用狀態信息及磨損數據信息等是研究機車運用狀態的重要手段，為機車修程修制的確定和智能檢修提供科學依據，對于推動機車設計優化和轉型升級具有重要實踐價值。

1 機車輪對驅動裝置的基本結構及數據構成

1.1 機車輪對軸箱驅動裝置的基本結構

機車輪對驅動由輪對、軸箱組裝、牽引電機、傳動齒輪、齒輪箱、抱軸箱等結構零部件組成。

1.2 機車輪對驅動裝置采集數據的構成

為實現在機車高級修過程中對輪對驅動裝置運用狀態的科學分析，在輪對驅動裝置的拆解過程中，通過數字化裝備提取車輪、車軸等關鍵零部件的工藝數據、探傷檢測數據、磨耗數據等，收集輪對驅動裝置的運用數據信息、零部件的裝配信息，然后建立數據庫，通過對大數據分析，研究零部件的壽命特征，為機車設計和修程制定提供科學依據。同時，為實現管理過程的信息化，架構設置信息化管理系統和裝備健康管理系統[1]。

在和諧機車C6修輪對驅動裝置解體過程中，采集數據組成。

(1)零部件裝配信息。主要包含：機車車型、機車編號、裝配位別、機車修程、工序名稱、零部件名稱、零部件型號(圖號)、零部件編號、生產廠家、工作者及填寫日期等。

(2)主要零部件尺寸、運用、性能檢測信息。主要包含：機車車輪磨耗尺寸、輪對內測距尺寸、滾動圓直徑、車軸齒輪轂各部檢測尺寸、關鍵部件探傷檢測結果及操作者與年、月、日等。

(3)生產管理信息。為保證系統按照計劃作業，架構設置信息化生產管理系統，系統從MES系統獲取生產計劃，并根據登錄用戶權限提供新增、修改、刪除生產計劃等操作。包括：計劃名稱、計劃周期、機車型號、機車編號、修程、審批狀態、審批人、審批日期、開始作業時間、作業結束時間等項點。

(4)裝備健康管理信息。為保證機車輪對驅動裝置拆解過程中，數據采集的可靠性，系統設計設備的健康管理系統，對設備進行可靠性管理。設備基本信息包含：設備編碼、設備名稱、型號、出產廠家、出廠時間、管理類別、技術等級、設置地點等；設備維修履歷包含：設備巡檢記錄、設備小修記錄、設備故障修記錄、設備配件更換記錄、設備技術狀態評價等、設備點檢及相關記錄等。

2 系統框架

機車輪對驅動裝置重要零部件數據信息的采集是結合交流機車C6修拆解工藝過程，利用智能數字化裝備完成其數據的采集和分析利用。根據HXD1型交流傳動機車輪對驅動裝置的結構、拆解工藝流程及數據采集的個性化要求設計工作流程。

2.1 工作流程框架

根據HXD1型機車輪對驅動裝置的結構，將其拆解作業按照作業內容和作業順序，及均衡作業模式分解為15個工位，按照工位作業內容，提取和檢測所需要的信息。工位設置如圖1所示。

圖1 工位設置

2.2 數據信息采集架構的設置

基于和諧機車輪對驅動裝置高級修過程中工藝流程及工位工作內容的設計，按照每個工位設計的工作內容，設置數據信息采集框架；整個框架的設置具備對輪對驅動裝置零部件使用壽命信息、技術參數信息、工藝數據、關鍵零部件的尺寸參數、設備健康管理數據、ERP生產計劃、預確檢信息的自動采集、傳輸、存儲、處理及共享，實現和諧機車C6檢修的數字化、智能化，為關鍵零部件的壽命統計分析提供支撐。

數據信息架構的設置實現了和諧機車輪對驅動裝置解體過程中，關鍵零部件的裝配信息、輪對磨耗尺寸信息、關鍵零部件狀態信息、探傷信息及生產管理人員作業信息的數字化檢測與應用，數據信息架構的設置如圖2所示。

3 數據信息智能采集系統架構應用

數據信息智能采集系統具備設備數據、檢測數據、作業數據的采集管理功能，實現信息系統數據的互聯互通，便于每個工位生產工作過程追溯和狀態顯示。通過中控機和總體顯示看板，實現對工作運作管理、生產計劃和現場關鍵作業環節全過程控制和監督，通過系統線上編制檢修工藝和作業步驟，促進標準化作業和規范化管理達到對日常安全管理、生產組織、應急處置的集中控制、高效協調，確保安全生產控制有序,工作效率能力全面提升[2]。系統設置以均衡性、高穩定和可靠性、可延伸性、可測試型為設計原則,保證應用的可靠性。具體如圖3所示。

圖2 數據信息架構的設置

圖3 系統的分層設置

圖3中，數據層是根據和諧機車C6修過程中對輪對驅動裝置關鍵零部件提出的采集數據的具體要求，并結合輪對驅動裝置C6修解體過程中數字化生產要求設定的生產管理數據、設備管理數據、工藝數據及檢測數據等組成，從而實現數字化生產和智能化管理。

設備層基于數字化智能檢測設備、自動化智能測量設備的應用，通過智能傳感技術，實現采集數據的應用。

應用層通過對智能設備采集數據的分析，實現大數據管理，完成對生產狀態、工藝過程、設備使用狀態、主要零部件的性能尺寸狀態及關鍵零部件生產廠家的綜合查詢、分析，為各種決策提供依據，同時，為設計改進提供參考。

管理層是整體架構的功能設定，為實現系統的綜合運用，協調整個過程中的人、機、料、法、環、測提供系統的架構，滿足和諧交流機車高級修過程中的數字化、模塊化生產。

4 結束語

針對和諧交流機車電機輪對驅動裝置高級修中的拆解需求，結合對機車檢修新模式的探索，通過系統架構的構建，將該系統模式應用于HXD1型機車輪對驅動裝置拆解生產線建設，實現了生產過程中各種數據的智能采集、分析應用，滿足了和諧機車高級修的工序化作業和標準化檢修的要求，提高了生產效率，對機車檢修新模式的建立奠定了基礎。