余士頂，王吉勇，黃永華

0 引言

當(dāng)前鐵路正處在一個(gè)變革和創(chuàng)新的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)發(fā)展迅速，公司制新體制下，市場主體地位全面確立，也面臨著新的變化、新的要求。原有的一系列生產(chǎn)模式將被更新、更先進(jìn)的模式所替代，這一新技術(shù)浪潮也不可避免地對(duì)傳統(tǒng)意義上鐵路客車輪軸檢修模式提出挑戰(zhàn)。

目前，全路在用的鐵路客車輪軸檢修生產(chǎn)線，存在無法采集檢修信息或采集的信息只能以信息孤島的形態(tài)存在等問題。信息處理采用人工操作、紙質(zhì)記錄的方式，工作煩瑣且數(shù)據(jù)抄錄時(shí)間長，工作效率低。生產(chǎn)線上的部分?jǐn)?shù)字化設(shè)備采集的信息無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，人員、設(shè)備及輪軸各部件的信息無法采集、操控。因此，有必要開展鐵路客車智慧輪軸檢修生產(chǎn)線技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)鐵路客車輪軸檢修生產(chǎn)線的數(shù)字化和智能化，才能真正實(shí)現(xiàn)強(qiáng)基達(dá)標(biāo)、提質(zhì)增效的目標(biāo)。

1 研究方案

1.1 研究目標(biāo)

（1）檢修質(zhì)量可追溯：通過對(duì)輪對(duì)、軸承激光刻印二維碼及對(duì)零部件油墨噴印二維碼，建立輪軸各部件一一對(duì)應(yīng)的識(shí)別身份碼，從而在檢修全過程將作業(yè)人員、信息數(shù)據(jù)采集與輪軸各部件識(shí)別碼綁定，實(shí)現(xiàn)輪軸各部件全生命質(zhì)量追蹤[1]；

（2）過程管理規(guī)范化：所有作業(yè)人員必須按流程作業(yè)，實(shí)現(xiàn)下一工序?qū)ι弦还ば虻谋O(jiān)督和卡控，出現(xiàn)作業(yè)過程異常時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警[2]；

（3）提高工作效率：通過智能檢測(cè)技術(shù)、無紙化操作，依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形成的輪軸各部件檢修數(shù)據(jù)域?qū)崿F(xiàn)智能選配，可提高工作效率；

（4）數(shù)字化、智能化與智慧化：通過CCD、二維碼、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)輪軸各部件檢修過程的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控、信息自動(dòng)采集、自動(dòng)分析處理，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)線流程、規(guī)范化作業(yè)流程和管理、提高檢修質(zhì)量和職工業(yè)務(wù)素質(zhì)的目的，并預(yù)留對(duì)外輸出接口和協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與其他管理系統(tǒng)的對(duì)接。

1.2 研究內(nèi)容

（1）研發(fā)輪軸檢修過程智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輪軸檢修質(zhì)量可追溯、檢修過程管理規(guī)范化，提高檢修工作效率，實(shí)現(xiàn)輪軸檢修數(shù)字化與智能化，以及檢修作業(yè)完成后系統(tǒng)可對(duì)檢修結(jié)果進(jìn)行查詢和打印輪對(duì)卡片（車統(tǒng)—51K3）等44張輪軸檢修記錄。

（2）對(duì)在用的機(jī)械式輪軸檢修計(jì)量器具，如輪徑尺、內(nèi)距尺等鐵專計(jì)量器具，進(jìn)行數(shù)顯和藍(lán)牙傳輸技術(shù)革新，實(shí)現(xiàn)計(jì)量器具的數(shù)字化及無線傳輸[3]。

（3）對(duì)在用的需人工判斷檢修故障的輪軸檢修設(shè)備（如手工超聲波探傷儀）及試驗(yàn)設(shè)備（如磨合試驗(yàn)）等，進(jìn)行智能化改造，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備的視頻監(jiān)控及互聯(lián)網(wǎng)+智能檢測(cè)（包含智能自檢和對(duì)輪對(duì)軸箱的智能檢測(cè)）等智能輔助作業(yè)功能。

（4）實(shí)現(xiàn)檢修生產(chǎn)線流程優(yōu)化和檢修規(guī)程的完善。通過程序軟件對(duì)輪軸檢修過程智能管理進(jìn)行深入分析，實(shí)現(xiàn)輪軸檢修作業(yè)流程優(yōu)化，還可以為輪軸檢修的智能化管理和作業(yè)指導(dǎo)書及規(guī)程的修訂完善提供數(shù)據(jù)支持和經(jīng)驗(yàn)分析。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 CCD視覺檢測(cè)技術(shù)

采用CCD視覺檢測(cè)技術(shù)（見圖1），將輪對(duì)固有信息如輪對(duì)型號(hào)、軸號(hào)、車軸信息（材質(zhì)、制造單位、制造年月）、車輪信息（材質(zhì)、制造單位、制造年月、制造標(biāo)記）、輪對(duì)首末次組裝單位和日期等信息按照一定的編碼規(guī)則自動(dòng)錄入到數(shù)據(jù)庫，代替人眼識(shí)別、手動(dòng)錄入數(shù)據(jù)庫的作業(yè)，極大地減輕了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，并避免人為輸錯(cuò)等問題的發(fā)生。

1.3.2 激光二維碼刻印和掃碼技術(shù)

通過激光打標(biāo)機(jī)的軟件自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫中讀出要生成的二維碼信息，通過軟件自動(dòng)生成二維碼并刻印在輪對(duì)軸端固定扇區(qū)，形成每個(gè)輪對(duì)唯一的終身不變的識(shí)別信息，輪軸檢修的各工序通過二維碼掃碼技術(shù)將其檢修信息“綁定”，達(dá)到輪對(duì)與檢修信息的一一對(duì)應(yīng)。

1.3.3 高精度無線位移傳感器技術(shù)

通過采用高精度無線位移傳感器，代替原來的機(jī)械表，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)化收集，并且提高了檢測(cè)精度，既減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，又避免了人為輸錯(cuò)問題的發(fā)生。

1.3.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將輪軸檢修各工序的檢修信息自動(dòng)收集匯總至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，形成輪軸各部件物物相連的域，達(dá)到各檢修工序信息共享、遠(yuǎn)程訪問的目的。

1.3.5 云計(jì)算技術(shù)

運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)對(duì)匯總至服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)算、分類管理，自動(dòng)生成輪軸檢修各類報(bào)表，通過對(duì)檢修數(shù)據(jù)的分析判斷，優(yōu)化輪軸檢修作業(yè)流程，分析輪軸檢修要求合理性。同時(shí)可對(duì)待檢修零部件檢修要求進(jìn)行提前預(yù)判，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。

2 鐵路客車智慧輪軸檢修生產(chǎn)線技術(shù)構(gòu)架

2.1 基本構(gòu)架

鐵路客車智慧輪軸檢修生產(chǎn)線構(gòu)架由信息采集層、運(yùn)作操控層和領(lǐng)導(dǎo)決策支持層等三大部分組成（見圖2），管理系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和服務(wù)器等部分組成。

圖1 CCD視覺檢測(cè)技術(shù)功能框架

（1）信息采集層。利用視頻監(jiān)控、二維碼技術(shù)、各種傳感技術(shù)，進(jìn)行輪軸檢修各種數(shù)據(jù)和事件的實(shí)時(shí)測(cè)量、采集、事件收集、數(shù)據(jù)抓取和識(shí)別。

（2）運(yùn)作操控層。對(duì)采集到的數(shù)據(jù)和事件信息進(jìn)行加工處理后，按照作業(yè)流程建模編排事件信息處理，自動(dòng)選擇應(yīng)對(duì)措施，通知相關(guān)人員按工作流程處理，保留歷史信息，實(shí)現(xiàn)查詢、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控等。

（3）領(lǐng)導(dǎo)決策支持層。相關(guān)管理人員可進(jìn)行信息查詢與監(jiān)控、作業(yè)流程進(jìn)度可視化監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)分析及輪軸檢修作業(yè)流程優(yōu)化。為輪軸檢修的智能化管理和作業(yè)指導(dǎo)書及各種規(guī)程的修訂完善提供數(shù)據(jù)支持與經(jīng)驗(yàn)分析。

2.2 硬件系統(tǒng)

（1）CCD字符識(shí)別裝置。CCD字符識(shí)別裝置由高精度工業(yè)級(jí)CCD相機(jī)、數(shù)字光源控制器、專業(yè)的圖像處理軟件、工業(yè)計(jì)算機(jī)以及其他附件構(gòu)成。

（2）二維碼識(shí)別器。二維碼識(shí)別器采用專業(yè)針對(duì)金屬二維碼的掃描槍，識(shí)別率高、反應(yīng)快。

（3）輪軸檢修移動(dòng)工作站。由移動(dòng)小推車、掃碼槍、UPS電源、工業(yè)一體電腦、無線數(shù)傳模塊等部分組成。

（4）輪軸檢修測(cè)量裝置。由移動(dòng)小推車、UPS電源、工業(yè)一體電腦、無線數(shù)傳模塊、掃碼槍、高精度位移傳感器、專用檢具等部分組成。

（5）服務(wù)器。采用高配置工控機(jī)、大屏幕觸摸顯示器，內(nèi)裝SQL server2012數(shù)據(jù)庫軟件和輪軸智能管理系統(tǒng)軟件，采用千兆無線網(wǎng)絡(luò)連接，保障數(shù)據(jù)訪問的流暢性。

2.3 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)包括服務(wù)器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、終端嵌入式軟件系統(tǒng)和操作系統(tǒng)。服務(wù)器操作系統(tǒng)采用Windows7旗艦版操作系統(tǒng)，內(nèi)裝SQL Server2012數(shù)據(jù)庫?？蛻舳瞬捎肳indows7操作系統(tǒng)和嵌入式軟件。

圖2 鐵路客車智慧輪軸檢修生產(chǎn)線技術(shù)構(gòu)架

管理系統(tǒng)采用C/S構(gòu)架，在.net框架下采用C#編程語言開發(fā)，軟件的通用性強(qiáng)，可在任何Windows環(huán)境下運(yùn)行，通過采用Web Service技術(shù)，能使得運(yùn)行在不同設(shè)備上的不同應(yīng)用軟件無須借助附加的、專門的第三方軟件或硬件，就可實(shí)現(xiàn)相互交換數(shù)據(jù)或集成，極大地降低了與第三方軟件數(shù)據(jù)交互的耦合性。

3 實(shí)現(xiàn)功能

3.1 輪軸檢修過程智能管理

具備CCD智能識(shí)別字符信息功能、激光打碼功能，在每條輪對(duì)打上與輪對(duì)信息一致的二維碼，輪對(duì)檢修全程可通過二維碼將相關(guān)檢修數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，使得整個(gè)檢修過程處于可控狀態(tài)。將之前“人工觀察、人工記錄”的舊有模式變更升級(jí)為“人工觀察、二維碼讀取、菜單式確認(rèn)”的數(shù)字化采集模式。

使用高精度的光柵位移傳感器和數(shù)字化測(cè)量儀器自動(dòng)采集測(cè)量結(jié)果的方式代替原來的機(jī)械表人工讀數(shù)手動(dòng)抄錄的方式，提高輪軸檢測(cè)精度，避免錄入錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)輪軸檢修信息的自動(dòng)采集和選配。

3.2 計(jì)量器具的數(shù)字化及無線傳輸技術(shù)革新

通過使用數(shù)顯千分尺、輪徑尺等和無線傳輸技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果自動(dòng)采集管理，可與之前的軸承檢測(cè)結(jié)果通過智能分析軟件實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)選配，更實(shí)現(xiàn)了零部件的智能選配。

3.3 在用輪軸檢修設(shè)備信息化改造

通過對(duì)原來注油設(shè)備的數(shù)字化升級(jí)改造，使每套軸承的注油量可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤和查詢。系統(tǒng)采用伺服閉環(huán)電控系統(tǒng)和高精度油脂流量計(jì)對(duì)注油量進(jìn)行在線換算，達(dá)到精確控制注油量稱重的目的，并通過無線傳輸裝置和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)把軸箱的實(shí)時(shí)注油量傳送至服務(wù)器。

對(duì)在用的需人工判斷檢修故障的輪軸檢修設(shè)備（手工超聲波探傷儀）及試驗(yàn)設(shè)備（磨合試驗(yàn)設(shè)備）進(jìn)行智能化改造，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備的視頻監(jiān)控及互聯(lián)網(wǎng)+智能檢測(cè)（包含智能自檢和對(duì)輪對(duì)軸箱的智能檢測(cè)）等智能輔助作業(yè)功能。

3.4 檢修生產(chǎn)線由智能化向智慧化邁進(jìn)

通過軟件程序?qū)嗇S檢修過程智能管理進(jìn)行深入分析，可實(shí)現(xiàn)輪軸檢修作業(yè)流程優(yōu)化，還可以為輪軸檢修的智能化管理和作業(yè)指導(dǎo)書及規(guī)程的修訂完善提供數(shù)據(jù)支持和經(jīng)驗(yàn)分析。

4 結(jié)束語

主要針對(duì)鐵路客車智慧輪軸檢修生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)研究，引進(jìn)二維碼、CCD技術(shù)、無線傳輸技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，設(shè)計(jì)信息采集層、運(yùn)作操控層、領(lǐng)導(dǎo)決策支持層等系統(tǒng)構(gòu)架，研發(fā)輪軸檢修過程智能管理系統(tǒng)，使鐵路客車輪軸檢修生產(chǎn)線成為智慧輪軸檢修生產(chǎn)線。根據(jù)客車輪軸檢修實(shí)際需要，今后可進(jìn)一步完善客車輪軸檢修生產(chǎn)線智慧管理方法，提升輪軸檢修手段。