鐵路貨車輪軸智慧檢修設計的幾點思考

苗旺龍，蘇軍，李木存，陳銀山

（1.國能鐵路裝備有限責任公司陜西分公司，陜西 榆林 719316；2.重慶正而奇數字技術有限公司，重慶 400707）

1 鐵路貨車輪軸智慧化檢修需求

通過對全國車輛段貨車輪軸檢修現狀進行調研發現，目前國內在貨車輪軸檢修工藝和管理等方面，都存在有新技術應用和業務管理上的痛點，在檢修過程全線設備自動化和檢修過程管理信息化方面，和行業內世界先進水平以及行業外智能制造水平，都存在巨大差距。

如何設計鐵路貨車輪軸智慧檢修方案，建造輪軸智慧檢修車間，全面實現取締人工作業的自動化檢修過程，實現智慧檢修的總體目標，就需要進行全面深入地思考和研究。

各車輪車間分布在不同的基地，建廠運行時間、檢修條件和設備水平有明顯的差異，因此輪軸檢修智慧車間項目建設，不僅需要具有世界最先進的技術水平，還需要具有較強的針對性和可實施性，更需要和現有檢修生產過程保持無縫聯接和切換。因此無論從技術上和工程實施管理上，都是一個比較巨大的系統工程，需要全面細致的研究，本文就輪軸智慧化檢修的課題研究給出幾點思考。

2 智慧化戰略規劃指導

貨車輪軸檢修，受限于各工位測量、檢修、加工等設備的獨立操作模式的限制，智慧檢修的目標，很顯然首先要從對這些設備的聯動操作改造著眼和入手，完成機器替代人工操作，解決作業流水線自動化問題。

但是輪軸智慧檢修的核心是智能化，需要從智能化的角度，對整個檢修過程進行自上而下的從宏觀到微觀的規劃設計，不僅要涉及到設備聯動自動化，也涉及到檢修的整個業務管理能否充分發揮檢修線的效能（如部分車輛段投入的智能庫處于停用狀態），檢修的質量控制能否在檢修線中真正體現，以及是否支持未來狀態修的需求等。

所謂的智能化，是基于設備自動化和信息數字化的基礎之上，智慧車間應對各種正常、異常以及更高需求場景下的整體應對能力。所以，智慧檢修需要采用自上而下的戰略規劃指導，針對各種檢修場景，定制出最高端的智能化標準和方案。

3 國內外智慧制造方案借鑒

貨車輪軸檢修是一個比較專業和單一的系統過程，不同于行業外其他典型的智能制造過程，后者無論是原料的多樣性、工序的復雜性以及用戶對產品不斷變化的需求，都對市場競爭具有高度依賴性，因此行業外加工制造生產類企業，在智慧化方面，發展得更快、應用得更深入，表現在制造資源控制、現場運行監管、物流過程管控、生產執行跟蹤、質量工作監督、生產績效統計及新產品優化設計等方面，都有完善控制模式和技術平臺。這些都為貨車輪軸智慧化檢修設計，提供了很廣泛的借鑒參考。

貨車輪軸檢修的設計，就需要具有開放的思維，吸納不同行業的智能制造的先進技術和方案，結合貨車輪軸檢修的特點，為我所用。

貨車輪軸檢修有關的技術服務和專業設備廠家，多年來在局部技術領域，也研發出了先進的技術成果，并在輪軸檢修過程中得到應用，但由于沒有全線聯動貫通的設計，各工位仍需要大量的人工參與，獨立操作，聯動功能無法發揮作用。因此智慧檢修的課題，提供了一個很好的契機，聯合有專業經驗的技術廠家，把這些設備進行系統化的通盤考慮和集成設計。

目前國內還沒有實施這樣案例的總體設計公司，因此需要集中工廠智能化廠家、輪軸檢修設備廠家以及輪軸檢修專家進行聯合攻關，并積極學習具有輪軸檢修實施案例的國外公司的技術經驗，借鑒引入參與到設計中來，使得我國貨車輪軸檢修水平，達到和超過世界一流水平。

例如西班牙Danobat公司在澳大利亞建立的鐵路貨車自動化維修工廠就是一個很好的案例。該項目是為礦業企業必和必拓公司( BHP Billiton)提供的全自動數字化貨車及輪軸檢修線，每28分鐘完成一輛貨車進車、拆卸、維修和重新裝配的維修。整個工廠是一個復雜的制造系統，包括用于檢測和拆卸的主線、一個轉向架維修車間、一個車輪維修區和一個車體修型車間，包括所有工件的檢測和每個部件在制造過程中的信息報告。智能數字化系統完成整個維修過程和車間內全部操作的監測、控制和全面管理。這是一個工業4.0的成功案例，其它如在俄羅斯也有相同輪軸檢修系統應用，都是可參考的世界先進水平系統案例。

圖1 貨車輪軸全自動檢修案例（BHP Billiton）

4 貨車輪軸組裝檢修及管理規則

《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規則》和《鐵路貨車廠修規程》等相關標準文件（TG/CL224-2016，TG/CL110-2018 以下簡稱《鐵規》），是智慧化檢修方案必須遵照的過程和質量標準，是保證輪軸檢修的質量的重要評判依據，智慧檢修方案只可以強化應用該標準，不能削弱更不能省略標準的有關規定。

鐵標在數據信息管理方面，規定了HMIS輪軸子系統（貨車信息化管理系統）在自動輸入、輸出的質量記錄和臺賬報表在實現電子存儲、傳遞、校核、上報時，系統打印的質量記錄和臺賬報表簽章后與手工填寫的記錄具有同等效力，這些都為智慧化檢修方案提供了信息化設計基礎。

系統實現智慧檢修的重要標志是檢修數據自動上傳，避免了人工錄入，檢修效率的大大提高，對信息化平臺下的人工簽章確認，提出了新的人機交互、電子確認新模式要求。

對于檢修流程中，需要人工復檢的工位例如A型顯示微機控制超聲波自動探傷后，對輪軸須進行全軸穿透和軸頸根部（卸荷槽）手工超聲波復探，對輪對須進行全軸穿透手工超聲波復探；若A型顯示微機控制超聲波自動探傷發現缺陷時，還須采用手工超聲波探傷方式施行超聲波復探等，以上探傷以手工超聲波探傷結果為準等，這些需要考慮在全智慧化檢修情況下，如何采用新的自動超探技術自動完成復探或者如何將手工復探，納入到系統交互中去，既不違反規則規定，保證輪軸檢修質量，又不影響智慧檢修的整體流水化效率。

5 對狀態修系統的支持和利用

國家能源集團鐵路貨車“狀態修”健康狀態診斷模型及狀態監測維修系統（HCCBM）全面投入試運用，標志著國家能源集團鐵路貨車檢修由“計劃修”向“狀態修”正式過渡。

所謂狀態修，即是一種預知維修（Predictive Maintenance），和傳統的以時間為基礎的（Time Based Maintenance，簡稱TBM）預防維修體制不同的是，前者是狀態劣化由被監測的機器狀態參數實時變化反映出來，在足夠的提前期間發出警報，采取適當的維修，后者是在設備出現了明顯的劣化后實施的維修，或者按時間計劃到期進行的“無病也治、有病通治”的維修。目前國內外正在推行的狀態修制度，是一種先進、科學、經濟效益高的檢修制度，避免了檢修成本浪費，或者部分車輛“帶病運行”造成的安全隱患，配合狀態修制度的實行，輪軸車間智慧檢修系統，需要充分利用狀態修系統中輪軸在線運行實時監測數據庫，根據各輪軸本身特定的“診斷”信息，進入輪軸檢修修程時，進行有重點參數目標關注的針對性檢修，避免了“過度修”、“不足修”的盲目性，克服通修檢修時間長、工作量大、檢修資源浪費等問題。另一方面，智慧檢修過程中形成的輪軸數據，也需要盡可能開放提供給CBM系統進行數據共享，為輪軸的狀態修診斷，提供更充分的大數據分析基礎。

6 工業4.0與新技術應用

工業4.0時代的產品和服務將借助于互聯網，通過智能化與機械、電子及環境的結合，生產用戶定制化的產品和服務。

輪軸檢修雖然不是生產用戶定制化的輪軸產品，但卻是為不同“個性”的輪軸提供檢修服務的智能化過程，因此利用工業4.0的思維，輪軸檢修對資源配置、檢修能力的影響，將會不斷上升，極端情況下甚至可以理解為個性化的單件進行自動化檢修。

工業4.0時代的到來一方面由于用戶需求及市場的推動，更主要的由于互聯網時代各項新技術的逐步發展成熟的支持。因此智慧輪軸檢修引入這些新技術應用也勢在必行。

例如5G通訊技術可用于智慧輪軸檢修各種數據監測的通訊；智能AI視頻技術可用于輪軸標牌自動識別以及檢修區域安全防護監視；RFID技術可用于通過“托盤”或“貨架”對輪軸標識信息在各工位進行加工傳遞，或者在智能庫中進行壓裝智能匹配；大數據分析技術對輪軸狀態進行定制化檢修；工業互聯網云服務技術可用于車間檢修與廠外輪軸運行狀態監測系統功能的狀態修數據服務共享；AGV以及機器人技術進行輪軸上下料及自動輸送等；手機及觸摸屏完成人機交互、電子簽章等檢修業務協同等。

7 綠地項目和沙地項目

要建造世界一流水平的貨車輪軸智慧檢修項目，參照國外同類項目經驗，最好選擇新址建造一個全新的檢修工廠（綠地項目），這樣可以不受原廠區的場地、設備等各種原有條件的限制，采用世界最高水平的監測、加工、組裝設備，設計出實現最高目標要求的最優化的檢修線和智能化系統。

當然目前各車輛段的現狀，都是處于一邊完成繁重的檢修任務，一邊嘗試進行各種局部改造的狀態，輪軸智慧檢修項目一般采用在原廠區進行利舊改造（沙地項目），也是行業面臨的實際問題。

利舊改造雖然避免了設備投入資源的浪費，但也需要對原設備進行修改、研發，與現有檢修任務的切換，需要突入大量的人力、時間成本，考慮到檢修任務的并行計劃，也會帶來智慧檢修功能上分階段折衷等問題。

智慧檢修方案的詳細設計，也很大程度上取決于車輛段對綠地項目還是沙地項目的慎重決策，歸根結底是輪軸智慧檢修系統的投入產出比的決策，是鐵路局分公司或車輛段需要在建造未來高大上的智慧檢修場景和改造當前車間現狀場景之間的價值判斷。

8 結語

貨車輪軸智慧檢修是輪軸檢修行業的必然趨勢，涉及各個層面的改造和新技術應用，需要多專業的共同協同配合，是一個復雜的系統工程，本文對此提出的一些思考，供輪軸智慧檢修有關的設計和項目實施參考。