轨道交通车辆构架数字化焊接产线探究范文

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摘要：文章阐述了轨道交通车辆构架数字化焊接产线工艺设计理念及思路，从产线功能、工艺流程、结构方案、物流系统及控制系统等方面详细分析了产线的设计，为后续构架智能化制造积累实践经验及理论依据。

关键词：轨道交通车辆；构架；数字化焊接；工艺设计

0引言

在新的工业革命下，新一代的信息技术、制造技术等对传统的生产制造模式产生颠覆性的影响，根据国家加快经济发展方式转变、推进产业转型升级的要求，围绕国家“中国制造2025”“两化融合”的发展战略，轨道交通行业作为中国走出去的金名片，应牢牢把握新工业革命下制造产业转型的机会，立足长远发展战略，变革轨道交通车辆构架生产制造模式，将现有轨道交通车辆构架生产制造模式由单一产线、手工作业模式向产线柔性化、自动化、信息化、数字化、智能化模式转变，以期对轨道交通车辆构架制造标准革新，引领轨道交通构架制造行业技术升级，提升我国轨道交通构架智能制造核心竞争力[1-2]。本文重点阐述了轨道交通车辆构架数字化焊接产线工艺设计理念及思路，着重分析产线功能、产线工艺流程、产线结构方案、产线物流系统以及产线信息系统等的设计，为后续轨道交通构架智能化制造积累实践经验及理论依据，并为实现“中国制造2025”奠定基础。

1产线功能

首先对轨道交通车辆构架结构、母材的可焊性、组装顺序、焊接接头型式、焊接的可达性进行分析，基于产品柔性化、自动化、信息化、数字化及智能化技术，完成工艺技术需求；再基于工艺技术需求，提出产线硬件设施及软件需求，然后进行产线工艺结构设计。

1.1产线功能需求

根据轨道交通车辆构架结构分析，本产线工艺设计以某类型城轨车辆构架组焊为例进行设计。具体包括以下功能项点。侧梁组焊：下盖板组成自动组焊，立板隔板组成自动组装，侧梁体自动组装，侧梁内部焊缝自动焊接，侧梁上盖板组装，侧梁主焊缝自动焊接，侧梁附件组装，侧梁附件自动焊接，侧梁精整，侧梁划线检验，侧梁调修，侧梁自动探伤。横梁组焊：横梁组装，横梁自动焊接，横梁精整，横梁划线检验，横梁自动探伤。构架框架组焊：构架框架组装，构架框架自动焊接，构架框架精整。

1.2产线节拍设计

根据生产大纲要求，产线年生产量为N架，按全年252天标准工作日计算，产线日产量为：A=N/252按照每天两班制，工作时间14h计算，构架数字化焊接产线生产节拍为:B=14/A

1.3产线柔性化设计

产线设计可满足该类型多种城轨车辆构架的小批量、柔性化生产，产线各工位工艺装备及设备均采用标准化、通用化设计，各机械手工位工装头尾架及手工作业区域工装焊接升降转胎结构采用快换装置，可实现在节拍时间内项目工装切换。

2产线工艺流程

根据轨道交通车辆构架结构及产线功能分析，产线工艺路线共分为三部分：侧梁组焊，横梁组焊以及构架组焊。

3产线结构方案

根据产线工艺流程设计，将产线分为三个生产单元，分别为侧梁生产单元、横梁生产单元以及构架生产单元，明确各生产单元作业工位。侧梁生产单元作业工位包括：下盖板自动组焊工位，侧梁梁体自动组焊工位，侧梁内部焊缝自动焊接工位，侧梁上盖板组装工位，侧梁主焊缝自动焊接工位，侧梁附件组装工位，侧梁附件自动焊接工位，侧梁精整工位，侧梁检验调修工位以及侧梁自动探伤工位等。横梁生产单元作业工位包括：横梁组装工位，横梁自动焊接工位，横梁精整工位，横梁检验工位以及横梁自动探伤工位等。构架生产单元作业工位包括：构架组装工位，构架自动焊接工位以及构架精整工位。根据各工位设计，对应设置生产用设备、设施，包括机械手、工装、工位器具等。根据产线工位设计完成产线各工位作业时间测算，各工位作业时间为Tn（n=1，2，3，…），则各工位所需作业台位n=Tn/B。根据轨道交通国车辆构架数字化焊接产线功能需求，基于产线节拍及工位设计，明确产线各工位作业台位数量及配置；基于产线柔性化设计，明确产线各工位工艺设备、工装及工位器具等配置。

4产线物流系统

轨道交通车辆构架数字化焊接产线物流系统包括产线内在制品的存储、冷却，工序间转运，自动上下料。对于整条产线，物料系统将是整条产线的核心，是实现构架节拍化生产的关键环节。下面将对产线内物流系统设计进行详细阐述。

4.1自动化立体仓储系统

自动化立体仓储由管理维护子系统、计划管理子系统、生产管理子系统、作业管理子系统、库存管理子系统、统计查询子系统、接口管理子系统等核心应用子系统组成。依据产线整体工艺流程进行系统功能配置及界面设计，与产线生产调度系统无缝集成，根据生产计划，自动驱动立体仓储系统执行在制品存储、冷却、转运及自动上下料。

4.2立体货架

立体货架整体为钢架结构，用于产线在制品的存储、冷却。立体货架充分利用产线空间资源，可降低产线在制品存放场地。货架配置通用随行工装，将随行工装与各个上下料的接口统一，采用快速换件技术，提高了产线柔性化，同时提升了产线生产效率以及产线换型效率。随行工装上配置RFID电子标签，产品上下料时自动识别，无需人工干预。

4.3物料运转

根据生产计划，自动化立体仓储系统自动下达指令至RGV（有轨制导车辆），RGV自动执行在制品的信息识别、自动转运及上下料，无需人工进行产品转运，极大地降低了操作工的劳动强度，提升了产线的生产效率。产品转运通道主要布置于立库第一层，按照产线工艺流程设置固定点位，主要用于自动组焊区域与人工作业区域的产品衔接。

5产线中控系统

产线中控系统，基于信息技术，以数据驱动为核心，通过互联网信息传输，依托Teamcenter、ERP(企业资源计划)、MES（制造执行系统）、WMS（仓库管理系统）等信息平台的数据管理，实现工艺数据下发、计划下达、物料配送调度等，通过现场数据采集与录入，实现产品质量信息、计划执行情况、物料配送及设备运行情况等的全过程监控。产线中控系统组成独立网络，通过产线控制系统与上层信息化网络实现互联互通，且在与在信息网络断网情况下也能独立工作。产线通过系统预设的工艺流程、参数、程序等实现自动安全运行，自动完成构架全部组焊过程，实现对生产线内设备及生产过程实时监测和控制；同时对生产过程中的数据进行集中管理，具有可视化、数据收集与追溯、以及存储等功能。产线控制系统功能实施过程具体如下：

1）在接到产品生产计划后，首先在Teamcenter、ERP系统中完成工艺基础数据，包括工艺文件、工艺流程、制造BOM、物料配盘方案等；然后MES系统接收上述工艺数据，根据工艺数据进行生产任务排程，并生成生产计划，同时MES根据ERP系统物料配盘方案及生产计划，向WMS系统发出物料需求计划。

2）以上计划完成后MES系统将生产计划发送至中间网闸，产线控制系统自动从中间网闸抓取生产计划，并对抓取的生产计划进行二次分配，然后根据产品工艺流程设计下发至产线各个工位。产线各个工位终端接收到计划后，首先核实物料计划，对现场物料进行扫码，与计划模板核对，将核对信息采集自动存储，物料核实无误后开始生产，并对过程质量信息实时自动采集、存储。产线控制系统对产线制作信息、计划信息、设备信息等自动进行采集、存储，并进行自动归档、分析，将统计结果上传至MES系统，实现产线控制系统与MES系统信息化互联互通。

6轨道交通车辆构架数字化焊接产线优势

1）生产效率高。通过工艺的创新、工艺规划的合理布局、信息技术的应用、物流系统的革新、以及各设备及工装性能的提升，产线已实现工位制节拍化生产，节拍达到设计要求，生产效率较原有生产模式提升50％。

2）构架质量稳定性高。产线实现构架所有焊缝自动焊接，且所有焊缝实现船型位置焊接，焊接过程实时跟踪，同时采用随行工装及立库冷却模式，实现产品在夹紧状态下的冷却，减少了工装的焊接变形，整体构架组焊质量及稳定性得到提升。

3）制造柔性强。该流水线采用“随行工装+快速换夹技术”，焊接不同的产品只需要更换不同产品相应的随行工装，可以满足多种城轨构架的生产。

4）生产环境得到改善。将焊接量大的工序与人工作业工序分开，降低了焊接车间粉尘含量，有利于车间环境的改善；采用流水线生产，可以改善现场的工位器具布局，使现场更加美观、有秩序。

7结束语

轨道交通车辆构架数字化焊接产线，基于信息化技术，以工位制为基础，实现对各工位生产计划、物流、质量信息、人员及设备信息等制造全过程管理，实现了构架生产制造集成化、信息化的过程管控，相比原有离散式、手工模式生产，实现了重大变革。轨道交通车辆构架数字化焊接产线内各工位节拍化生产及作业内容固定，因此提高了各工位生产效率，使得生产组织均衡化，生产可控性获得提高，减少了工序在制品。目前轨道交通车辆构架数字化焊接产线设备已全部完成安装调试，产线信息系统已完全打通，现已进入大批量生产阶段，该产线的应用将为后续构架智能化建设积累实践经验及理论依据。

参考文献：

[1]陈明.智能制造之路：数字化工厂[M].北京：机械工业出版社，2016.

[2]赵亚波.智能制造[J].工业控制计算机，2002（3）：1-4.

[3]徐海霞，蒋兴加.车轮智能化生产线规划方案设计[J].电力机车与城轨车辆，2017（3）：57-60.

作者:任富明 郭廷银 胡彬 单位:中车株洲电力机车有限公司