杨金磊 程林华
中车株洲电力机车有限公司 湖南省 株洲市 412001
摘要：文章以城轨轮对压装生产线建设为例，从产线布局、工艺流程规划、数字化工艺设计、MES规划等方面进行阐述，该产线提升了轮对生产整体工艺质量与数字化水平，为探索数字化生产线的规范化与流程化提供了参考。
关键词：数字化、轮对压装、产线规划、MES
Digital construction and application of wheelset pressing production line
Abstract: Taking the construction of urban railway vehicle wheelset pressing production line as an example,the paper expounds from the aspects of production line layout,process planning,digital process design, MES planning, etc., and the production line construction enhances the overall process quality and digital level of the wheelset and provides a reference for exploring the standardization of the digital production line.
Key points: Digital;Wheelset pressing;Production line design; MES
0 引言
轮对是城轨车辆的关键零部件，其制造技术要求高，组装控制严格，且要求追溯性强，传统的轮对组装都是在压装完成后，利用专用测量尺、百分表、电阻仪等工具进行手工测量，这种作业模式随意性高，对于人的依赖度强，不利于产品质量追溯与分析。随着智能制造时代的到来，数字化、智能化成为主导趋势，数字化产线的建设，对于轮对制造过程中的大量底层数据进行完整、准确、实时收集和分析处理，实现生产过程动态跟踪和可视化监控，有着重要的意义[1]。本文将就轮对压装数字化生产线的布局规划与数字化建设作出阐述。
1 生产线功能需求
1.1 产线柔性化
本生产线主要用于地铁、城际动车组、轻轨等车辆的的轮对压装，检测、缓存的生产制造，应能满足每天5种产品的换型生产要求，须在0.5小时内完成产品换型的所有设备、工装、程序调整。
2.2 生产节拍计算
在生产管理中，生产节拍是精益生产的关键，特别是在众多生产线相互串联的车间内，节拍设计在识别与消除生产瓶颈、合理规划生产资源中十分重要。明确了生产节拍，就可以指挥整个工厂的各个生产工序，保证各个工序按统一的速度实现产品下线。生产节拍公式如下所示：
t=60T/N
式中：t为生产节拍，min/件；T为产线每日工作时间，h；N为每日计划产量，件。
根据生产大纲要求，轮对压装须满足N件/天的产能，生产线采用三班制，可按照每日工作时间为22小时。代入数据，可得每下线1件产品所需的时间，即生产节拍。
2 生产线布局设计
根据产线功能要求，对产线结构进行定制化设计，由产品要求确定工艺流程（如图1所示）与工位设计，由生产节拍要求确定各工位所需设备及数量，由产线柔性化要求，确定设备结构、输送系统配置。
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图1 轮对压装生产线工艺流程图
轮对压装数字化产线平面布局图如图2所示，生产线主要含1台车轮压装机、1台检测机、1个轮对缓存立体库、1台反压机、4台MES终端、4支扫码枪、1台打码机等。其中，因压装后需静置一定时间后再进行反压，为此，配置轮对立体库用于静置时间内的轮对缓存，且根据静置时间确定立体库缓存数量。
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3 数字化设计与应用
信息系统是数字化产线的核心组成部分，以数据驱动为核心，集成产品数据、计划排程、现场管理、现场作业、物流配送、质量检测、信息追溯等一系列功能，实现集成化的生产过程控制与管理，全面提高制造过程竞争力。轮对压装生产线数字化建设主要依托MES系统，通过与企业资源计划系统（ERP）、产品生命周期管理系统（PLM）、仓储管理系统（WMS）连接，从设计源头进行数据传输，打通设计、管理与制造全过程的数字化，实现生产数据的过程化管理和产品质量的全程控制。各系统板块的具体功能如图3所示。
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3.1 工艺设计
工艺设计是PLM系统的关键功能，Teamcenter是实现PLM功能的主流软件产品，优点是能够统一管理整个产品生命周期与针对行业提供定制化需求。通过Teamcenter平台进行产品工艺路线、工艺规程、制造BOM维护，并实现工艺仿真、工艺变更、配盘方案等，这些构成了MES系统工艺制造数据的总输入。
3.2 制造执行系统（MES）功能设计
在计划与资源层面，处于MES系统上层的是ERP系统，ERP系统居于计划层，最常见ERP系统是金蝶EAS，EAS具体管控生产资源与生产计划，包含物料主数据、生产主数据、质量主数据、生产订单、发货指令等，以实现生产过程自动化。
在生产线执行层面，MES系统居于核心地位，该系统可打通企业经营管理和现场作业之间的各个环节，使之能同步协调一致，实现生产数据的过程化管理和产品质量的全程控制。MES管理系统与生存现场直接相关的功能主要包括APS排程 、资源管理、数据采集、配盘规划、质量管理、库存管理、差异分析等模块，下面以与生产现场紧密联系的计划物流、数据采集与质量管理方面进行详细介绍。
3.2.1 APS排程
在生产线层面，MES系统主要通过接收来自ERP重要部件节点计划、工艺路线、制造BOM数据，由APS高级排程根据产线工位信息，基于工位制节拍化原则进行排程，如将某个项目的轮对压装下达至轮对压装生产线，即下达工单，该工单会根据规划好的工艺流程，分解为派工单至对应的工位（如图4所示）即分解为车轮压装、轮对检测、轮对反压的3个派工单。MES系统则下达基于工位的物料配送计划，EAS系统下达产线级日物料需求计划，并传给WMS系统，WMS系统对所有物料进行出入库管理。并可对实际完工情况、计划完工率、准时开完工率进行统计，形成报表。
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3.2.2 物流配送
根据计划排程，WMS系统进行物料盘点与调度，配置物流库AGV与产线内AGV，根据排产计划与生产节拍分别配送产线外物料（外供件，带齿轮箱的动车轴等）与前产线物料（车轮、车轴等），并配置托盘回收功能。
3.2.3 产品流转管理
产品将被赋予唯一的二维码ID，组装前须对车轮、车轴二维码进行识别与数据采集，通过读取本产线所需的质量数据，并将新增数据绑定上传，组装完成后，以车轴轴号作为新的产品唯一ID，形成新的二维码，根据工艺路线规划，流向下一条产线。
3.2.4 数据采集与管理
产品质量数据管理是数字化的重中之重，产线数字化主要目的之一是实现对生产全过程质量的有效控制与质量可追溯性[2]。近年来出现的智能拧紧扳手、无线传输测量尺、全过程图像采集等技术都是为了实现这一目的。产品质量数据采集的核心是MES系统，轮对压装数字化生产线质量数据采集模块以工序为单位，并可实现定量项点给定限定范围,当填写数值超过限定范围时，该项点则会报错；当某个项点漏填时，系统触发提醒功能。生产线信息化设计时，分别在压装工位、检查工位、反压工位配备1台MES终端，采集各工序需上传的数据。
各工位生产过程的质量检查信息始终贯穿其中，当某个产品的所有派工单都完工时，MES自动将该产品的质量数据与工单绑定，各工位的质量数据、压装曲线、检查报告、反压曲线等打包上传，汇总形成电子履历，存入数据库。
4 总结
轮对压装原有作业模式在管理与制造过程之间数字化通道不畅，出现信息“断层”的现象十分明显，生产计划与实际执行状态存在较大差异，影响生产效率，阻碍了信息系统管理水平进一步提升。通过对轮对压装数字化模式顶层规划，利用MES系统，实现自动排产、派工、物流管理过程的集成；确保车间对每个工序执行到位,动态监控作业过程，确保过程数据采集真实；生产异常反馈机制、物料配送、托盘回收机制确保生产线节拍稳定;各信息系统协调合作、高效传输，实现各个环节中数据的共享[3]；在柔性制造、工艺标准化、过程质量管控、效能提升方面都有明显提升；从各方面提升产线整体效率与数字化水平。
轮对压装数字化生产线建设为我国轨道交通行业数字化产线的规范化与流程化建设提供了参考，对建设智能化的数字工厂、抢占工艺制造强国制高点具有一定的意义。
参考文献：
[1] 范俊宏,于晓春,等.浅谈转向架生产过程信息系统建设[J].机车车辆工艺，2016（Z1）:49-51.
[2] 张桂欣.高速动车组轮对智能制造新模式应用[J].轨道交通与技术装备，2019（2） ：5-8.
[3] 谭淑琴,王洪军.制造执行系统（MES）在轨道车辆产品中的应用[J].铁道车辆，2015（9） ：15-19.