中國軌道交通車輛制造企業智能制造發展方向和建設思路探索

曾側倫，王晗，劉昱，彭飛

（1.中國中車工業研究院有限公司 北京 100070）

中國軌道交通車輛制造企業智能制造發展方向和建設思路探索

曾側倫1，王晗1，劉昱1，彭飛1

（1.中國中車工業研究院有限公司 北京 100070）

本文闡述了智能制造發展歷程以及制造業實現智能制造的目的，并結合《中國制造2025》、《國家智能制造標準體系建設指南（2015年版）》相關內容探索得出制造業智能制造頂層架構。同時結合以中國中車為代表的中國軌道交通車輛制造業智能制造發展現狀，重點闡述了軌道交通車輛制造企業在高速動車組生產制造過程中實現智能制造的初步探索和建設思路。

智能制造 中國制造2025 頂層架構 軌道交通 中國中車 高鐵動車組 建設思路

1.引言

隨著德國工業4.0、美國工業互聯網、中國制造2025以及兩化深度融合等一系列智能制造戰略的出現，智能制造將是未來制造業運用發展的重點方向［1］。同時中國鐵路行業近年來發展快速，尤其是在中國高速鐵路裝備產量逐年遞增的情況下，如何使軌道交通裝備制造離散性行業更加高效率、高品質、高安全且低能耗地生產制造出如高鐵、動車組、機車和城軌車輛等軌道交通裝備，是未來提升中國軌道交通裝備行業（本文以中國中車為例）整體制造技術水平，縮小國際同行業制造技術差距的重大路徑和重點發展方向。

2.智能制造在軌道交通裝備企業的定義思考

2.1智能制造在軌道交通裝備企業的架構探索

結合《國家智能制造標準體系建設指南（2015版）》［2］內容中智能制造體系框架圖，軌道交通裝備制造企業在此架構圖的基礎上需要加強技術體系、標準體系和網絡體系建設，從而更快速地達到并實現高品質制造、高效可持續的企業全價值鏈目標。

適應軌道交通裝備制造企業智能制造構架如圖1所示。

圖1適應軌道交通裝備制造業的智能制造框架示意圖

3.軌道交通裝備制造企業智能制造發展思考

3.1軌道交通車輛制造企業發展現狀

在1949年以前，中國鐵路用的機車車輛，還大部分依賴進口。新中國成立后，中國軌道交通裝備制造業快速發展，歷經仿制、自主設計研發和引進消化吸收各階段。

2007年4月18日，中國鐵路運輸第六次大提速正式實施。在京哈、京滬、京廣、隴海、滬昆、膠濟和廣深等既有的繁忙干線中大量開行具有自主知識產權的“和諧號”高速動車組列車（時速200～250km/h），這標志著中國鐵路拉開高速時代的序幕［4］。同時促進了軌道交通裝備高速列車生產制造技術的快速提升。經過六次大面積提速，極大地推動了我國鐵路運輸生產力發展，大大加快了中國鐵路現代化發展的歷史進程。

現在以中國中車為代表的中國軌道交通裝備制造企業，具有約54家全資及控股子公司的大型軌道交通裝備制造企業，已是全球規模最大、品種最全且技術領先的軌道交通裝備供應商。中國貨車生產企業、機車生產企業、客車生產企業、城軌生產企業和高鐵動車組生產企業在智能制造發展方面的近期發展情況和發展趨勢如圖2所示。

圖2軌道交通裝備企業發展現狀和發展趨勢圖

3.2軌道交通車輛制造企業智能制造發展方向

由于中國軌道交通車輛制造企業制造技術水平具有差異性，現有制造企業智能制造發展方向應從傳統制造型轉向精細制造型，再到精益制造型，并逐步向數字化和智能制造過渡。發展過程如圖3所示。

圖3制造業智能制造發展方向示意圖

結合智能制造技術特征和軌道交通車輛制造型企業特征，將各階段發展類型主要特征分析定義如下。

（1）傳統制造型企業主要特征。

◎ 企業設備：相對獨立的數據設備和工作單元。

◎ 企業技術：基本可實現的電子化技術數據。

◎ 企業網絡：基本的辦公網絡。

◎ 企業管理：基本的財務及辦公網上流程。

（2）精細制造型企業主要特征。

◎ 企業設備：初步具備網絡數據信息與設備互聯互通網絡體系，軟件上基本實現三維能力。

◎ 企業技術：初步具備三維技術、主業務流程軟件技術的運用以及利用網絡取樣數據取代實體模型進行驗證的能力。

◎ 企業網絡：較為完善的信息安全機制及健康網絡平臺。

◎ 企業管理：較為完善的生產主業務流程全貫通及上下游良好銜接。

（3）精益制造型企業主要特征。

◎ 企業設備：完善的網絡數據信息與設備互聯互通網絡體系，且基本可實現虛擬仿真能力。

◎ 企業技術：在三維技術能力運用之上，具備全生命周期的虛擬制造技術。

◎ 企業網絡：完善的工業網絡與信息安全體系，以及信息與設備統一標準網絡體系。

◎ 企業管理：完善的全業務流程的貫通管理。即企業資源、供應鏈、產品全生命周期以及風險保障等全方位業務流程管理。

（4）數字化制造型企業主要特征。

◎ 企業設備：網絡數據信息與設備貫通，基本實現生產環境的傳感監控及數據收集能力。

◎ 企業技術：具備全生命周期虛擬制造技術向數字化車間及生產線落地技術的能力。

◎ 企業網絡：工業網絡、數據收集以及端到端的網絡數據收集體系。

◎ 企業管理：完善的全生命周期可視化監控及業務安全管理體系。

（5）智能制造型企業主要特征。

◎ 企業設備：具備完善的自感知、自分析、自決策等智能設備集成運用。

◎ 企業技術：具備大數據的收集與分析、云計算、物聯網以及全感知系統處理技術和運用技術的能力。

◎ 企業網絡：具備云端網絡與工業網絡的無縫銜接良好運用能力。

◎ 企業管理：具備全業務大集成的協調控制管理及全價值鏈和多業務自優化管理能力。

4.軌道交通裝備制造企業智能制造建設思路探索

4.1軌道交通智能制造實施流程思路探索

結合目前軌道交通車輛制造企業智能制造發展現狀，在軌道交通車輛制造企業集團內實現全面開展智能制造，首先需要研究制定全集團智能制造頂層規劃思路，再對實施智能制造過程中的標準體系在全集團級和子企業進行貫通并對子企業進行差異性層級評估，評估完成后對可開展智能制造的子企業試點示范，最后將運用良好的智能制造方式、方法、技術和管理等進行模塊化逐步推廣。如圖4所示。

圖4軌道交通車輛制造企業智能制造實現思路

4.2軌道交通智能制造業務頂層構架思路探索

目前軌道交通車輛裝備制造企業數量較多，且部分資源由集團統一管控，要推進智能制造，達到智能制造全面實施和推進，需要構建集團多企業型的智能制造頂層構架，該頂層構架能夠面向全部的軌道交通裝備制造企業和與軌道交通裝備行業有關的社會群體，并讓部分有志于提高軌道交通裝備行業技術及制造能力的人員參與進來，構建軌道交通裝備制造企業為核心的眾創眾包智能制造體系。基于以上內容，探索智能制造頂層構架主要思路建議為建立三層核心管理層，即智能制造資源聚合集團層、智能制造研發協同管控層、智能制造實施層，同時將三個核心層的網絡、標準、管理和設備等全部聯通。如圖5所示。

圖5　軌道交通裝備企業智能制造整體框架示意圖

智能制造資源聚合集團層主要包括統籌資源管理總部，統一管理國內外軌道交通裝備客戶給予的網絡訂單，同時收集客戶及車輛乘客反饋的關于軌道交通車輛制造部分的使用情況等，并將此市場需求、單向訂單、車輛使用問題及制造技術問題等資源需求數據交由資源規劃與調度中心統一協調調度。

智能制造研發協同層主要包括四部分。第一部分為車地一體化網絡管控中心，功能為統一管理整個智能制造的網絡數據中心，形成數據收集、車、地、企業網絡聯通以及生產制造工業網的管控；第二部分為產品全生命周期管理中心［6］，主要為管理軌道交通車輛制造全過程管控，管理各大智能制造生產基地、檢修維保服務中心等。第三部分為協同研發中心，主要負責智能制造體系中制造基地和檢修服務維保中心等軌道交通車輛制造生產的研發協同管理。第四部分為眾創眾包合作中心，主要聯通研發協同中心提出的設計需求和其他行業的技術、資源等支持。軌道交通車輛制造智能制造過程中采用眾創眾包將有以下便利：眾創使創業方式更加多元化、眾創使創業過程更加面向消費者、眾創使創業成本更小化、眾創促使創業資源共享等［5］。

智能制造實施層主要為制造實施工廠及各檢修維保服務中心，為具體軌道交通車輛智能制造生產單元。由于制造過程、設備故障、人員錯誤及外部攻擊等都是智能制造系統的危險因素［3］。在智能制造實施層還應并行各功能安全與信息安全，形成智能制造安全保障體系與能力。具體頂層架構思路圖如下。

4.3軌道交通車輛之前企業智能制造落地實施思路

軌道交通車輛制造企業與其他行業在實施智能制造方面具有相同之處，即一定要有基礎，一定要先完成信息化、數字化和標準化，才能做智能化。以前企業設計、生產、物流和服務等部門是割裂的，而實現智能制造就是要將這些環節統一起來、有機結合［9］。實現智能制造后，企業可以進一步挖掘、提升企業的制造產能、保證制造質量和控制生產成本，減少能源、原材料消耗，滿足法律法規的環保安全需求，形成企業知識系統，促進企業不斷創新［9］。

軌道交通車輛制造企業智能制造落地實施思路以智能制造標準實施思路探索和智能車間實施思路探索為例。

（1）標準落地實施思路探索-企業智能制造層級評估。軌道交通車輛制造企業由于制造水平發展不同步，有部分企業已完成精益制造或數字化信息化工廠布局，有部分企業還處于傳統制造和精細制造之間，那么在整個集團實施智能制造過程中，需要對各企業制造水平進行評估，評估完成后對不同智能制造水平層級的企業實施集團層的標準體系。

如圖6中軌道交通車輛制造企業智能制造水平層級評估，以國家、行業、企業等的智能制造知識庫為評估標準，組織行業專家評估團隊，對制造企業中的智能設備、智能技術、智能網絡和智能管理水平等進行分批評估，評估完成后得出綜合評估分數在集團內進行對比，可以得出不同的軌道交通車輛制造企業處于哪一個階段。判定評估的企業在哪些方面具有優勢，哪些方面還存在不足，哪些需要及時提出智能制造整改方案，哪些是需要分布進行實施項點。

圖6軌道交通車輛制造企業智能制造水平層級評估示意圖

（2）智能制造車間落地實施思路探索—高鐵機車轉向架智能制造車間。由于目前國內高速動車組轉向架（CRH1型、CRH2型、CRH3C型、CRH5型、CRH380A/AL型、CRH380B/BL/CL型、CRH380D型）結構及制造特征［7］，可將智能制造車間試點放在高鐵機車轉向架裝配生產制造過程中。建立高鐵機車轉向架裝配智能化車間模塊，將高鐵機車轉向架傳統制造方法和智能制造技術相結合，在智能制造頂層的智能管理體系、智能標準體系、智能設備體系和智能網絡體系大構架下建設高鐵機車轉向架裝配智能化車間。

圖7高鐵機車轉向架裝配智能工廠試點示意圖

主要包括齒輪箱的智能裝配生產線、輪對智能組裝生產線、輪對涂裝智能生產線、軸箱智能組裝生產線、輪盤組裝生產線和空心軸智能生產線等的智能技術運用和落地。并且在試點智能車間里設置智能物流生產系統、智能制造中央監控監控系統、設計工藝制造一體化服務系統和生產輔助系統等，可更好地對智能化車間進行管理管控，達到現有的數字化智能化車間的模式。

5.結語

以中國中車為代表的軌道交通車輛制造企業已是全球規模最大、品種最全且技術領先的軌道交通裝備全球供應商。目前中國軌道交通裝備產品已出口海外，為更好地使中國軌道交通裝備制造企業制造水平及產品質量達到國際水平，應實施智能制造，提高制造效率、降低能耗、提高產品質量并提升整個企業的生產制造技術實力。但首先要建立好軌道交通車輛制造企業智能制造頂層規劃和軌道交通裝備制造的標準，才能更好地、可持續地推進軌道交通裝備制造行業的智能制造實體落地。

［1］國家制造強國建設戰略咨詢委員會/中國工程院戰略咨詢中心，

智能制造，電子工業出版社，2016.5

［2］工業和信息化部，國家標準化管理委員會《國家智能制造標準體系建設指南（2015版）》［S］. 2015.

［3］歐陽勁松，德國工業4.0 參考架構模型與我國智能制造技術體系的思考機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所，2016

［4］ 鐵道部黨校，中國鐵路第六次大提速的戰略創新及時代意義，理論學習與探索，2007

［5］ 呂力，眾創、眾創空間與創業過程，武漢工程大學管理學院，科技創業月刊，2015年第10期

［6］ 周康渠，制造業新的管理理念_產品全生命周期管理，中國機械工程第13卷第15期2002年8月上半月

［7］ 周殿買，軌道客運車輛轉向架技術的發展歷程，鐵道車輛，第51卷第2期2013年12月

This paper describe the purpose and process of the intelligence manufacturing development， then present the intelligence manufacturing top-level framework according to the “Made in China 2025”and the“Guide of national intelligent manufacturing standard system construction （2015 Edition） ”. Combined with the present situation of Chinese railway vehicle manufacturing industry intelligence manufacturing （With CRRC as a representative）， This paper discuss the preliminary exploration and construction ideas of rail transit vehicle manufacturing enterprises achieving to the intelligent manufacturing during manufacturing the high-speed EMU production.

Intelligent manufacturing， Made in China 2025， Top-level framework， Rail transportation， CRRC，High-speed EMU production， Construction ideas

2016年6月14日

曾側倫，1983年4月出生，男，軌道交通裝備制造行業，從事高鐵動車組設計制造及軌道交通裝備智能制造技術研究；劉昱：中車工業研究院有限公司工作，1979年2月出生，男，從事高鐵動車組信息化建設及智能制造工作；王晗：中車工業研究院有限公司工作，1979年11月出生，男，從事高鐵動車組共性技術研究；彭飛：中車工業研究院有限公司工作，1987年12月出生，男，從事軌道交通裝備智能制造技術研究。