軌道板廠綜合管理平臺搭建

曹繼偉CAO Ji-wei

（中鐵九局集團有限公司，沈陽 110000）

0 引言

近年來，我國國民經濟持續增長，國內的鐵路工程建設依舊穩步發展。當前，在國家大力發展新基建的背景下，智能制造和信息化是一個重要的版塊，對于信息化這個板塊，信息的融合非常關鍵。軌道板廠綜合管理平臺意在基于中鐵九局蘇家屯軌道板廠智能制造這個領域，進行研發，打通信息化中存在的數據采集與信息孤島問題，將制造業質控的人、機、料、法、環、測等信息互聯起來，做到信息互融互通，實現管理透明化，提升企業管理水平、提高企業管理效益。

1 依托工程概括

中鐵九局蘇家屯軌道板廠自主研發的CRTSIII 型先張法預應力軌道板智能制造技術，實現了軌道板生產工藝智能化、生產控制數字化、生產經營標準化，中鐵九局通過研發的智能化裝備結合先進的數字化控制系統，率先實現了軌道板全部十四項工位的自動化，2019 年11 月份到2020 年4 月份蘇家屯軌道板廠又再次對現有的流水線進行了升級改造，中鐵九局軌道板智能制造技術已經處于國內領先水平。流水機組法自動化流水車間共有十四大智能化工位和一個中央控制室（系統）。

2 調研并確定功能需求

通過前期大量對軌道板廠各個部門的需求調研，經過對大量需求的重新整理歸納，考慮需求如何實現，設計出由基礎感知層（智能設備）、信息傳輸層（數據傳輸技術）、數據交互執行層（數據整理）、到企業管理層（展示看板）的順序與目標。

2.1 基礎感知層目標 基礎感知層包含軌道板廠運行的生產裝備（產線智能裝備、通用設備、特設設備、模具、特定工裝等）及生產資源（人員、物資、能源等）。同時通過傳感器技術、RFID 技術、二維碼、視頻監控、BIM+GIS 等手段完成生產裝備及生產資源靜態信息及動態信息的自動獲取和感知，組建萬物互聯的IOT 體系。

2.2 信息傳輸層目標 通過互聯網、WIFI、5G、藍牙、視頻專線等將基礎感知層所獲得的數據進行傳輸，為數據的上傳和調度指令的下達提供穩定、安全的實時通道。

2.3 數據交互執行層目標 數據交互執行層包含智能軌道板廠生產線工位、拌合站等獨立控制的PLC、SCADA、集成控制的DCS 等共同構建的“中央控制系統”；以及將信息傳輸層上傳的海量原始數據進行解析，并交互和聚合后形成的“綜合管理平臺”。在數據交互執行層，軌道板廠運行“人、機、料、法、環、測”各管理要素的信息實現互聯互通，數據實現深度挖掘，并形成可視化圖表。

2.4 企業管理層目標 在企業管理層，數據交互執行層提供的分析數據、可視化圖表最終形成智能看板，管理層通過智能終端（手機端、網頁端等）進行直觀查看，為企業資源計劃及產品PLM 管理提供直觀數據支撐，便于管理層做出最終決策，從而促使產品制造過程的動態優化。（見圖1）

圖1 架構圖

確定軌道板廠綜合管理平臺以人員管理、機械設備管理、物資管理、質量管理、技術管理、安全管理、環境監測、能源管理、生產管理為主，共計9 大模塊進行的搭建，各模塊需求見圖2。

圖2 各模塊需求

①人員管理。實現人員信息采集、管理人員與勞務人員管理、勞務公司信息維護、勞務公司人員數量統計、考勤管理、班組人員分類、特種設備操作人員定期檢證提前提醒等。

②機械設備管理。實現設備臺賬等各種報表、進出場驗收、維修保養、檢查記錄、設備運行、車輛管理、設備車輛實時定位、運行軌跡回放、特種設備定期檢驗到期的提前提醒等。

③物資管理。實現采購計劃、供應商管理、采購合同登記、收料管理、委托檢測、送檢臺賬、不合格處置、物資退還、有權領料人管理、消耗管理、庫存管理、收支存統計分析等功能。實現根據工管部的生產計劃（總、年、月）按照每塊板的用量自動計算生成物資需用量計劃表；物資進場驗收后推送委托單給試驗人員，試驗人員接單做試驗，試驗結束后將檢測報告推送給物資部與工程部；通過進場驗收臺賬、消耗臺賬自動生成收支存臺賬，與實際庫存盤點進行對比分析。

④質量管理。實現提取現場的張拉數據、蒸養數據、預埋套管壓力數據、軌道板外形尺寸等關鍵數據，對提取的數據進行處理比對，達到軌道板質量進行分析監控。

⑤技術管理。包括板廠技術規范、內控標準、施工方案、工藝細則、作業指導書、技術安全交底、檢驗批記錄、技術證明書等技術文檔的管理。實現檢驗批、技術證明書等無紙化填寫后的打印。

⑥安全管理。風險源管理、風險區域管理、氣象監測預警等功能。實現風險區域管理是在生產車間設置風險區域當有人進入是進行預警。

⑦環境監測。通過小型氣象站采集數據（噪音、粉塵、溫度、PM2.5、風速等數據），根據采集到的數據和設置值對比分析并可以進行預警。

⑧能耗管理。通過技術手段，對現場的水、電、油、氣進行數據采集并上傳平臺進行數據分析并展示，可以對現場的能耗進行有效的實時掌控。

⑨生產管理。交接班管理、生產計劃、成品管理、進度管理、板信息查詢、工藝流轉控制、工藝質量控制、產品檔案自動生成、問題閉環處理等功能。實現對生產系統配置的信息收集管理，使軌道板在生產過程中各方面的信息收集更全面、更完善；工管部職員根據施工組織計劃及實際生產能力維護生產計劃（總、年、月），計劃生成后，其他部門根據生產計劃自動計算生成物資需用量等各種計劃表；通過系統可對每塊軌道板的詳細信息進行查詢，并自動生成軌道板生產臺賬；通過生產看板可以直觀了解現場生產進度、軌道板儲存情況、不合格數據等信息。

3 數據采集

①根據調查，施工現場原有的機械設備無法采集我們需要的數據，為實現對現場數據的采集，就需要采購智能數據采集設備，如對影響施工因素的水、電、油、氣、定位及小氣候環境監測的數據采集，通過市場采購樣品進行數據對接，數據解析和數據展示，淘汰一些無法數據對接和一些數據不穩定的智能設備，最終確定的智能數據采集設備，設備的數據傳輸技術分類和優缺點如表1。②本綜合管理平臺與中國鐵路總公司工管中心的鐵路工程管理平臺的數據實現了對接，可以對接大量的試驗室試驗數據和軌道板生產的數據，是國內其他軌道板廠信息化平臺暫時沒有達到的；在綜合管理平臺可直接進入中鐵九局安全質量隱患排查治理系統，與其建立了數據對接；本綜合管理平臺與軌道板廠中央控制室（系統）對接完成，實現了數據的實時傳輸。打通了不同系統的信息孤島，使各系統間信息共享。③本綜合管理平臺與混凝土拌合站、14 大智能化工位、流水線流轉、鐵科院的外形檢測系統等，數據已經對接完成，可以獲取生產過程中的實時數據，并直接上傳至綜合管理平臺進行數據分析與展示。④視頻監控數據系統，可以觀察重點的人、物（過磅影像）、設備、工位等的實時狀態，并可提供事件回放，影像存儲等功能以備檢查。⑤開發手機APP，根據權限的不同，可以進行移動端收料、設備掃碼巡檢、交接班等工作，很多電腦端的工作可以在手機上進行操作，極大的提升了工作效率。⑥考慮到數據的安全性和穩定性，所有采集到的數據全部上傳至云服務器，由云服務器進行存儲。

表1 設備的數據傳輸技術分類和優缺點

4 平臺展示（見圖3）

圖3 中鐵九局蘇家屯軌道板廠綜合管理平臺總覽頁面

軌道板廠各個部門先期在研發平臺的后臺進行的一次性基礎數據錄入，后面業務數據可直接關聯調用增加容錯率及減少工作量，關鍵要素數據通過APP、生產線系統自動采集系統直接上傳的方式保證數據的準確性和及時性，結合管理系統進行業務流轉，將物資管理、設備管理、人員管理、質量管理等相關數據貫通集中管理，同時也加大了BIM 技術的應用，可根據項目管理中不同業務的需求實時提取業務中的數據進行展示分析。

①拓展小模塊功能展示工程概括、攪拌站、蒸養車間、存板區、實驗室、水養池等開放界面，此處可根據項目的要求信息化管理員可自行添加需要展示的小模塊，可以將采集到的動態與錄入的靜態數據相結合的方式進行展示。②通過環境監測的小型氣象站數據對接可以實時傳輸環境監測數據，可展示實時采集到的溫度、濕度、PM2.5、噪聲、風速等數據，并可以根據風速和PM2.5 值，進行判斷并進行大風和空氣質量的優良提醒等。③將現場施工生產用電量、用水量、用氣量通過智能采集設備將數據采集傳輸到綜合管理平臺進行展示，可以供項目級和企業級直觀的查看項目的能源消耗情況，解決了項目層的能源消耗透明化。④軌道板廠的總任務量、累計產量、年產、月產以及每天預制板數量實時更新，并可以通過柱狀圖清晰展示。⑤流水機組法自動化流水線的14 大智能化工位數據已經打通，并可以通過BIM 圖形關聯進行展示，哪個智能工位正在工作（綠點）哪個工作空閑（紅點），哪條流水線正在運行（綠箭頭）哪條流水線空閑（紅箭頭）都可以在綜合管理平臺的總覽頁進行實時的查看。⑥通過餅狀圖可以更好的直觀展示勞務人員與管理人員的進場人數，通過門禁人臉識別閘機系統，可以自動生成當天的考勤報表，到月匯總，實時匯總。⑦通過柱狀圖直觀展示主要物資的收發存數量，并可以通過對比庫存與平均每天消耗量進行庫存預警提醒，有助于管理者及時掌控現場物資庫存情況。⑧機械設備通過數據反饋的運行情況，可以在平臺上實時展示出運行、空閑、維修的情況和統計；可以查看設備車輛的定位及歷史軌跡。⑨所有平臺的數據均可以做到一次錄入、采集，相關模塊可以隨時獲取展示，達到了信息共享，并可根據設置好的報表格式，數據可自行調取填充報表，實現無紙化辦公。

5 系統集成化

①軌道板廠綜合管理平臺采用MyIMP Office 協同管理平臺作為基礎框架，以“協同管理”為核心，將業務軟件系統的設計、開發、管理、應用、服務整體集成于統一的管理。中間層在邏輯上所定義的業務實體層、業務邏輯層和業務規則層中，板廠采用統籌的方法將實體層的對象集合、邏輯層中的變化接口模式以及規則層中的實體對象模塊在平臺上進行集中式管理和設計；②支持工業多協議轉換和多元數據標準化的功能對接，支持DCS 控制系統、智能儀表系統、試驗管理系統、安全管理系統、拌合站系統、小氣象站系統、車位定位系統等數據接入與融合；③平臺設計多級權限管理，針對不同的崗位其權限也不同，系統登陸時即可自動判斷其身份。通過多級權限管理，實現崗位目標管理；④支持以設備、人員、原料和產品等單元的對象化數據結構表示，支持以單個設備主體為視角的全信息畫像和關聯業務查詢，滿足上層設備管理、物料平衡、控制優化、生產管理等工業智能軟件的高效訪問；⑤支持可插拔動態擴展的微服務和容器化架構，滿足板廠對不同時期對大數據平臺存儲、計算和消費的擴容能力；⑥提供工業智能組態式開發所必須的基礎服務、算法模塊、可視化組件、流程單元和工程模板，賦能工廠用戶，滿足企業用戶自主開發工業智能軟件的要求；⑦提供工業操作系統數據安全、網絡安全、信息安全方面的一體化防護方案，保證系統能夠正常運行，關鍵設備設施需提供可靠性和魯棒性設計；⑧我們可以將協同平臺視作數據中心的框架中心，當平臺所設計功能表單、接收規則與板廠各子單元產生緊密關聯后，從硬件至軟件的“板廠連接器”即正式形成，在此基礎上，我們需規定相關設備（系統）硬件層面及軟件層面的標準接口，從而實現真正意義上的“板廠物聯”。

6 結束語

隨著鐵路建設的發展與進步，綜合管理平臺的應用，極大的展示了現場實時狀態的情況，依靠物聯網技術，解決數據的無縫對接，運用信息化技術手段實現軌道板生產所需人、機、料、法、環、測等各環節可追溯、可識別、可定位、可管理，達到了信息互通，通過平臺的展示解決工程項目信息不透明，對企業級了解項目級起著至關重要的作用。近期目標是以本綜合管理平臺為基礎，拓展研發推廣至梁場、枕廠、管片廠、PC 構件廠等領域進行搭建應用，在多個綜合管理平臺基礎上，搭建企業級的管理平臺。信息化的建設與應用會越來越普及，對股份公司二級公司來說宜早不宜晚，越早研發越會走在信息化的前沿，未來的發展空間非常廣闊。