朱林榮 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海工務(wù)大修段

1 前言

為滿足《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》建設(shè)及鐵路運(yùn)行需要；2008年來(lái)在全路先后新建或改造16個(gè)鋼軌焊接基地，各焊軌基地以“工藝裝備一流、工作環(huán)境一流、員工素質(zhì)一流、企業(yè)管理一流、產(chǎn)品質(zhì)量一流”為己任，為中國(guó)高速鐵路提供了優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。中國(guó)高鐵“走出去”的國(guó)家戰(zhàn)略，為高鐵長(zhǎng)鋼軌焊接提供了機(jī)遇。實(shí)現(xiàn)“高鐵長(zhǎng)軌，中國(guó)制造”，對(duì)焊軌基地的運(yùn)用、管理提出了新要求。而實(shí)現(xiàn)對(duì)軌料管理是基地管理不可或缺的組成部分，存軌場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)基地軌料進(jìn)出全過(guò)程閉環(huán)管理的基礎(chǔ)，也是基地“五個(gè)一流”建設(shè)和“走出去”戰(zhàn)略的需要。

2 基地長(zhǎng)軌存軌場(chǎng)貨位管理現(xiàn)狀及不足

2.1 長(zhǎng)鋼軌存軌場(chǎng)的貨位管理現(xiàn)狀

長(zhǎng)鋼軌存軌場(chǎng)分為時(shí)效場(chǎng)和成品場(chǎng)，管理方式基本相同，入庫(kù)時(shí)，由500 m組合吊機(jī)崗位員工依據(jù)焊接或精整線生產(chǎn)計(jì)劃按長(zhǎng)軌類(lèi)別和存軌場(chǎng)貨位存軌狀態(tài)，確定入庫(kù)鋼軌存放位置，核對(duì)鋼軌打標(biāo)機(jī)打印在軌腰上的軌條標(biāo)記，再將長(zhǎng)軌條從輥道線吊至存軌場(chǎng)對(duì)應(yīng)貨位，用粘貼紙?jiān)谲壎私o予標(biāo)識(shí)。出庫(kù)時(shí)，該崗位員工根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃或裝車(chē)配置表在時(shí)效場(chǎng)或成品場(chǎng)查找核對(duì)軌條標(biāo)記，實(shí)施出庫(kù)作業(yè)。

2.2 基地存軌場(chǎng)貨位管理的不足

2008年以來(lái)，隨著中國(guó)鐵路的高速發(fā)展，焊軌基地承擔(dān)的鋼軌焊接任務(wù)大量增加，焊接鋼軌的軌種多，鋼軌生產(chǎn)廠商多，建設(shè)用軌項(xiàng)目多，用戶多且鋼軌軌源均為甲供，鋼軌資產(chǎn)不屬于基地，基地?zé)o權(quán)處置，導(dǎo)致存軌場(chǎng)存放鋼軌繁雜，人工管理的缺陷不斷顯現(xiàn)；時(shí)常出現(xiàn)存軌場(chǎng)入庫(kù)軌跺混放、堆場(chǎng)超存、底層鋼軌存放超時(shí)，存軌方案不合理，出庫(kù)時(shí)出錯(cuò)概率高；作業(yè)效率低；一旦出錯(cuò)被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致返工；如果出錯(cuò)未被發(fā)現(xiàn)，或?qū)⑽＜傲熊?chē)運(yùn)行安全。

3 存軌場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化研究的意義

經(jīng)過(guò)焊軌基地幾年的運(yùn)作，基地“五個(gè)一流”建設(shè)不斷推進(jìn)；鐵路體制改革的不斷深化，管理精細(xì)化管理要求不斷提高；軌料管理涉及基地精細(xì)管理的程度。對(duì)基地“五個(gè)一流”建設(shè)和“走出去”戰(zhàn)略具有現(xiàn)實(shí)意義。

存軌場(chǎng)管理自動(dòng)化可以提升基地鋼軌吊裝設(shè)備的技術(shù)等級(jí)；將基地綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能向工業(yè)4.0發(fā)展的起步；實(shí)現(xiàn)最大化利用基地軌場(chǎng)。存軌場(chǎng)貨位自動(dòng)化是采用技術(shù)手段簡(jiǎn)化管理上的難題；是基地軌料管理的突破；是基地存軌場(chǎng)貨位管理的創(chuàng)新。最終提高基地勞動(dòng)生產(chǎn)率。同時(shí)，通過(guò)基地軌料進(jìn)出全過(guò)程閉環(huán)管理，為實(shí)現(xiàn)鋼軌全壽命管理做好鋪墊。

4 長(zhǎng)軌存軌場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化研究的總體思路

根據(jù)運(yùn)基線路【2009】601號(hào)《焊接長(zhǎng)鋼軌吊運(yùn)存放規(guī)定（暫行）》提出了500 m長(zhǎng)鋼軌最基本的吊運(yùn)存放要求，以及先入先出，便于作業(yè)，存量最大的原則。通過(guò)對(duì)基地鋼軌吊裝設(shè)備的技術(shù)改造，利用成熟的PLC控制技術(shù)，根據(jù)基地對(duì)長(zhǎng)軌條堆放精度要求，簡(jiǎn)化格雷母線定位技術(shù)及WCS絕對(duì)位置編碼尺定位技術(shù)，依據(jù)光柵原理制作光電定位尺，采用雙光電開(kāi)關(guān)讀取橫梁定位尺脈沖的方式實(shí)現(xiàn)精度定位。對(duì)既有焊軌基地綜合監(jiān)控系統(tǒng)的功能完善；實(shí)現(xiàn)存軌場(chǎng)鋼軌吊裝作業(yè)內(nèi)容自動(dòng)識(shí)別，包括入庫(kù)、出庫(kù)、整理、傷軌處理等；貨位識(shí)別，包括垛、層、位；同時(shí)系統(tǒng)依據(jù)當(dāng)前存軌場(chǎng)鋼軌存放情況，提供入庫(kù)、出庫(kù)鋼軌存放（裝車(chē)）策略。達(dá)到減少鋼軌吊裝的重復(fù)作業(yè)和杜絕出錯(cuò)；降低吊裝作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)的目的。

5 長(zhǎng)軌存軌場(chǎng)場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化的研究

5.1 長(zhǎng)軌存放場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化的技術(shù)原理

利用變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)起始位置與目標(biāo)位置距離的長(zhǎng)度設(shè)置不同的吊機(jī)走行速度，實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率和定位精度。

平面上的長(zhǎng)軌條位置管理：群吊同步后就只要考慮其中一個(gè)吊點(diǎn)的位置，其他吊點(diǎn)隨該吊點(diǎn)變化而變化。把平面上的長(zhǎng)軌條存放位置信息存放于PLC的EEPROM中，具有斷電保存功能。為貨位管理在平面上的長(zhǎng)軌條位置管理提供了條件。通過(guò)OPC技術(shù)與成品場(chǎng)群吊控制系統(tǒng)的主站PLC通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)平面上的長(zhǎng)軌條位置管理

立面上的長(zhǎng)軌條位置管理：本次群吊作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)查詢?cè)谠撐恢靡郧笆欠褚呀?jīng)存放軌條、已經(jīng)存放幾根，如果以前未存放則本次作業(yè)為最下面一層，如果已經(jīng)存放一根，則本次作業(yè)為第二層，以此類(lèi)推。實(shí)現(xiàn)立面上的長(zhǎng)軌條位置管理。

軌條信息的獲取：焊軌基地綜合監(jiān)管系統(tǒng)已經(jīng)在每根長(zhǎng)軌條焊接第一個(gè)接頭時(shí)對(duì)該長(zhǎng)軌條定義了接頭號(hào)和軌條號(hào)并將該組編號(hào)輸送給鋼軌打標(biāo)機(jī)在鋼軌的規(guī)定位置上打印。也就是說(shuō)在到達(dá)存軌場(chǎng)的長(zhǎng)軌條是有軌條號(hào)的，且該軌條號(hào)時(shí)唯一的。通過(guò)軌條號(hào)可以關(guān)聯(lián)該長(zhǎng)軌條的所有相關(guān)信息。在長(zhǎng)軌條入庫(kù)時(shí)，系統(tǒng)查詢綜合監(jiān)控系統(tǒng)獲取此軌條信息，實(shí)現(xiàn)貨位管理中的軌條信息管理。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)OPCserver與PLC建立連接，實(shí)時(shí)獲取PLC數(shù)據(jù)，即群吊動(dòng)作，系統(tǒng)根據(jù)群吊的起始和結(jié)束位置計(jì)算出動(dòng)作（入庫(kù)、出庫(kù)、返軌、貨位整理）和長(zhǎng)鋼軌在場(chǎng)內(nèi)的橫向及縱向位置，從而做出相應(yīng)的反應(yīng)，如：自動(dòng)填寫(xiě)入庫(kù)單、出庫(kù)單、裝車(chē)單，同時(shí)立體顯示（根據(jù)不同鋼軌母材信息、長(zhǎng)鋼軌狀態(tài)等條件以不同顏色顯示）。

5.2 長(zhǎng)軌存放場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化功能（以成品場(chǎng)為例）

5.2.1 成品裝車(chē)出庫(kù)

后臺(tái)終端輸入本次出庫(kù)裝車(chē)長(zhǎng)軌條信息時(shí)，系統(tǒng)查詢、篩選出庫(kù)清單中各鋼軌條信息，符合條件入選本次裝車(chē)出庫(kù)軌條，最后在崗位終端計(jì)算機(jī)上標(biāo)識(shí)本次裝車(chē)軌條信息。實(shí)施吊裝出庫(kù)時(shí)，如吊點(diǎn)起始位置不是本次裝車(chē)軌條貨位，系統(tǒng)將提示出錯(cuò)。本次裝車(chē)結(jié)束則生成出庫(kù)鋼軌條合格證。

5.2.2 成品入庫(kù)

系統(tǒng)依據(jù)上道工序軌條信息自動(dòng)獲取入庫(kù)軌條號(hào)，并根據(jù)吊點(diǎn)位置確認(rèn)入庫(kù)軌條來(lái)自生產(chǎn)1#線或2#線；根據(jù)選定的目標(biāo)位置及之前該目標(biāo)位堆放軌條的根數(shù)自動(dòng)確定堆放層數(shù)。吊裝完成，該軌條信息自動(dòng)載入該管理貨位。

5.2.3 傷軌處理

吊鉤到達(dá)當(dāng)前位置抓鉤抓實(shí)鋼軌條時(shí)查詢當(dāng)前軌條入庫(kù)狀態(tài)（合格品或傷軌），如是合格品即提示“該長(zhǎng)軌條為合格品”。否則，進(jìn)入對(duì)應(yīng)冷線處理，并將該軌條號(hào)提供給對(duì)應(yīng)冷線使用。當(dāng)確認(rèn)完成后將該傷軌軌條號(hào)移出對(duì)應(yīng)貨位。

5.2.4 貨位整理

對(duì)成品場(chǎng)長(zhǎng)軌條實(shí)施整理時(shí)，將吊點(diǎn)當(dāng)前位置軌條號(hào)轉(zhuǎn)移至目標(biāo)位置。當(dāng)前位置是長(zhǎng)軌車(chē)吊點(diǎn)位置時(shí)，提示調(diào)用長(zhǎng)軌車(chē)出庫(kù)信息，調(diào)用后將長(zhǎng)軌車(chē)作為一個(gè)特別貨位處理，找回出庫(kù)軌條號(hào)返庫(kù)。

5.3 成品場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)

5.3.1實(shí)驗(yàn)環(huán)境及條件

試驗(yàn)工作以3臺(tái)吊機(jī)組合吊模擬500 m長(zhǎng)軌組合吊；每臺(tái)吊機(jī)橫梁上安裝一個(gè)長(zhǎng)度為6 m的橫梁定位尺，定位尺開(kāi)口中心間距165 mm，開(kāi)口寬度一個(gè)U型雙光電開(kāi)關(guān)寬度，U型雙光電開(kāi)關(guān)安裝在葫蘆上隨小車(chē)移動(dòng)，通過(guò)PLC讀取光電開(kāi)關(guān)脈沖，確定小車(chē)位置，見(jiàn)圖1。

圖1 定位尺與U型雙光電開(kāi)關(guān)位置示意圖

以一條輥道線模擬#1冷線輥道（#0位）；以#5位至#14位為長(zhǎng)軌貨位；#23及以后為長(zhǎng)軌車(chē)裝車(chē)位。40 m左右長(zhǎng)的鋼軌模擬500 m長(zhǎng)軌。

軟件環(huán)境以win7為操作平臺(tái)，三菱OPCserver為中間件，在焊軌基地綜合監(jiān)控系統(tǒng)V2.0版本上實(shí)施；試驗(yàn)所需的信息及生成的信息皆為模擬信息，包括模擬從質(zhì)檢工位獲取軌條信息（如：軌條號(hào)sH20161121151016、500 m、4焊縫、焊縫編號(hào) 071R16112101，071R16112102，071R16112103，071R16112104、攀鋼、U75V、60 kg/m、160 km/h、熱軋）；長(zhǎng)軌車(chē)鋼軌返庫(kù)處理類(lèi)似貨位整理狀態(tài)等。

5.3.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

（1）長(zhǎng)軌組合吊設(shè)備（見(jiàn)表1）

表1 長(zhǎng)軌組合吊設(shè)備

（2）管理功能（見(jiàn)表 2）

5.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

成品場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具備鋼軌入庫(kù)、出庫(kù)、傷軌標(biāo)識(shí)、貨位整理等功能，實(shí)現(xiàn)存軌場(chǎng)鋼軌實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理；采用雙光電開(kāi)關(guān)讀取橫梁定位尺脈沖方式的定位精度和組合吊的同步性能達(dá)到要求，與格雷母線定位或WCS絕對(duì)位置編碼尺定位比較投入更經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，可大大降低維修技術(shù)要求和成本；與既有焊軌基地綜合監(jiān)控系統(tǒng)融合運(yùn)用，通過(guò)OPC技術(shù)與存軌場(chǎng)群吊系統(tǒng)PLC控制中心通訊，實(shí)時(shí)更新存軌場(chǎng)鋼軌動(dòng)態(tài)存放信息，實(shí)現(xiàn)存軌場(chǎng)長(zhǎng)軌自動(dòng)吊裝和貨位管理自動(dòng)化的要求。

表2 管理功能

6 長(zhǎng)軌存軌場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化的優(yōu)化及拓展

通過(guò)對(duì)焊軌基地長(zhǎng)軌存軌場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化的研究和成品場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)，下一步在基地長(zhǎng)軌成品存軌場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化的實(shí)施過(guò)程中，進(jìn)一步優(yōu)化長(zhǎng)軌組合裝吊設(shè)備與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通訊模式，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性；優(yōu)化管理功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)提供鋼軌存放（裝車(chē)）策略，增加統(tǒng)計(jì)匯總、報(bào)表打印等功能。進(jìn)而拓展至?xí)r效場(chǎng)、待焊軌場(chǎng)。

最后，進(jìn)一步研究百米軌存軌場(chǎng)的貨位管理自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)基地存軌場(chǎng)貨位管理自動(dòng)化。以及流水線作業(yè)過(guò)程中鋸切長(zhǎng)度及鋼軌損耗的管理，達(dá)到基地軌料進(jìn)出全過(guò)程閉環(huán)管理的目的。