周高偉，劉 穎，王 晗

（中車工業(yè)研究院有限公司，北京100070）

我國高鐵裝備柔性自動化生產(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）

分析了我國高鐵裝備行業(yè)面臨的現(xiàn)實問題，重點探討了我國高鐵裝備柔性自動化生產(chǎn)線的建設(shè)模式，強調(diào)以點到面，全面實現(xiàn)高鐵裝備柔性自動化生產(chǎn)線的建設(shè)，為軌道交通裝備制造業(yè)的柔性自動化生產(chǎn)線的建設(shè)提供建議和參考。

柔性自動化生產(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)成為各國占據(jù)至高點的必爭領(lǐng)域，柔性自動化生產(chǎn)線是未來工廠的發(fā)展趨勢，也是決定制造企業(yè)未來發(fā)展的前景。

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

1 我國高鐵裝備行業(yè)的面臨的現(xiàn)實問題

（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不足等狀況。

（2）產(chǎn)業(yè)效率效益相對薄弱

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伍，提高數(shù)字化智能化制造水平。

（3）生產(chǎn)模式相對粗放

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)計依賴成熟產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗，導(dǎo)致新產(chǎn)品試制周期長、報廢率高；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)不及時而導(dǎo)致生產(chǎn)停滯的現(xiàn)象較為常見；對工裝設(shè)備的故障缺乏預(yù)見性，維護保養(yǎng)較為被動；對物料、人員的調(diào)度較為落后，常常浪費人力、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；對供應(yīng)鏈的管控不夠智能化，生產(chǎn)緊張時外購件供應(yīng)不及時；且外購件庫存積壓現(xiàn)象難以消除，更加難以實現(xiàn)“零庫存”的愿景，導(dǎo)致資源浪費。

（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）和計算機數(shù)控（CNC）階段，企業(yè)數(shù)控化率過低。此外，在信息化和工業(yè)化融合過程中還存在諸多亟待解決的問題；高檔和特種傳感器、智能儀表儀器、自動控制系統(tǒng)、高檔數(shù)控系統(tǒng)、機器人的使用率很低。

2 我國高鐵裝備柔性自動化生產(chǎn)線的建設(shè)模式探討

通過對高鐵裝備行業(yè)的現(xiàn)實問題分析可知，建設(shè)高鐵裝備柔性自動化生產(chǎn)線是高鐵裝備行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的內(nèi)生動力及機遇，同時也面臨著很大的挑戰(zhàn)，必須在正視現(xiàn)實問題的基礎(chǔ)上，實事求是、腳踏實地地開展高鐵裝備柔性自動化生產(chǎn)線的建設(shè)，并對高鐵裝備柔性自動化生產(chǎn)線的建設(shè)模式進(jìn)行探討。

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

結(jié)合高鐵裝備行業(yè)信息化建設(shè)落后、生產(chǎn)模式相對粗放的行業(yè)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)特點，建議由點及面，借鑒其它行業(yè)成熟的柔性自動化生產(chǎn)線的經(jīng)驗，以動車組、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，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)向架柔性自動化裝配生產(chǎn)線具有典型的代表意義，可同時結(jié)合機械專業(yè)、電氣專業(yè)、軟件專業(yè)、計算機控制專業(yè)等各專業(yè)，通過各專業(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)機器人、視覺監(jiān)測、智能配送、精準(zhǔn)定位、容錯檢知等），實現(xiàn)適合不同車型轉(zhuǎn)向架自動化裝配的整條流水線，在數(shù)字化工廠、虛擬現(xiàn)實、仿真等領(lǐng)域積累經(jīng)驗，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。

轉(zhuǎn)向架柔性自動化生產(chǎn)線工作邏輯圖見圖1所示，此生產(chǎn)線可適用于不同型號高速列車轉(zhuǎn)向架的自動化生產(chǎn)裝配。在工藝流程不變時，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，可以很容易擴展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加模塊，構(gòu)成一個更大的系統(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、智能物流系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)等。其中主裝配線由多個工位共同組成，裝配線上的每個工位的各執(zhí)行單元協(xié)同工作，通過各單元自身的通用性和容錯性實現(xiàn)整線的柔性裝配，同時配備了多種機器人和自動擰緊裝置，加快了生產(chǎn)線的裝配節(jié)拍，提高了效率。當(dāng)裝配不同型號的高速列車轉(zhuǎn)向架時，只需對裝配線各工位上定位銷和專用夾具進(jìn)行快速換裝，即可實現(xiàn)不同型號高速列車轉(zhuǎn)向架的柔性自動化裝配。

輔助裝配臺包括輪對預(yù)組、輪對定位等，在輔助配臺上利用輔助工裝夾具對零部件進(jìn)行裝夾定位。通過可自動調(diào)整的定位夾具，使生產(chǎn)線可以適應(yīng)多個不同規(guī)格型號產(chǎn)品，實現(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化立體線邊庫自動運輸至主裝配線相應(yīng)工位，主要由吊裝機器人和AGV（自動導(dǎo)引運輸車）組成。

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

（2）深化柔性自動化生產(chǎn)線建設(shè)范圍

基于轉(zhuǎn)向架柔性自動化裝配生產(chǎn)線的經(jīng)驗積累，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下料線、電纜組裝組成、網(wǎng)絡(luò)自動檢測線等眾多制造工序中，實現(xiàn)高效率、低能耗、優(yōu)質(zhì)量的生產(chǎn)。

在局部實現(xiàn)數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，加強智能技術(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，在遵循數(shù)字化工廠、智能化工廠、4.0工廠的技術(shù)實現(xiàn)路徑的基礎(chǔ)上，建立多個柔性自動化生產(chǎn)線，研究實現(xiàn)人—人、人—機器以及機器—機器的協(xié)同技術(shù)，形成高鐵裝備自己的標(biāo)準(zhǔn)體系。

（3）實現(xiàn)高鐵裝備行業(yè)的柔性自動化生產(chǎn)線的全面建設(shè)

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

柔性自動化生產(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。柔性自動化生產(chǎn)線的全面建設(shè)，將對高鐵裝備行業(yè)帶來翻天覆地的變化。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的柔性自動化生產(chǎn)線確保產(chǎn)品從設(shè)計到制造的一致性，并且在制樣前對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、性能乃至生產(chǎn)工藝都進(jìn)行仿真驗證，極大地節(jié)約開發(fā)成本、降低消耗和縮短產(chǎn)品研發(fā)周期；通過信息橫縱向集成實現(xiàn)研究、設(shè)計、生產(chǎn)和銷售各種資源的動態(tài)配置以及產(chǎn)品全程跟蹤檢測，實現(xiàn)個性化定制與柔性生產(chǎn)同時提高了產(chǎn)品質(zhì)量；同時將人工智能融入設(shè)計、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)品核心競爭力。

3 結(jié)束語

高鐵裝備柔性自動化生產(chǎn)線的建設(shè)模式由點到面，以高鐵轉(zhuǎn)向架柔性自動化生產(chǎn)線為切入點，然后進(jìn)一步深化柔性自動化生產(chǎn)線的建設(shè)，積累經(jīng)驗，形成高鐵裝備自己的標(biāo)準(zhǔn)體系，最后全面開展柔性自動化生產(chǎn)線的建設(shè)。借助于信息化技術(shù)打通企業(yè)的各個流程，實現(xiàn)從設(shè)計、生產(chǎn)到銷售各個環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通，并在此基礎(chǔ)上實現(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（1.0版）[R].2016.

[2]機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所.對智能制造的一些認(rèn)識[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

國家科技支撐計劃項目（編號2015BAF081301-03）

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