基于数字化工厂轨道车辆重量管控研究

基于数字化工厂轨道车辆重量管控研究

孙志伟

中车唐山机车车辆有限公司，河北省唐山市，063000

摘要

以数字化工厂建设为基础，为实现轨道车辆重量的数字化管理，从而完善智能制造战略。本文对重量的管控流程，管控方法，和实现数字化管理的方式进行了探讨研究。最终通过重量采集系统，实现了轨道车辆在生产阶段的重量数字化管理。

关键词：轨道车辆；重量监控；数字化工厂

0前言

随着“中国制造2025”的战略逐步实施，工厂的数字化改造也逐步建设，这是实现智能制造的关键一步[1]。从顶层的数字化设计到底层的数字化改造，实现虚拟设计和物理设备之间的融合，从而对产品研发，制造生产，质量提升和服务优化起到积极推动的作用[2]。本文以数字化工厂的改造为基础，探究数字化在轨道车辆重量管理中的应用。

1重量的分阶段管控

轨道车辆重量管理从初期的招标阶段贯穿整个设计、生产流程，直至交付用户[3][4]，其基本阶段可参照图1所示：

投标阶段：根据招标文件的要求，评估车辆的关键性能，确定关键部件的重量要求，在满足车辆性能和招标要求的前提下，形成初步的设计方案。

方案设计阶段：在初步方案的基础上，综合考虑车辆的碰撞性能，载客能力，牵引制动性能，能耗，使用寿命，车辆的平衡性，重心，轮重偏差，轴重偏差等综合因素，合理分配各子系统的重量指标。各子系统根据重量指标把控各部件的设计重量，形成重量清单。

方案评审：在方案设计阶段及时对设计方案的评审是十分必要的，不仅能够帮助重量工程车将整车的重量设计方案串联在一起，也可以及时对重量不合格的系统进行修正。评审阶段一般分为首次设计评审，概念设计评审和设计审核，根据各系统的重量清单，重量工程师进行审核，并计算车量重量和重心，确保车重的平衡分配。评审中无法满足重量要求的系统，需结合各系统之间的需求，优化重量方案，然后重新组织评审，循环这一过程直至重量分配符合需求。然后将重量清单发布至各相关部门，进行重量把控。

重量监控：包含各部件的重量监控和车辆生产过程重量监控两部分。部件重量监控指对车辆组成的各部件重量进行监控，包含车体组成部件和组装组成部件，如：底架前端，侧墙组成，车顶组成，制动系统部件，车内环境控制系统部件，给排水系统部件等。生产过程重量监控指车辆在生产过程中，识别出重量监控的关键阶段，然后对车辆进行称重，校核车辆的重量分配。当重量不满足设计方案时，需制定改进方案增加或削减重量以满足重量的分配。

交付阶段：在各部件重量和各生产过程重量皆满足要求时，可提请最终交付车辆，并将车辆的相关重量数据进行存档。

2重量管控方法

产品开发阶段重量管控以计算车辆的总重，轴重和轮重在合格范围内为目标，充分考虑车辆的组成部件的重量，包括车辆所需安装在车上的辅料。根据车辆组成部件可进行分类计算，可分为关键部件（单体质量较大的部件，如变压器，变流器等），次要部件（单体质量小，数量多的部件，如紧固件，管线材等），车辆辅料（生产过程中需要安装在车上的物料，如螺栓紧固胶，粘接胶等）。按照此将车辆组成物料按照车辆组成系统进行分类，形成详细的重量清单，在车辆的三维坐标系中，按照部件的位置还原并标记各部件的重心位置，最终根据力学平衡和力矩平衡计算出车辆的总重和重心位置。根据最终的计算结果，达到重心偏差在允许范围内，轮重和轴重分配均匀的效果。将部件的重量需求明确在部件的采购技术规范中，包括部件总重，重心坐标，重量偏差范围等。

产品生产阶段重量管控以把控各部件重量和关键阶段车辆重量为主。各部件重量在设计阶段通过计算优化，已经确定各自的重量要求，所以部件的供应商应按照采购技术条件中的重量要求进行设计，在设计审核时提供相关的重心，重量等数据。并在生产出首件时进行首件鉴定工作，测定部件的实际重心和重量。

车辆车产过程中的重量控制根据车辆的生产流程进行识别，轨道车辆生产一般按照车体—涂装—组装—调试四个步骤进行，重量的关键节点包括车体总成后，车体涂装后，车辆组装落车前，车辆组装落车后。车体为车辆的基础，车体总成后称重检测车体的重量，重心，可有效避免因车体焊接，拼装过程中造成偏差；因车体涂装采用的阻尼浆，油漆等材料，用量难以控制，所以在车体涂装之后进行重量检测，可有效检验喷涂的均匀性，和喷涂用料的重量；车辆组装落车前的重量对转向架的安装有着极其重要的作用，因此时车辆除转向架外，车辆已组装完成，重量趋于稳定，此节点重量数据可用于转向架的静压调整和上车平衡性调整，对提高转向架安装一次合格率有关键作用。车辆组装落车后重量为转向架安装后的整车重量，此时此阶段是检验车辆重量分配的关键过程，监控这车辆的轮重和轴重的分配。

3生产阶段数字化管控

将生产阶段的车辆重量进行数字化管理，其首要工作为对一线设备进行数字化改造，数据传输和数据归集三个方面。根据设备自身系统的特点，使用Java语言开发出重量数据采集系统，系统软件采用B/S结构，软件结构设计采用三层构架模式，支持在

Windows、 Linux或Unix操作系统下部署。将此系统安装于一线设备中，通过网络可以实现远程监重量数据采集状态，并存储重量数据，并在系统中设置重量录入界面，可在设备无法接入网络时使用此界面进行数据的录入，进而实现数据的实时监控和归集，从而提高了监测效率,减低了监测成本。数据归集后可通过网络客户端查询和监测数据，形成分阶段，分部位的重量变化曲线，以供相关部门参考，优化设计。

数据的传输依靠工厂内布置的办公网络或工业网络，通过无线网络将数据由一线设备端传输至存储服务器中，可有效保护数据，避免重要数据外传。

车辆组成部件的重量的数字化管控采取部件分类的方法，将车辆组成部件分为关键部件，次要部件和车辆辅料。关键部件重量依照首件鉴定重量和工厂自行称重的重量录入重量采集系统；次要部件具有数量多，种类杂等特点，可依照称重的详细要求，对部件采取随机采样称重，或采取批次称重，最终将称重数据录入重量采集系统。车辆辅料重量实际称量实物的用量比较困难，因辅料的重量相对整车较小，且用量不定，所以可采取理论计算的方式，在车辆前期准备阶段，计算车辆辅料的用量，收集整理辅料的重量，最终可理论计算出每车辅料的重量，录入重量采集系统，但对于部分可称重的部件，仍以实际称重数据为准。

关键生产节点重量数字化管控采取称重系统自动采集的方式，重量的关键节点包括车体总成后，车体涂装后，车辆组装落车前，车辆组装落车后，此节点称重需配备相应的设备，所以通过重量采集系统可直接实现数字化管控。

4结论

1、重量采集系统可作为工厂的数字化建设的一部分，可以实现虚拟设计和物理设备之间的融合，从而对产品研发，制造生产，质量提升和服务优化起到积极推动的作用。

2、重量管控可采取分阶段的的方式，从车辆的招标，设计，生产，交出分阶段指定管控方法，细化管控层级，最终实现车辆重量的精确管控。

3、重量根据最终目标进行分类管控，将构成车辆的部件分解为关键、次要、辅料等，监控关键节点的整车重量，在重量数据的收集和管理中更加便捷，有效。

4、依靠重量采集系统对车辆构成部件和车辆关键节点重量数据的监控，归集是一种有效的方式，可实现重量数据的数字化管控。

参考文献：

[1] 李守殿. 数字化工厂建设方案探讨[J]. 制造业自动化. 2018(4)

[2]岳军.数字化工厂的构建[J].电子工艺技术.2017（4）

[3]严永攀，陈德旺.车重量管理控制方法的探讨与应用[J].汽车科技.2017(2)

[4]王立航，胡震.铁路车辆设计制造重量管理的探讨[J].铁道技术监督.2009（12）