轨道板厂综合管理平台搭建

曹继伟CAO Ji-wei

（中铁九局集团有限公司，沈阳 110000）

0 引言

近年来，我国国民经济持续增长，国内的铁路工程建设依旧稳步发展。当前，在国家大力发展新基建的背景下，智能制造和信息化是一个重要的版块，对于信息化这个板块，信息的融合非常关键。轨道板厂综合管理平台意在基于中铁九局苏家屯轨道板厂智能制造这个领域，进行研发，打通信息化中存在的数据采集与信息孤岛问题，将制造业质控的人、机、料、法、环、测等信息互联起来，做到信息互融互通，实现管理透明化，提升企业管理水平、提高企业管理效益。

1 依托工程概括

中铁九局苏家屯轨道板厂自主研发的CRTSIII 型先张法预应力轨道板智能制造技术，实现了轨道板生产工艺智能化、生产控制数字化、生产经营标准化，中铁九局通过研发的智能化装备结合先进的数字化控制系统，率先实现了轨道板全部十四项工位的自动化，2019 年11 月份到2020 年4 月份苏家屯轨道板厂又再次对现有的流水线进行了升级改造，中铁九局轨道板智能制造技术已经处于国内领先水平。流水机组法自动化流水车间共有十四大智能化工位和一个中央控制室（系统）。

2 调研并确定功能需求

通过前期大量对轨道板厂各个部门的需求调研，经过对大量需求的重新整理归纳，考虑需求如何实现，设计出由基础感知层（智能设备）、信息传输层（数据传输技术）、数据交互执行层（数据整理）、到企业管理层（展示看板）的顺序与目标。

2.1 基础感知层目标 基础感知层包含轨道板厂运行的生产装备（产线智能装备、通用设备、特设设备、模具、特定工装等）及生产资源（人员、物资、能源等）。同时通过传感器技术、RFID 技术、二维码、视频监控、BIM+GIS 等手段完成生产装备及生产资源静态信息及动态信息的自动获取和感知，组建万物互联的IOT 体系。

2.2 信息传输层目标 通过互联网、WIFI、5G、蓝牙、视频专线等将基础感知层所获得的数据进行传输，为数据的上传和调度指令的下达提供稳定、安全的实时通道。

2.3 数据交互执行层目标 数据交互执行层包含智能轨道板厂生产线工位、拌合站等独立控制的PLC、SCADA、集成控制的DCS 等共同构建的“中央控制系统”；以及将信息传输层上传的海量原始数据进行解析，并交互和聚合后形成的“综合管理平台”。在数据交互执行层，轨道板厂运行“人、机、料、法、环、测”各管理要素的信息实现互联互通，数据实现深度挖掘，并形成可视化图表。

2.4 企业管理层目标 在企业管理层，数据交互执行层提供的分析数据、可视化图表最终形成智能看板，管理层通过智能终端（手机端、网页端等）进行直观查看，为企业资源计划及产品PLM 管理提供直观数据支撑，便于管理层做出最终决策，从而促使产品制造过程的动态优化。（见图1）

图1 架构图

确定轨道板厂综合管理平台以人员管理、机械设备管理、物资管理、质量管理、技术管理、安全管理、环境监测、能源管理、生产管理为主，共计9 大模块进行的搭建，各模块需求见图2。

图2 各模块需求

①人员管理。实现人员信息采集、管理人员与劳务人员管理、劳务公司信息维护、劳务公司人员数量统计、考勤管理、班组人员分类、特种设备操作人员定期检证提前提醒等。

②机械设备管理。实现设备台账等各种报表、进出场验收、维修保养、检查记录、设备运行、车辆管理、设备车辆实时定位、运行轨迹回放、特种设备定期检验到期的提前提醒等。

③物资管理。实现采购计划、供应商管理、采购合同登记、收料管理、委托检测、送检台账、不合格处置、物资退还、有权领料人管理、消耗管理、库存管理、收支存统计分析等功能。实现根据工管部的生产计划（总、年、月）按照每块板的用量自动计算生成物资需用量计划表；物资进场验收后推送委托单给试验人员，试验人员接单做试验，试验结束后将检测报告推送给物资部与工程部；通过进场验收台账、消耗台账自动生成收支存台账，与实际库存盘点进行对比分析。

④质量管理。实现提取现场的张拉数据、蒸养数据、预埋套管压力数据、轨道板外形尺寸等关键数据，对提取的数据进行处理比对，达到轨道板质量进行分析监控。

⑤技术管理。包括板厂技术规范、内控标准、施工方案、工艺细则、作业指导书、技术安全交底、检验批记录、技术证明书等技术文档的管理。实现检验批、技术证明书等无纸化填写后的打印。

⑥安全管理。风险源管理、风险区域管理、气象监测预警等功能。实现风险区域管理是在生产车间设置风险区域当有人进入是进行预警。

⑦环境监测。通过小型气象站采集数据（噪音、粉尘、温度、PM2.5、风速等数据），根据采集到的数据和设置值对比分析并可以进行预警。

⑧能耗管理。通过技术手段，对现场的水、电、油、气进行数据采集并上传平台进行数据分析并展示，可以对现场的能耗进行有效的实时掌控。

⑨生产管理。交接班管理、生产计划、成品管理、进度管理、板信息查询、工艺流转控制、工艺质量控制、产品档案自动生成、问题闭环处理等功能。实现对生产系统配置的信息收集管理，使轨道板在生产过程中各方面的信息收集更全面、更完善；工管部职员根据施工组织计划及实际生产能力维护生产计划（总、年、月），计划生成后，其他部门根据生产计划自动计算生成物资需用量等各种计划表；通过系统可对每块轨道板的详细信息进行查询，并自动生成轨道板生产台账；通过生产看板可以直观了解现场生产进度、轨道板储存情况、不合格数据等信息。

3 数据采集

①根据调查，施工现场原有的机械设备无法采集我们需要的数据，为实现对现场数据的采集，就需要采购智能数据采集设备，如对影响施工因素的水、电、油、气、定位及小气候环境监测的数据采集，通过市场采购样品进行数据对接，数据解析和数据展示，淘汰一些无法数据对接和一些数据不稳定的智能设备，最终确定的智能数据采集设备，设备的数据传输技术分类和优缺点如表1。②本综合管理平台与中国铁路总公司工管中心的铁路工程管理平台的数据实现了对接，可以对接大量的试验室试验数据和轨道板生产的数据，是国内其他轨道板厂信息化平台暂时没有达到的；在综合管理平台可直接进入中铁九局安全质量隐患排查治理系统，与其建立了数据对接；本综合管理平台与轨道板厂中央控制室（系统）对接完成，实现了数据的实时传输。打通了不同系统的信息孤岛，使各系统间信息共享。③本综合管理平台与混凝土拌合站、14 大智能化工位、流水线流转、铁科院的外形检测系统等，数据已经对接完成，可以获取生产过程中的实时数据，并直接上传至综合管理平台进行数据分析与展示。④视频监控数据系统，可以观察重点的人、物（过磅影像）、设备、工位等的实时状态，并可提供事件回放，影像存储等功能以备检查。⑤开发手机APP，根据权限的不同，可以进行移动端收料、设备扫码巡检、交接班等工作，很多电脑端的工作可以在手机上进行操作，极大的提升了工作效率。⑥考虑到数据的安全性和稳定性，所有采集到的数据全部上传至云服务器，由云服务器进行存储。

表1 设备的数据传输技术分类和优缺点

4 平台展示（见图3）

图3 中铁九局苏家屯轨道板厂综合管理平台总览页面

轨道板厂各个部门先期在研发平台的后台进行的一次性基础数据录入，后面业务数据可直接关联调用增加容错率及减少工作量，关键要素数据通过APP、生产线系统自动采集系统直接上传的方式保证数据的准确性和及时性，结合管理系统进行业务流转，将物资管理、设备管理、人员管理、质量管理等相关数据贯通集中管理，同时也加大了BIM 技术的应用，可根据项目管理中不同业务的需求实时提取业务中的数据进行展示分析。

①拓展小模块功能展示工程概括、搅拌站、蒸养车间、存板区、实验室、水养池等开放界面，此处可根据项目的要求信息化管理员可自行添加需要展示的小模块，可以将采集到的动态与录入的静态数据相结合的方式进行展示。②通过环境监测的小型气象站数据对接可以实时传输环境监测数据，可展示实时采集到的温度、湿度、PM2.5、噪声、风速等数据，并可以根据风速和PM2.5 值，进行判断并进行大风和空气质量的优良提醒等。③将现场施工生产用电量、用水量、用气量通过智能采集设备将数据采集传输到综合管理平台进行展示，可以供项目级和企业级直观的查看项目的能源消耗情况，解决了项目层的能源消耗透明化。④轨道板厂的总任务量、累计产量、年产、月产以及每天预制板数量实时更新，并可以通过柱状图清晰展示。⑤流水机组法自动化流水线的14 大智能化工位数据已经打通，并可以通过BIM 图形关联进行展示，哪个智能工位正在工作（绿点）哪个工作空闲（红点），哪条流水线正在运行（绿箭头）哪条流水线空闲（红箭头）都可以在综合管理平台的总览页进行实时的查看。⑥通过饼状图可以更好的直观展示劳务人员与管理人员的进场人数，通过门禁人脸识别闸机系统，可以自动生成当天的考勤报表，到月汇总，实时汇总。⑦通过柱状图直观展示主要物资的收发存数量，并可以通过对比库存与平均每天消耗量进行库存预警提醒，有助于管理者及时掌控现场物资库存情况。⑧机械设备通过数据反馈的运行情况，可以在平台上实时展示出运行、空闲、维修的情况和统计；可以查看设备车辆的定位及历史轨迹。⑨所有平台的数据均可以做到一次录入、采集，相关模块可以随时获取展示，达到了信息共享，并可根据设置好的报表格式，数据可自行调取填充报表，实现无纸化办公。

5 系统集成化

①轨道板厂综合管理平台采用MyIMP Office 协同管理平台作为基础框架，以“协同管理”为核心，将业务软件系统的设计、开发、管理、应用、服务整体集成于统一的管理。中间层在逻辑上所定义的业务实体层、业务逻辑层和业务规则层中，板厂采用统筹的方法将实体层的对象集合、逻辑层中的变化接口模式以及规则层中的实体对象模块在平台上进行集中式管理和设计；②支持工业多协议转换和多元数据标准化的功能对接，支持DCS 控制系统、智能仪表系统、试验管理系统、安全管理系统、拌合站系统、小气象站系统、车位定位系统等数据接入与融合；③平台设计多级权限管理，针对不同的岗位其权限也不同，系统登陆时即可自动判断其身份。通过多级权限管理，实现岗位目标管理；④支持以设备、人员、原料和产品等单元的对象化数据结构表示，支持以单个设备主体为视角的全信息画像和关联业务查询，满足上层设备管理、物料平衡、控制优化、生产管理等工业智能软件的高效访问；⑤支持可插拔动态扩展的微服务和容器化架构，满足板厂对不同时期对大数据平台存储、计算和消费的扩容能力；⑥提供工业智能组态式开发所必须的基础服务、算法模块、可视化组件、流程单元和工程模板，赋能工厂用户，满足企业用户自主开发工业智能软件的要求；⑦提供工业操作系统数据安全、网络安全、信息安全方面的一体化防护方案，保证系统能够正常运行，关键设备设施需提供可靠性和鲁棒性设计；⑧我们可以将协同平台视作数据中心的框架中心，当平台所设计功能表单、接收规则与板厂各子单元产生紧密关联后，从硬件至软件的“板厂连接器”即正式形成，在此基础上，我们需规定相关设备（系统）硬件层面及软件层面的标准接口，从而实现真正意义上的“板厂物联”。

6 结束语

随着铁路建设的发展与进步，综合管理平台的应用，极大的展示了现场实时状态的情况，依靠物联网技术，解决数据的无缝对接，运用信息化技术手段实现轨道板生产所需人、机、料、法、环、测等各环节可追溯、可识别、可定位、可管理，达到了信息互通，通过平台的展示解决工程项目信息不透明，对企业级了解项目级起着至关重要的作用。近期目标是以本综合管理平台为基础，拓展研发推广至梁场、枕厂、管片厂、PC 构件厂等领域进行搭建应用，在多个综合管理平台基础上，搭建企业级的管理平台。信息化的建设与应用会越来越普及，对股份公司二级公司来说宜早不宜晚，越早研发越会走在信息化的前沿，未来的发展空间非常广阔。