地鐵車輛高速斷路器檢修過程管控系統研究

李 威，張陸軍，劉神智，梁雙慶，杜東偉

（1.北京市地鐵運營有限公司運營四分公司，北京 101300；2.北京市地鐵運營有限公司地鐵運營技術研發中心，北京 102209；3.北京合圣凱達軌道交通設備有限公司，北京 100176）

1 引言

近年來，隨著經濟不斷發展，我國城市化速度加快，城市人口流動比重提高，交通壓力增加。地鐵以其運量大、快速、準時等優點逐漸成為市民出行的首選，在緩解交通壓力上發揮著越來越重要的作用。地鐵設備檢修有利于提高地鐵的運行性能，減少或避免地鐵安全事故，有效地保障市民安全出行，緩解交通壓力。因此，地鐵設備檢修已成為保障地鐵安全穩定運行的重要舉措。

隨著城市軌道交通事業的發展，地鐵客流量及運營線路不斷增加，地鐵設備檢修工作量加大，檢修周期縮短，檢修節奏加快。但是，目前的地鐵設備檢修大多還是采用相對傳統的人工作業方式，作業過程中缺乏實時在線指導，工藝標準化也有所欠缺，檢修過程質量管控和保障手段不到位，檢修質量對于人員熟練度依賴較強，而且車間現場多采用紙質產品履歷和質量跟蹤記錄卡來跟蹤和追溯檢修質量，存檔以及后期的質量追溯均有不便。因此，有必要探索一種面向地鐵設備檢修過程的質量管控方法，提高檢修質量和效率，確保地鐵運營安全。

2015年，國務院審議通過“中國制造2025”戰略。“中國制造2025” 強調信息技術與制造技術的深度融合，以信息化與工業化的相互促進，努力打造新一代智能工廠，實現智慧生產。智能工廠建設的核心是制造執行系統（Manufactoring Excution System,縮寫為MES）。有文獻介紹智能工廠體系下的MES構建與應用情況、離散型企業實施和應用MES系統的方式和手段、MES系統在高速列車軸箱組裝線上的生產過程監控、人員管理、設備狀態管理、物料管理等。MES系統能夠幫助企業實時采集現場數據，實現生產過程控制、產品質量管理、項目看板管理等，提高企業制造執行能力。運用信息化手段進行過程質量管控勢必成為地鐵設備檢修行業的發展大趨勢。

綜上所述，針對地鐵設備檢修行業面臨的諸多問題和挑戰，本文以某公司地鐵車輛高速斷路器檢修過程為研究對象，利用生產信息化技術，設計一種面向高速斷路器檢修過程的管控系統。通過應用管控系統，實現對高速斷路器檢修過程的智能管控，提高地鐵車輛高速斷路器的檢修效率和檢修質量。

2 地鐵車輛高速斷路器檢修流程分析

2.1 地鐵車輛一般檢修流程

地鐵車輛一般檢修流程如圖1所示。

圖1 地鐵車輛一般檢修流程

（1）入廠檢測。入廠檢測是在檢修前對產品進行外觀拍照、外觀檢測和功能試驗，同時需記錄功能試驗中產品的相關試驗數據。

（2）拆解。根據作業指導書拆解產品。拆解下來的零件，達到服役壽命的直接作報廢處理；未達到服役壽命的，放在物料托盤中，后期裝回產品上。

（3）清洗。使用洗滌劑和清洗設備對拆解的零件和產品外殼進行清洗。

（4）過程檢。在清洗之后、裝配之前，質檢員檢查全部未達到服役壽命的零件，敲定需要報廢的零件和可以繼續使用的零件。

（5）揀料。物料配送人員根據過程檢生成的需更換零件清單配送物料。

（6）裝配。按照裝配作業指導書完成產品組裝。

（7）出廠檢測。按照試驗指導書對裝配好的產品做整機功能試驗并拍照。若試驗通過則放行，若試驗不通過則呼叫質檢人員進行質量分析及記錄。

2.2 存在問題

以檢修質量為切入點，運用“5W1H”方法，即從人、機、料、法、環、測6個維度，詳細分析高速斷路器檢修過程及其所處檢修環境中存在的問題。具體問題項如圖2所示。

3 高速斷路器檢修過程管控系統設計

3.1 檢修過程管控系統架構設計

基于高速斷路器檢修過程，針對過程中存在的紙質化程度嚴重、過程質量管控較弱、對人員經驗依賴性較強和信息追溯不便等問題，設計面向地鐵車輛高速斷路器檢修過程的管控系統，地鐵車輛高速斷路器檢修過程管控系統（以下簡稱“管控系統”）由4層架構組成，分別是：硬件層、功能層、參數化配置層和檢修知識層，如圖3所示，圖中RFID為射頻識別。

（1）硬件層是指在高速斷路器檢修過程中的各個環節支撐作業管控系統實現智能管控和事后追溯的信息化硬件設備。

（2）功能層，即管控系統應具備的功能，包括：目視化管理，拉動式配送和自動化防錯3個主要功能。目視化管理是將檢修過程中需要監控和讀取的信息顯示在系統界面，使作業人員和管理人員快速了解車間和執行過程的關鍵信息。拉動式配送是指作業管控系統采集各個檢修工位的物料更換需求和配送需求，并發送給物料管理人員進行物料分揀和配送。自動化防錯是指系統根據檢修知識對實際作業過程中關鍵節點建立的約束關系，防止人工裝配過程中發生疏忽等錯誤。功能層將分成上層信息管理平臺（主要面向車間管控層）和底層工作單元（主要面向車間執行層）2部分進行規劃。

圖2 高速斷路器檢修過程存在問題

圖3 高速斷路器檢修過程管控系統架構設計

（3）參數化配置層是指將檢修過程中需要使用的物理資源和信息資源按照工藝路線—工序—工步的形式進行關聯和匹配，形成支撐檢修過程的結構化信息表達。

（4）檢修知識層是指檢修過程中所需要使用的人、機、料、法、環等實體制造資源和虛擬制造資源。

3.2 檢修過程管控系統硬件架構規劃

如上所述，硬件層是支撐管控系統的重要部分，管控系統的信息采集、實時監控跟蹤和信息追溯等功能的實現均需建立在信息化基礎設施或硬件的基礎上。基于管控系統的架構規劃（圖4），管控系統的硬件架構規劃可被分為2層，第1層為車間執行層，第2層為車間管控層。

（1）車間執行層負責檢修過程業務活動的執行、管控以及檢修過程的數據記錄和采集，所以車間執行層的硬件架構需要對檢修過程中的工藝流程、物流運輸流程和信息采集流程提供有效的支撐。車間執行層硬件設備包括終端設備、工位一體機、掃碼槍、條碼打印機、智能工具盒、人員身份授權設備、計數扭力槍、工位生產異常控制系統（Andon）、線體電機和線體傳感器、電子標簽揀選系統（DPS）標簽控制器、DPS電子標簽、電壓傳感器、電流傳感器等。

（2）車間管控層主要幫助生產管理人員完成對車間執行層中檢修作業的管理，進一步提升檢修過程的管理水平。車間管控層的硬件設備主要有：用于管理生產過程數據的生產服務器，用于打印產品條碼和生產報表的產品條碼打印機和打印設備，用于執行檢修過程中信息發布、檢修計劃制定、檢修譜系追溯、質量管理的PC終端設備，用于實現管理透明化和信息發布的可視化屏幕，用于查看檢修過程數據的平板電腦等。

4 檢修管控系統實現及驗證

基于上述設計，開發了地鐵車輛高速斷路器檢修過程管控系統，如圖5所示。

圖4 硬件架構規劃

圖5的右邊為系統所在現場環境和相關硬件設備。為實現檢修過程信息的采集，硬件設備方面部署了觸控一體機、條碼掃描槍、條碼打印機、可編程邏輯控制器（PLC）等。

圖5 管控系統界面及現場實施

圖5的左邊為管控系統的軟件實現，主要分為兩大部分：①上層信息平臺，主要是完成物理資源及信息資源的基礎信息建模與組態配置，并在此基礎上支撐上層平臺里其他具體應用模塊及底層工作單元的功能實現；②底層工作單元，主要用于指導和完成產品檢修流程中入廠檢查、拆解、清洗、過程檢查、揀料、裝配、出廠檢查等檢修作業。

5 結束語

本文在“中國制造2025”大背景下，以某企業地鐵車輛高速斷路器產品為研究對象，分析其檢修流程及檢修車間生產現狀，在此基礎上，結合信息化等技術，設計了一種面向地鐵設備檢修過程的管控系統。通過檢修管控系統的應用實施，提升地鐵設備檢修過程信息化水平和管控力度，減少檢修作業對人員的依賴性，提高檢修產品質量和檢修效率。