鐵路貨車輪軸數字檢修關鍵技術研究

史曉磊，范增虎，董卓皇，陳亞勛，楊文澈

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所；2.中國鐵路北京局集團有限公司，北京 100081）

利用自動化、物聯網、移動互聯、大數據等先進技術，對鐵路車輪車間輪軸造修工藝進行優化再造，緊密銜接各道工序；建立車間生產調度指揮中心，實現輪對檢修全過程可視化監控；建立輪軸動態實物庫與虛擬庫，實現車軸、車輪、軸承“一件一檔”全壽命周期管理；推進大數據進班組、作業過程質量卡控，提高生產協作效率，全面提升輪軸造修的智能化、信息化水平。

1 系統目標

立足貨車輪軸檢修現狀以及未來發展要求，研究建設貨車輪軸數字檢修系統（以下簡稱輪軸系統），服務輪軸車間生產調度與指揮中心管理需要，實現從輪對收入、分解到修竣檢查的全過程可視化管控；建立微控、工控設備生產數據自動接入輪軸生產系統數據接口規范，集中監控設備狀態，避免人工重復采集信息；通過集成輪對檢修、5T 安全監測、壽命超期服役等信息進行綜合預警；采用條碼、FRID、移動應用等技術，實現輪軸技術履歷信息共享以及作業過程中配件識別應用，建立輪軸配件檢修過程跟蹤手段。

2 業務流程

鐵路貨車輪軸修程分為輪軸一級修、二級修、三級修、四級修，貨車段修主要實行輪軸二、三級檢修。其中二級修主要工序包括輪軸外觀技術狀態檢查，輪對尺寸測量、軸承開蓋、軸端信息抄錄、輪軸清洗除銹、磁粉探傷、超聲波探傷、車輪輪緣踏面加工、軸承關蓋、軸承磨合測試、輪軸涂漆、輪軸支出；三級修主要工序在二級修基礎上增加軸承外觀技術狀態檢查，軸承退卸，輪對尺寸檢測，軸頸、防塵板座擦拭，軸承與軸頸、后擋與防塵板座檢測與選配，軸頸、防塵板座涂脂，軸承壓裝，軸承壓裝到位檢測，刻打標志板，軸承附件組裝，軸向游隙檢測。

3 系統架構

以服務于輪軸檢修工藝與軸承一般檢修工藝全過程數字化、智能化的生產管理需要，按照一級部署、二級應用模式的開展應用系統研究，在鐵路局集團公司進行集中部署，為鐵路局集團公司、車輛段相關業務管理人員提供應用服務。系統與貨車技術管理信息系統(HMIS)、車輛運行安全監控系統(5T)等既有信息系統實現相關業務數據互聯互通。

4 數據架構

輪軸系統堅持規范性、自動采集、工位錄入、可共享性和數據安全五項原則采集生產數據，建立輪軸檢修生產管理數據中心，實現“一次生成、全程使用”，避免相同數據的重復采集。

5 功能設計

輪軸系統圍繞車輛段輪軸檢修數字化、智能化的發展要求，采用RFID 標簽、工業控制、可視化等技術手段，建立輪軸檢修相關應用服務，主要功能由生產計劃、生產預警、過程管控、技術管理、設備管理、物料管理、質量管理等組成。

5.1 生產計劃

主要是支持年度計劃、月度計劃、日生產計劃的編制。對輪軸車間年度、月度、日輪軸生產計劃進行維護與查詢，提供對班組日生產計劃的管理，自動統計生產計劃的兌現率等。提供按年度、月度、季度、日統計車間輪軸新造與檢修數量，提供按年度、月度、季度、日統計車間輪軸檢修數量，按軸型、材質等維度統計輪軸收入和支出數量，統計各類輪軸故障的分布與檢修數量、故障環同比變化趨勢等。

5.2 生產預警

集成待檢修輪軸的5T 安全監測預警信息，通過輪軸綜合預警，輔助現場職工重點維修。對即將到達規定壽命的輪軸，在進入檢修車間時進行預警，以便及時更換，防患于未然。對車軸、車輪、軸承配件庫存不足情況動態預警。

5.3 技術管理

實現輪軸檢修從收入、軸承退卸到輪軸竣工檢查全過程圖形化監控，對超時、不規范、異常等作業情況進行告警提示，實時動態監控輪軸檢修工藝、軸承一般檢修工藝線微控和工控設備技術狀態的監控與告警。查看各庫房物料情況及存儲位置。查看各工位的計劃、在修、完工、異常情況。查看各種設備的實時狀態。查看各工位異常及處理情況。

5.4 過程管理

結構化的工藝參數模塊，工藝人員需要將各車型、各工序所用到的工藝參數輸入到系統中。包括工藝參數名稱、范圍、控制方式（提示、控制）等。可視化的工藝路線配置程序，可根據產品、維修任務來選擇各種任務下對應的工序，并定義各工序之間的順序。實現輪軸收入檢查、輪軸探傷、車輪踏面旋修、軸承一般檢修、軸承壓裝、檢修竣工以及輪軸支出全過程信息的采集與管理。

5.5 設備管理

建立輪軸檢修工藝與軸承一般檢修工藝主要工裝設備臺賬，實時采集工裝設備運行參數和工作狀態進行集中監控，對設備運維信息進行維護。

5.6 物料管理

實現輪軸車間車軸、軸承以及車輪配件動態管理，支持從型號、材質、廠家、鑄造日期等維度統計車輪庫存。對現場庫車輪存放區實行庫位管理，記錄每個庫位的車輪信息。根據生產計劃自動進行車輪、車軸等物料的配送。

5.7 質量管理

通過工藝流程控制實現了上下工序的自動卡控，上道工序未完成，下工序不允許加工；同時支持并行工序、機動工序等。實現尺寸與技術參數控制，超范圍尺寸不能保存，不合格數據不允許流轉。實現了復合數據的自動計算、減少計算錯誤，提高了工作效率。自動統計輪對返修率、故障分布、軸承缺陷等信息，輔助輪軸檢修質量管理要求。

6 關鍵技術

6.1 相關專業系統信息接口

根據輪軸檢修業務的需要，輪軸系統與HMIS 輪軸檢修子系統、HMIS 站修子系統、鐵路貨車管理信息系統、5T 系統等建立數據接口，實現了業務數據綜合應用，提升了輪軸檢修效率。系統主要采用Web Service 技術與業務信息系統實現數據共享與交互，具體信息接口內容如表1 所示。

6.2 微控、工控設備接口

為降低各工序職工采集作業數據的強度、避免數據重復采集、提升輪軸造修效率，輪軸智能檢修系統需與輪軸檢修工藝、軸承一般檢修工藝工裝設備建立數據接口，自動獲取輪軸尺寸檢測、加工、磨耗、探測等技術作業數據，系統與各微控、工控設備接口數據內容如表2。

表2 微控、工控設備數據接口

6.3 輪對定位追蹤

采用RFID 物聯網技術進行輪對定位追蹤管理，在輪對上安裝RFID 標簽，寫入輪對唯一標識信息，在輪軸收入到支出全工藝關鍵工序安裝RFID 讀寫器，當輪對經過相應工位時，自動讀取輪對RFID 標簽信息，定位當前位置與已完成的工序，并將輪對相關信息傳輸至輪軸檢修系統。輪對RFID 標簽寫入時機選取在貨車架車分解時或者非現車收入輪對時，根據車軸制造與輪對組裝信息，以輪對制造日期、制造單位、型號、制造編號等制造信息作為輪對RFID 標簽唯一信息，在寫入RFID 標簽同時，建立標簽RFID 信息與輪對檢修履歷關聯信息，通過RFID 讀取設備可獲取輪對檢修履歷信息。在輪對磁粉探傷、超聲波探傷、車輪輪緣踏面加工以及標志板刻打等工序，通過RFID 標簽讀寫設備時，自動將輪對制造信息共享至相應工裝設備，避免數據的重復采集。輪對檢修工藝線RFID 讀寫器安裝設想如表3。

表3 輪對檢修工藝線RFID 讀寫器安裝設想

6.4 檢修質量卡控

通過事前預警與過程管控，強化輪對檢修質量管控。按照輪規作業要求，輪軸檢修系統卡控輪對收入車軸、車輪測量尺寸數據，對不滿足限度要求情況進行報警提醒；根據測量輪對尺寸超限，自動預判故障信息與修程等；按照檢修工藝要求，上一道工序作業信息未錄入系統或者作業不規范時，禁止下一道工序錄入信息；為輔助當前工序崗位作業，提供對前幾道工序作業信息的查詢服務。

7 預期效益

鐵路貨車輪軸數字檢修系統的建設與實施，能夠有效提升輪軸檢修數字化水平，實現主要工裝設備檢測、探傷信息自動接入生產系統，通過共享工廠、車輪車間輪軸檢修履歷信息，顯著提升信息采集效率與質量，采用RFID 標簽快速識別、獲取輪軸履歷信息，實現輪對檢修工藝全過程的管控，通過將輪對檢修技術規程標準與作業要求轉化為電子化卡控，有效提升輪軸的檢修質量。