轨道交通车辆智能化生产与运维系统的发展与探索

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　　摘  要：随着新一代科技革命和产业变革的兴起，各个国家都制定了符合时代发展方向与目标的战略方案。现如今，铁路行业发展迅速，我国的高铁动车组列车在其中起到了至关重要的作用。其装备生产不仅应当注重高性能、高效率，还应注重高安全、低能耗的发展模式。城市轨道交通车辆的现代化智能化制造与运维体系的构建，将改变其生产方式，能够有效提升我国的智能制造技术。
　　关键词：智能制造;轨道交通;高铁动车组;发展战略
　　中图分类号：U279         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）27-0078-03
　　Abstract： With the rise of a new generation of scientific and technological revolution and industrial reform， various countries have formulated strategic plans in line with the development direction and objectives of the times. Nowadays， with the rapid development of the railway industry， the high-speed rail EMU trains in China have played a vital role. Its equipment production should pay attention not only to high performance and efficiency， but also to the development mode of high safety and low energy consumption. The construction of modern intelligent manufacturing and operation and maintenance system of urban rail transit vehicles will change its production mode and can effectively improve the intelligent manufacturing technology of our country.
　　Keywords： intelligent manufacturing; rail transit; high-speed rail EMU; development strategy
　　1 概述
　　隨着时代的快速发展，不断朝着智能化的方向迈进。中国特色社会主义进入新时代，这是我国发展的新的历史方位。我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，需要加快建设强国，加快先进制造业的发展，推进互联网、大数据、人工智能等和实体经济的深度融合。智能制造是中国制造转型升级的重要方向。此外，国内外各国都逐步制定了一系列智能制造战略，未来制造业的重要发展趋势在于智能制造。一个国家的工业现代化发展方向及技术水平，将由城市轨道交通系统的整体情况而影响，这也决定了城市综合轨道交通智能化体系的构建。我国对轨道交通的投入也不断加大，由于城市轨道交通具有速度快、运量大、耗能小、占地小等特点，成为解决交通运输中客流量大、交通拥堵、速度慢等问题的有效手段，这也是我国轨道车辆产业的重要发展方向与机遇。
　　近年来，我国的铁路行业持续迅速发展，对高端装备制造等产业的发展具有较为明显的带动作用。为了保障城市轨道交通系统的稳定性、安全性与可靠性，不仅要实现轨道车辆的智能制造，也要保证其智能运维，提升系统效率。
　　2017年，中车青岛四方车辆研究所有限公司[1]研制的首台高铁轨道车辆智能检修系统亮相南京2017世界智能制造大会;首次实现了自动化、智能化检测，提高了列车的故障识别与检测效率。2017年，史红卫等人[2]提出了通过智能仪器与智能检测技术实现车间状态智能感知与工艺流程控制的方法，并探讨了智能仪器与智能检测技术在智能制造系统中新的应用模式，同时结合实际项目进行了数字化生产线改造与建设的创新实践，提出了满足智能制造要求的智能仪器与检测技术的发展方向;通过项目实践应用，该模式可有效促进智能制造系统中数据采集、智能感知的实现，能够提供有效的数据资源。2018年，张建耸等人[3]以重卡生产线智能装配项目为例，介绍了智能制造在重卡生产过程中的实践，并在总装一现场分部探索“卡车公司智能制造系统”的开发和实施，推动“卡车制造”向“卡车智造”的转变。2019年，Xu WX等人[4]针对智能制造车间（IMW）物流动态调度问题，提出了一种基于请求调度响应模式的自动导引车（AGV）智能物流调度模型和响应方法，并将其与网络集成;通过实验证明了其在动态同时调度问题上的优越性和有效性。
　　本文在城市轨道交通系统构建的基础上，以动车组智能装配与制造为研究对象，探索了智能制造在城市轨道交通系统中的重要作用，以及系统的运维及优化，推动城市轨道交通的智能化发展。轨道交通车辆智能制造及运维系统借助了大数据、人工智能等先进技术手段，基于历史数据、实时数据以及环境条件，不仅完成车辆的自动化生产，还对系统进行状态与故障检测，保证了系统的正常运行与作用。
　　2 城市轨道交通的智能化现状及存在问题
　　《智能制造发展规划（2016-2020年）》作为指导“十三五”时期全国智能制造发展的纲领性文件，明确了“十三五”期间我国智能制造发展的指导思想、目标和重点任务。这是我国的城市轨道交通的智能化发展所应紧紧围绕的指导思想与战略目标，必须严格遵守与执行。要结合实际发展情况，不断强化技术能力与技术体系、生产标准以及网络构建系统，实现我国轨道交通车辆制造的智能化目标。 　　现如今，可以明确地了解到，我国轨道交通制造业生产水平技术存在较大的差别。我国的轨道交通车辆产业经历了三个主要阶段，包括兴起、停滞和快速发挥。1949年以前，铁路交通运输车辆大多依赖进口。在新中国成立之后，我国的轨道交通车辆制造业开始兴起，历经仿制、自主设计、自主研发、引进消化吸收等阶段，实现了和谐号高铁动车组列车的投入使用以及六次铁路运输大提速。此外，我国的城市轨道运输业、高铁动车组生产也在智能制造发展方面呈现出了逐步上升的趋势。这些进步，提升了我国铁路运输的能力，推进了铁路交通的现代化智能化发展进程。城市轨道交通的智能化发展方向首先是从传统型转向精细型，再由精细型转向精益型，并向着数字化智能化方向逐渐过渡，我国的生产能力和工艺技术都已经达到了世界领先水平。
　　相较于智能化系统在其他领域的成熟应用，在成熟轨道交通车辆方面，其智能生产与运维系统的应用还存在诸多欠缺，需要进一步优化改善和提升。其存在的问题包括以下几个方面。
　　第一，基础技术研发能力不强。表现在关键材料、工艺依赖他人，基础工艺技术与能力不够，平台自动识别与主动控制灵敏度与准确度不足。由于轨道交通车辆在装配复杂作业现场存在其独有特征与设计，需要采用特定的装配过程，对车辆组件信息实现准确且快速的自动识别。数据采集时，实时监测种类不全;生产制造中存在故障漏报或虚报问题;在系统运维中，车辆存在过修或欠修的问题。
　　第二， 共性技术研发能力欠缺。表现在仿真平台作用不到位上，缺乏统一的产品协同研发和仿真验证，平台包括车辆机械系统仿真平台，噪声分析与诊断，车身耐受度研究平台，牵引、制动、信号与功率集成仿真平台等。此外，需要培训网络测试平台，建立通信网络和无线通信网络，开展无损检测技术研究，形成相关技术标准，实现研发、测试环节。
　　第三，关键技术开发能力不足。关于列车生命周期，其在自主安全防护方面的研究仍然不够。复杂环境下的轨道交通系统的故障分析与预判、安全控制与保障系统技术研究不足，城市轨道交通系统的智能化安防保障和运维一体化技术亟待构建和优化完善。此外，产品智能感知系统的相关研究不够深入，轨道交通能源利用模式绿色化程度不够，完备的列车控制的互联互通系统没有实现。
　　第四，实际产品平台建设不够到位。目前还没有完成相关体系的平台化设计，该平台具有标准化、模块化、全流程管理的特点，能够对产品进行全周期的信息数据采集与分析、测试、共享，可实现同设计、生产、服务相衔接的一体化链条，促进城市轨道交通系统的现代化智能化发展。
　　由于政策的无序竞争和重复建设、产业配套能力不足、产品质量种类不足、产品生产运维智能化平台建设不足、研發能力不足等问题，我国城市轨道交通车辆产业存在战略升级的瓶颈，这是迫待解决的问题。
　　3 智能制造与运维的系统构架与发展思路探索
　　 我国的城市轨道车辆系统架构应当围绕“推动原始创新、引领绿色智能、创新发展模式、拓展国际空间”的发展思路，以建设先进的研发体系为目标，基于智能制造、网络信息化等现代化技术，结合自身实际情况，全面推进模式转变。针对城市轨道交通车辆智能制造与运维系统现状和不足，本文研究的系统构架包括了一些新的功能，即车辆相关组配件的实时在线智能监控、数据信息的传输、采集与分析、智能检测故障、车辆及关键组件寿命预测以及各类辅助安全、管理等功能，实现系统的自我学习、自我修正。
　　通过在生产线中添加多种复合传感器，如温度、湿度、压力、振动、加速度等传感器，实时监测装配过程。系统的网络架构包括车辆的自动识别、设备自动控制、加工数据采集与分析、仿真、管理、车辆状态检测等部分构成，并与网络互联互通。从而实现车辆识别自动化、设备控制智能化、质量控制实时化、过程管理透明化、制造过程少人化、故障检测运维自主化、在线学习自主化。
　　4 城市轨道车辆智能化系统的应用展望
　　为了深入了解与探索轨道交通车辆的发展方向与应用前景，不断向现代化智能化的最终目标靠拢，根据轨道交通车辆的发展方向的几个类型，可分别对其特征进行分析与定义。
　　传统型系统在生产制造过程中，具有独立运行的数据作业设备及其运作单元，并且已经实现了电子技术数据功能以及自动化网络管理与基本的财务、办公。精细型系统在生产制造过程中，初步实现设备的互联网互通，具有一定的网络数据信息体系与构架;能够实现三维技术及其数学建模，具有相关软件服务、维护网络平台系统;并且在生产流程方面，可实现流畅的衔接与贯通。精益型系统在生产制造的过程中，已经具备了较为完善的网络数据信息同设备的互联网互通体系;可流畅实现三维技术、完成具有生命周期的虚拟仿真的任务;构建了设备与网络信息实时互通平台;其各方面的业务流程管理也较为完善。数字化系统在生产制造过程中，其设备的网络数字信息可实现全方位的应用，生产流程中采集数据实时可控，可及时收集数据，工业网络平台功能较为完备;虚拟化生命周期生产制造达到数字化生产阶段，可实现落地;生产制造管理流程以及各方面实现可视化、安全监控。而智能化系统在生产制造过程中，其设备具有完善的自我感知、自我分析、自我学习与决策等功能的智能集成运用;在技术上具有大数据的采集、整理与分析、智能感知与计算、处理能力;其云端网络可与工业网络流畅衔接运行，协调控制管理系统平台具有自控管理、学习调节、多链条交叉管理等现代化智能化能力。
　　城市轨道车辆智能化系统的未来发展与应用趋势主要表现在以下几个方面，包括企业重组联盟兼并加快、产业链配置日益全球化、技术“归核化”趋势明显和组配件销售、售后服务比重增大。企业重组联盟兼并的目的在于降低风险与成本，结盟的形式不仅促进技术创新，而且提高了生产能力以及生产效率。产业链配置全球化的意义在于应对复杂多变的市场环境，不同地区需要不同的配置。而技术“归核化”，即技术在智能制造中占据核心地位，集中自身优势专注于核心技术的开发，提高了生产制造的灵活性。组配件的销售及其售后服务是整个产业链的下游部分，但这种增值活动同样至关重要，面对竞争激烈的市场环境，服务业的重要性的提升是未来发展的趋势。
　　5 结束语
　　我国城市轨道交通车辆的智能化制造与运维系统不断发展更迭，改革与创新刻不容缓。制定并建立良好的轨道交通车辆智能化体系的设计规划和标准，要提高制造效率、降低能耗、提升产品质量、完善整个制造技术体系，才能更好地、可持续地推动其现代化智能化发展实体落地。首先，需要制定智能制造发展计划;其次，执行智能制造计划，并在执行过程中不断优化调整;最后，要采用科学、合理、现代的方法模式与结构，不断深化智能制造发展方向与目标。
　　参考文献：
　　[1]中车首台高铁轨道车辆智能检修系统研制成功[J].军民两用技术与产品，2017.
　　[2]史红卫，史慧，孙洁，等.服务于智能制造的智能检测技术探索与应用[J].计算机测量与控制，2017（1）：1-4，8.
　　[3]张建耸，王福忠，张南，等.重卡智能制造发展的探索与实践[J].重型汽车，2018，164（02）：42-44.
　　[4]Xu， W X; Guo， S S， et al. A Dynamic Scheduling Method for Logistics Tasks Oriented to Intelligent Manufacturing Workshop. MATHEMATICAL PROBLEMS IN ENGINEERING[J]. 2019，7237459.
　　[5]詹炜，徐永能，王依兰.城市轨道交通车辆智能运维系统应用研究[J].城市公共交通，2018，246（12）：98-101+106.
　　[6]曾侧伦，王晗，刘昱，等.中国轨道交通车辆制造企业智能制造发展方向和建设思路探索[J].智能制造，2016（9）：50-54.
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