我国高铁装备柔性自动化生产线的建设模式探讨

周高伟，刘 颖，王 晗

（中车工业研究院有限公司，北京100070）

我国高铁装备柔性自动化生产线的建设模式探讨

周高伟，刘 颖，王 晗

（中车工业研究院有限公司，北京100070）

分析了我国高铁装备行业面临的现实问题，重点探讨了我国高铁装备柔性自动化生产线的建设模式，强调以点到面，全面实现高铁装备柔性自动化生产线的建设，为轨道交通装备制造业的柔性自动化生产线的建设提供建议和参考。

柔性自动化生产线；高铁装备；建设模式

以信息物理系统为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命正在悄然发生。在新一轮技术革命和产业变革中制造业成为各国占据至高点的必争领域，柔性自动化生产线是未来工厂的发展趋势，也是决定制造企业未来发展的前景。

柔性自动化生产线是将各种制造资源要素（人、机器、能源等）与制造过程（设计、生产、物流、销售和服务）等物理世界的实体、活动数字化的并接到互联互通的网络环境下，对各种数字化应用进行系统集成，对信息融合中的数据进行挖掘利用并反馈优化制造过程和资源要素，推动组织最终达到个性化定制、远程运维与协同制造的新兴业态[1]。

1 我国高铁装备行业的面临的现实问题

（1）创新能力有待提升

高铁装备企业之间的研发模式孤岛现象严重，存在重复研发较多、资源不能共享、科技力量分散、低效利用下的人才相对不足等状况。

（2）产业效率效益相对薄弱

轨道交通装备生产效率效益低，突显了轨道交通制造业主要集中在产业链的低附加值端，迫切需要建立高技能人才队伍，提高数字化智能化制造水平。

（3）生产模式相对粗放

高铁装备制造企业难以达到精益化生产要求，难以短期快速实现柔性化生产模式的转变。主要表现在新产品的工艺设计依赖成熟产品的生产经验，导致新产品试制周期长、报废率高；物流系统还难以支撑高度的数字化生产以及周期短、数量大的生产订单，由于物流供应不及时而导致生产停滞的现象较为常见；对工装设备的故障缺乏预见性，维护保养较为被动；对物料、人员的调度较为落后，常常浪费人力、物力，导致生产效率不高；生产环境不友好，能源消耗高；对供应链的管控不够智能化，生产紧张时外购件供应不及时；且外购件库存积压现象难以消除，更加难以实现“零库存”的愿景，导致资源浪费。

（4）行业信息化建设落后

高铁装备制造企业基本上处于数控加工（NC）和计算机数控（CNC）阶段，企业数控化率过低。此外，在信息化和工业化融合过程中还存在诸多亟待解决的问题；高档和特种传感器、智能仪表仪器、自动控制系统、高档数控系统、机器人的使用率很低。

2 我国高铁装备柔性自动化生产线的建设模式探讨

通过对高铁装备行业的现实问题分析可知，建设高铁装备柔性自动化生产线是高铁装备行业转型升级的内生动力及机遇，同时也面临着很大的挑战，必须在正视现实问题的基础上，实事求是、脚踏实地地开展高铁装备柔性自动化生产线的建设，并对高铁装备柔性自动化生产线的建设模式进行探讨。

（1）找准高铁装备柔性自动化生产线建设的切入点和着力点

结合高铁装备行业信息化建设落后、生产模式相对粗放的行业基础和产业特点，建议由点及面，借鉴其它行业成熟的柔性自动化生产线的经验，以动车组、地铁不同车型的转向架生产制造装配工艺方法和基本流程为切入点，将各种车型的转向架关键技术和执行系统的各单元重新连线集成。

转向架柔性自动化装配生产线具有典型的代表意义，可同时结合机械专业、电气专业、软件专业、计算机控制专业等各专业，通过各专业的重新优化布局，利用现代生产技术（如信息控制、工业机器人、视觉监测、智能配送、精准定位、容错检知等），实现适合不同车型转向架自动化装配的整条流水线，在数字化工厂、虚拟现实、仿真等领域积累经验，并制定相应的标准或规范，逐步推广，以降低企业各自为政、一哄而上的投入风险。

转向架柔性自动化生产线工作逻辑图见图1所示，此生产线可适用于不同型号高速列车转向架的自动化生产装配。在工艺流程不变时，生产线具有自身可适应产品或原材料变化的能力；当生产需要时，可以很容易扩展系统结构，增加模块，构成一个更大的系统能力；生产线能采用多种方式查询、处理故障，保证生产正常地进行。

图1 转向架柔性装备生产线工作逻辑图

转向架柔性装配生产线包括主装配线、辅助装配台、智能物流系统、中央控制系统等。其中主装配线由多个工位共同组成，装配线上的每个工位的各执行单元协同工作，通过各单元自身的通用性和容错性实现整线的柔性装配，同时配备了多种机器人和自动拧紧装置，加快了生产线的装配节拍，提高了效率。当装配不同型号的高速列车转向架时，只需对装配线各工位上定位销和专用夹具进行快速换装，即可实现不同型号高速列车转向架的柔性自动化装配。

辅助装配台包括轮对预组、轮对定位等，在辅助配台上利用辅助工装夹具对零部件进行装夹定位。通过可自动调整的定位夹具，使生产线可以适应多个不同规格型号产品，实现柔性装配生产。

智能物流系统主要功能是将待装配零部件从自动化立体线边库自动运输至主装配线相应工位，主要由吊装机器人和AGV（自动导引运输车）组成。

中央控制系统是主装配线、辅助装配台、智能物流系统的信息管理系统，采用多机网络协调、系统资源动态调度、基于实时数据进行生产管理。

（2）深化柔性自动化生产线建设范围

基于转向架柔性自动化装配生产线的经验积累，在高铁装备范围内，柔性制造生产线还可利用在车体焊接电缆自动下料线、电缆组装组成、网络自动检测线等众多制造工序中，实现高效率、低能耗、优质量的生产。

在局部实现数字化工厂的基础上，加强智能技术、传感技术、大容量RFID射频技术等的研究。当条件成熟时，在遵循数字化工厂、智能化工厂、4.0工厂的技术实现路径的基础上，建立多个柔性自动化生产线，研究实现人—人、人—机器以及机器—机器的协同技术，形成高铁装备自己的标准体系。

（3）实现高铁装备行业的柔性自动化生产线的全面建设

基于转向架柔性自动化生产线的建设基础和高铁其他装备制造的柔性自动化生产线的深入开展，可全面实现高铁装备行业的数字化、网络化、智能化建设，从而成为实现“两提升、三降低”经济目标的有效手段。

柔性自动化生产线在工艺布局、工艺流程、生产节拍、节拍均衡率、生产周期、生产效率、生产成本、资源消耗、生产环境、物料配置、人工效率、质量控制、设备稳定性等方面具有传统生产线不可比拟的优势。柔性自动化生产线的全面建设，将对高铁装备行业带来翻天覆地的变化。数字化、网络化、智能化的柔性自动化生产线确保产品从设计到制造的一致性，并且在制样前对产品的结构、功能、性能乃至生产工艺都进行仿真验证，极大地节约开发成本、降低消耗和缩短产品研发周期；通过信息横纵向集成实现研究、设计、生产和销售各种资源的动态配置以及产品全程跟踪检测，实现个性化定制与柔性生产同时提高了产品质量；同时将人工智能融入设计、感知、决策、执行、服务等产品全生命周期，提高了生产效率、节约成本和产品核心竞争力。

3 结束语

高铁装备柔性自动化生产线的建设模式由点到面，以高铁转向架柔性自动化生产线为切入点，然后进一步深化柔性自动化生产线的建设，积累经验，形成高铁装备自己的标准体系，最后全面开展柔性自动化生产线的建设。借助于信息化技术打通企业的各个流程，实现从设计、生产到销售各个环节的互联互通，并在此基础上实现资源的整合优化和提高，从而进一步提高企业的生产效率和产品质量[2]。

[1]中国电子技术标准化研究院.智能制造能力成熟度型白皮书（1.0版）[R].2016.

[2]机械工业仪器仪表综合技术经济研究所.对智能制造的一些认识[J].表面工程与再制造，2016，16（6）：56-60.

Model Study of Flexible Automation Production Line About China’s High-speed Railway Equipment

ZHOU Gao-wei，LIU Ying，WANG Han
（CRRC INSTITUTE ，Beijing 100070，China）

This paper analyses the practical problems of the high-speed rail equipment industry of our country，probes into the pattern on the construction of high-speed rail equipment of flexible automatic production line in China，emphasizing from point to the surfaced and fully realizing the construction of high-speed rail equipment of flexible automatic production line.It can provide advice and reference for the construction of rail transportation equipment manufacturing industry of flexible automatic production line.

flexible automation production line；high-speed railway equipment；the construction mode

TP278

A

1672-545X（2017）10-0001-02

2017-07-12

国家科技支撑计划项目（编号2015BAF081301-03）

周高伟（1983-），女，山东烟台人，工学硕士，高级工程师，研究方向：轨道交通装备技术。