大型養路機械精益化檢修可行性方案的研究

胡傳亮，閻正義

(北京客運專線基礎設施維修基地，北京 100070)

大型養路機械是用于鐵路道床和鋼軌等基礎設施維修的大型鐵道線路工程機械(以下簡稱大機)，它是鐵路工務系統由人工作業走向機械化施工的重要標志。隨著我國鐵路高速、重載、軌道重型化的發展及客運專線的大規模建設使用，大機得到了廣泛的應用。大機設備在應用中受系統多樣、技術復雜、作業工況惡劣、設備磨損嚴重等自身因素影響，以及品種多、零配件供應困難等外部因素的影響，大機檢修對大機施工影響很大。隨著技術的進步，大機越來越復雜，越來越昂貴，其生產使用效能越來越依賴于保養和檢修。鐵道部歷來重視大機檢修工作，截止“十一·五”規劃末，全路將投入30多億元，用以建設6個客運專線基礎設施維修基地(以下簡稱客?；?，負責大機的管理、使用和維修。要實現大機設備檢修的高效率、高質量和安全性要求，應該結合大機檢修的現實情況，開展精益化檢修。大機精益化檢修以信息網絡技術為平臺，優化大機檢修的方式方法，控制檢修質量的全過程，將檢修涉及的技術信息、管理信息、物流信息、資金信息匯集，有效提高大機檢修的實效，保證檢修的質量。路內外學者及研究機構以精益化檢修為方向，在飛機、汽車等領域，取得了豐碩的研究成果，已廣泛用于F/A-18戰斗機和BMW汽車檢修等多個領域。可以預見，精益化檢修也能夠為大機的檢修工作提供巨大的幫助。

1 大機精益化檢修的特點

大機精益化檢修是以系統科學和可靠性理論為基礎，以信息網絡技術為平臺，以大機專業理論、故障診斷、自動控制、遠程監控、管理工程等科學技術為手段，以大機檢修的方式、過程的優化為內容，以檢修質量的全過程控制為主線，實現設備、場地、管控、檢修人員、物資等多方面在技術信息、管理信息、物流信息、資金信息的匯集，實現大機整機、重要總成全壽命過程使用可靠性的最優控制，大機的精益化檢修主要有以下特點。

1.1 檢修體系網絡化

大機的精益化檢修要求參與檢修的維修部門、檢測部門、指揮調度機構、物資部門間建立有效的網絡連接，使檢修體系網絡化。故障的發現、分析、判斷，技術資料的查詢，零配件的領用，各種檢修生產計劃、物資供應計劃的擬訂下達，都借助網絡進行，使大機檢修既準確又快捷，大大提高檢修效率。

1.2 檢修過程智能化

檢修過程智能化是大機精益化檢修的重要特點。檢修過程智能化的技術基礎主要包括便攜式檢修輔助技術、遠程技術支援和故障智能診斷專家系統。

便攜式檢修輔助技術主要包括交互式電子技術手冊IETM系統(以下簡稱 IETM系統)、便攜式維修輔助計算機PMA(以下簡稱 PMA)。IETM系統摒除了查閱的紙質媒介技術資料的繁雜，直接操作硬件設備，通過跳轉鏈接、工作導引等功能，簡潔地找到各種技術參數和資料，提高了技術支持的效率。PMA是一種便攜式的計算機，是人機交互式的維修工具，它可以顯示技術資料、輔助故障診斷、維修監控和遠程技術支持，提供檢修記錄存檔、零備件提報、數據的上傳和下載等功能。以上兩種便攜式檢修輔助硬件設備能夠有效提高工程技術人員現場檢修的工作效率，并將檢修一線和基地指揮調度連為一體。

遠程技術支援就是通過計算機網絡將施工現場、車間一線與基地的技術專家聯系起來，當檢修一線遇到疑難問題時，基地的專家對傳輸的圖像、聲音以及故障情況、設備技術參數進行分析研究后，通過網絡將結論和解決方案傳遞給一線檢修人員并對他們的工作進行實時指導。大機故障智能診斷專家系統將人工智能技術應用于大機狀態檢測和故障診斷維修，檢修人員可以將故障情況描述、設備技術參數、檢測數據輸入專家系統，對設備故障進行智能診斷。

1.3 檢修信息中心化

以信息技術、網絡技術、計算機技術、智能技術為基礎的大機精益化檢修，從本質上改變了檢修的組織、形態和思想。精益化檢修變傳統的樹枝檢修結構為呈扁平的網狀結構，檢修管控部門、設備物資部門與檢修人員一樣，均為網絡上的平等節點。有檢修需要時，各個節點在一定的檢修規則下自主找出最佳途徑，將故障采集與檢修實施、后方技術指導、零配件資源的調配、檢修控制管理等結合起來，實現多節點間的快速聯動，提高檢修的效率。

2 開展大機精益化檢修的重點工作

2.1 建立大機綜合檢修保障信息系統

大機的檢修分為基地工廠修理和施工現場搶修兩種情況。工廠檢修需要在確保質量、安全前提下將計劃檢修的項目按時間節點完成工作;施工現場搶修時，需要最短時間恢復使用功能，確保完成施工任務。同時如何提高檢修人員的技術水平、及時獲取檢修保障信息、快速查找提供零備件都是急待解決的問題。針對這些要求，需要構建基于工位終端、便攜式維修輔助計算機PMA的大機綜合檢修保障信息系統。大機綜合檢修保障信息系統主要由IETM子系統、檢修保障培訓子系統、遠程管控與技術支持子系統、檢修控制與保障管理子系統和智能故障診斷專家子系統5個子系統組成。

2.1.1 大機綜合檢修保障信息系統的物理拓撲結構

系統借助北京客?；鼐钟蚓W絡和 Internet網絡，主體結構采用 B/S結構框架，并集合 B/S結構(Browse/Server)使用方便、功能界面豐富、C/S結構(Client/Server)界面操作強的優點。工廠的檢修工人使用工位終端，通過基地局域網絡、Internet互聯網與大機綜合檢修保障信息主系統相連，與檢修生產指揮調度部門、設備物資部門開展數據交流或接受技術支持。現場搶修人員使用的搶修指揮車配備車載終端、北斗定位裝置和PMA，基地指揮中心能實時掌握搶修指揮車的準確位置。搶修人員使用車載遠程終端通過無線通訊、Internet互聯網與基地進行數據傳輸，獲得遠程技術支持。大機綜合檢修保障信息系統結構見圖1。主系統為不同客戶端定義不同的操作等級，實現不同的訪問功能。

圖1 大機綜合檢修保障信息系統結構

2.1.2 大機綜合檢修保障信息系統的功能

大機綜合檢修保障信息系統的五個子系統能夠為基地工廠檢修、現場搶修提供涉及檢修所有環節的技術、管理支持，滿足檢修進度、質量保障、技術培訓、材料供應等各方面的需求，為大機檢修管理提供了方便、快捷、高效的平臺。

檢修進度管控方面:系統將某項檢修工作以三維仿真的形式預先存儲，檢修人員每實際完成一個工作步驟，用鼠標記錄一項，工位終端將此工位的檢修人、實際工作進展定時上傳，車間管控界面實時顯示該工位的檢修進展，管理者根據進展情況完成指揮調度。檢修質量控制方面:系統結合實際工作的步驟進度，將拆裝順序、工裝工具、工藝數據等影響檢修質量的關鍵因素預先提示給檢修人員。檢修人員在預操作和實際操作中，出現組裝順序錯誤或技術數據錯誤，系統用重點閃爍的方式，及時顯示出錯信息，提示正確步驟和技術細節。系統還能夠按工作步驟提示管理者對已完工的項目安排質檢員進行檢查驗收，以保證檢修質量。圖2～圖3是以09-32型搗固車搗固裝置中的單耳外油缸體部件檢修為例顯示檢修出錯提示和組裝進度情況。

圖2 活塞桿組裝出錯提示

圖3 活塞頭組裝完成時間顯示

遠程管控與技術支持子系統由遠程搶修指揮車、遠程終端、PMA及遠程管控軟件組成?；卣{度中心通過指揮車裝備的定位系統，實時掌握搶修人員、車輛的準確位置。搶修人員使用PMA對故障進行診斷，攝影攝像后將視頻、照片通過遠程技術支持子系統利用無線通訊傳遞至基地調度中心，接受基地調度的指揮或專家的技術指導。

檢修控制與保障管理子系統提供檢修管理和物資材料供應保障等功能。檢修人員操作工位終端、PMA可以查詢當日自身工號的檢修任務或材料型號供應等信息，可以填寫并自動生成包括檢修記錄報告單、用料單在內的各種檢修管理信息。該子系統具備互聯網絡、有線、無線語音通訊方式，對語音通訊進行錄音存儲備查，可以給檢修人員的PMA和手機發送文字信息。

2.2 建立交互式電子技術手冊(IETM)系統

建立不同型號大機設備的檢修用交互式電子技術手冊(IETM)系統是大機綜合檢修保障信息系統工作的重要部分。IETM系統可以實現技術培訓功能、技術資料的檢索查詢功能、專家支持系統的集成數據庫等功能。例如:IETM系統能夠在非現場環境下，用機械三維仿真形式，演示設備的內部結構、拆裝順序，配合透明化處理，系統可以將設備的液壓、機械動作展示給使用者。IETM系統將檢修用技術信息如文字、表格、圖像、工程圖形、視頻、音頻、動畫等，按一定的結構和標準進行存儲，可以提供跳轉鏈接、工作導引等功能，檢修人員能在查閱操作手冊、維修大綱、維修作業指導書時對相關數據進行相互參引。便攜式維修輔助計算機PMA是一種交互式的維修工具，工程技術人員攜帶它對大機進行檢修時，PMA可以實現技術資料的顯示、故障診斷、維修監控、遠程技術支持、檢修記錄存檔、零備件管理、數據的上傳和下載，見圖4～圖5。

圖4 透明化處理后的總成內部結構

圖5 查詢油缸零件型號

IETM系統結構采用基于主題的數據模型，即按照應用主題對大機設備的技術信息進行組織和分類，應用主題分為描述、任務、故障和零件四種。每種主題信息又由多個子信息包組成，子信息包中含有執行某一特定功能的全部技術信息，將主體信息的子信息包進行相關組合就可以構建用戶需要的應用信息。例如，預查詢進口09-32型搗固車搗固裝置外油缸的型號、圖紙、故障現象，可以按主體信息為“零件”中的子信息包“作業裝置”，再輸入“油缸”，按照檢索清單找到該零件，選擇“三維圖像”后IETM界面確定一個結果。再交互查詢“故障”，IETM的顯示屏幕上不但顯示該油缸的三維圖像，而且文本對話框中還顯示該油缸材料技術信息。

與大機檢修有關的技術資料、圖紙按照CALS標準，完成紙質手冊和文檔的精益化過程，形成IETM數據，標準數據導入導出功能實現了IETM信息數據的復用和共享。IETM系統標準數據制作過程如圖6所示。

圖6 大機檢修用交互式電子技術手冊數據轉換流程

2.3 建立大機故障智能診斷專家系統

大機故障智能診斷專家系統主要由三部分組成:服務器端基于知識庫的診斷專家系統、客戶端基于Web的診斷咨詢系統和專家知識庫的維護管理系統。系統核心為基于知識庫的專家系統主要由知識庫、推理機、解釋機和Web接口組成。知識庫由規則庫和事實庫組成，規則庫存放產生規則的集合。事實庫存放事實的集合，事實包括現實的事實、中間結論、最終推理所得事實。它既有數據庫管理和演繹能力，又能夠提供專家推理判斷等模糊智能模塊。大機故障智能診斷專家系統結構見圖7。

工位終端或遠程用戶通過瀏覽器向Web服務器發送故障現象描述和請求咨詢的要求，服務器端的專家系統接受咨詢請求，調用知識庫，運用推理模塊進行推理判斷，將診斷結果發回客戶端，實現故障智能診斷功能。

圖7 大機故障智能診斷專家系統結構

3 開展大機精益化檢修工作的幾點注意事項

科學的工藝、必備的檢修檢驗設備、相應技能的人員、完善的作業指導書是開展大機精益化檢修工作的基礎，還需要在系統設計、網絡建設、軟件開發、硬件配置、人員組織與培訓等很多方面開展大量艱苦、細致的工作。開展這些工作時應注意遵循以下原則:

1)領導重視原則 大機精益化檢修工作是大機企業全局性的系統工程。領導重視是完成這項工作的首要前提，如果沒有企業高層領導的重視與掛帥，就不能落實相應資金，就不能充分協調好相關部門間的工作，精益化檢修系統就只能是紙上的探討和方案。

2)標準優先原則 大機精益化檢修涉及系統開發、網絡建設、軟件開發、硬件配置等工作都需要用系統的觀點和理論，優先確定各種標準。IETM系統、PMA系統的設計都需要依據相應的國家標準、鐵道部標準。否則，提前研發的裝備、軟件與后續研發不能做到網絡的互聯互通、數據相互讀取調用，整個精益化工作將陷入困境。

3)專家負責制原則 大機精益化檢修的實現過程復雜，技術含量高，對涉及被檢設備安全和系統功能的關鍵部件總成要有專家指導和把關，才能保證檢修質量的可靠性。

4)持續改進原則 大機精益化檢修是一項技術含量高、綜合性強、學科交叉多、信息量大、參與人員多的系統工程，設備的種類在不斷增加，功能在不斷完善。隨著技術的不斷進步，需要對工藝、流程不斷優化，使檢修工藝更科學，檢修過程更流暢，檢修內容更豐富，檢修質量更可靠。

4 結束語

大型養路機械是鐵路工務系統先進生產力的代表，大機精益化檢修是集檢修過程控制、檢修質量保障、通信指揮管理為一體的多任務信息管理平臺，是大機企業提高設備檢修管理效率的有效手段。它的建立、運行要經過大量艱苦、細致的工作，相信通過不懈努力，一定能建好、用好它。只有如此，部門才有執行力，管理才有控制力，大機企業才有核心競爭力。

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