06 高铁轮轴智能制造试点示范

——智奇铁路设备有限公司

一、项目实施背景与状况

（一）项目实施背景

政策背景——基于国家将加工制造业列为战略性新兴产业和制造强国战略将智能制造作为主攻方向的政策导向，立足《山西省“十三五”战略性新兴产业发展规划》和《山西省深化制造业与互联网融合发展的实施方案》将轨道交通装备作为加快推动“山西制造”向“山西智造”转变的战略重心，智能化发展迎来良好的政策环境。

行业背景——截至 2019 年年初，中国保有高铁已经超过 3300 列，伴随《中长期铁路网规划》的逐步推进，国内新造高速动车组、高铁市场仍旧会保持旺盛需求。推进高铁国产化进程、掌握高铁核心技术、提质增效降本已成为相关企业着重考虑的问题和亟待解决的难点，智能制造为智奇铁路设备有限公司（以下简称“智奇”）提供了下一阶段的发展思路。

企业层面——智奇长期致力于为中国轨道交通行业在国际竞争中保持技术领先地位；为轨道交通行业转型升级提供借鉴经验；为高铁轮对全生命周期管理提供智能化的解决方案；为增强企业核心竞争力和长期营运能力而不断努力、探索，在“十三五”初期将智能制造纳入企业五年甚至更长期的长远战略规划，落地实施。

（二）项目实施的主要思路和目标

依托智奇在高铁轮轴生产领域的绝对领导地位（占国内高铁轮对市场份额的 85%以上），整合高端加工装备、导入智能检测装备，集成工业机器人、智能传感器、智能物流和仓储技术、信息化云制造技术等先进技术手段，实现全面数字化、智能化的高铁轮对一体化智能制造，从而提高高铁轮轴行业的整体制造工艺品质，引领轨道交通制造行业转型升级。通过本项目的实施智奇拟实现：

（1）建成国际先进的轮轴全生命周期快速研发数字化、智能化技术中心，实现基于轮轴大数据的产品全生命周期快速研发。

（2）建成国际先进的高铁轮轴加工制造数字化工厂，实现年产 5 万对高铁轮轴的加工量。

（3）建成国际先进的高铁轮轴装配、检测一体的智能车间，实现年产 5万对高铁轮轴的装配量。

（4）探索出适合轨道列车轮轴加工及装配的智能制造创新应用新模式，具备移植到普速列车、机车、有轨电车、城轨列车，城际列车等非高铁列车轮轴智能化生产的能力。

二、项目主要实施内容和措施

（一）项目实施的主要内容

本项目以高铁轮轴的智能加工装配为导向，共由以下 6 大智能制造系统组成。

（1）轮轴数字化设计与虚拟制造系统。应用 CAD、CAE、CAM 等软件实现基于三维模型的工艺设计和仿真分析；应用 PLM 产品全生命周期数据管理平台实现产品的快速迭代；应用专家数据库支持的全流程虚拟制造平台，实现工艺设计全流程集成控制，支撑高铁轮轴产品的智能设计和快速开发。

（2）智能检测及分析实验系统。由量具检测子系统、在机检测子系统、专机检测子系统、在线监测系统和实验室检测系统组成的协同数据管理平台，可实现高铁轮对车轮、车轴、车盘的研发设计等实验数据的综合分析。此系统最终可以实现设计、加工、组装、实验、检修环节的数据共享，形成智能化的参数匹配和分析报告。

（3）高铁轮轴智能生产制造系统。高铁轮轴智能生产制造系统由高端数控加工中心、大负载工业机器人、专用视觉系统、声学测量系统构成，通过智能生产制造系统可以实现轮对加工、装夹、激光打印识别码、预装 RFID、上下料机械手、探伤、不平衡检测系统全过程监控，最终实现轮对加工、测量、监控的智能化生产制造系统。

（4）高铁轮轴柔性智能装配系统。高铁轮轴柔性智能装配系统集成国产工业机器人、智能传感器、高精密伺服传动系统和可编程逻辑控制系统，实现不同规格高铁轮对的数字化和智能化柔性组装生产。

（5）智能物流及仓储系统。智能物流及仓储系统由电子标签 RFID、自动转运机器人 AGV、物流自动输送系统等组成。可实现轮对及物料自动输送、自动存储、自动分拣等智能化控制。智能仓储系统由立体仓库及智能管理系统、自动上下料机器人等组成，实现智能工厂物料的信息化、数字化管理。

（6）数字化管理系统集成。以高铁轮对的 PLM 全生命周期信息跟踪管理为核心，以生产工艺过程中的智能单元为基础，实现与 MES、PLM、TDM、ERP、SRM、CRM、LIMS 等有效集成管理，实现作业流程标准化，研发生产控制、生产执行、经营管理、决策支持系统集成应用的生产管理平台。

（二）采取的主要措施

本项目按照设备控制层、现场管控层、企业运营层和协同商务层的四层级架构展开，如图 6-1 所示。具体实施和推进计划如图 6-2 所示，智能制造数字化管理系统如图 6-3 所示。

1．设备控制层

底层的设备平台，将高端数控机床（含在机测量系统） 、工业机器人、上下料机械手、柔性装配线、轮对检测设备、工艺检测实验室、AGV 小车、立体仓库、RFID 等高端装备，利用 OPC（OLE for Process Control）技术和以太网接口联网，为六大智能制造系统的数据采集提供了数据支撑。

图 6-1 数字化轮轴加工装配智能制造系统四层级架构

图 6-2 智奇高铁轮轴智能制造新模式项目实施推进计划

图 6-3 智奇智能制造数字化管理

2．现场管控层

以 MES 为主，实现本车间所有资源的集成管理。包括制造数据管理系统、计划排程管理系统、生产调度管理系统、库存管理系统、质量管理系统、人力资源管理系统、设备管理系统、工具工装管理系统、采购管理系统、成本管理系统、项目看板管理系统、生产过程控制系统等模块，向上通过以太网与 ERP、PLM、LIMS 等系统集成，向下通过接口与轮轴各智能制造单元集成，形成一个可靠、全面、可行的制造协同管理平台。

3．企业运营层

企业运营层由企业的生产计划、采购管理、销售管理、人员管理、财务管理等信息化系统所构成，实现企业生产的数字化集成管理，主要包括企业资源计划（ERP）系统、先进排程规划（APS）系统和产品全生命周期管理（PLM）系统、实验室信息化管理系统（LIMS）等系统，各系统与 MES 和全流程虚拟制造系统集成，将企业各种信息通过分类、汇总后形成中间数据库，然后按照不同管理主体的要求，进行对应 KPI 信息展示，指导、辅助企业管理人员做出客观决策。

4．协同商务层

协同商务层与供应商通过互联网络共享信息，实现协同研发、智能生产、精准物流和智能售后服务等。

三、实施成效

（1）示范试点作用。项目推进过程中，智奇以先进的信息化管理系统、生产制造执行系统、 工业大数据智能分析与决策系统为依托，实现企业管理、生产过程、分析决策等方面的数字化，大幅度提高生产管理效率，对机械加工行业的智能制造升级改造形成引领示范作用。国际智能制造产业联盟、中车集团太原机车车辆有限公司、太重技术中心轧钢机械研究所、哈萨克斯坦G-lite 公司、长沙市经开区、太原铁路机械学院、沈阳通用机器人技术股份有限公司等企事业单位都曾来公司进行技术交流、参观考察、学习借鉴。

（2）技术方案输出。截至 2019 年年初，公司已为北京动车所、上海动车所、广州动车所、成都动车所、沈阳动车所及智道公司提供了智能制造升级改造方案及相关信息化实施业务的技术支持，获得了客户和合作伙伴的高度评价与肯定。

（3）经营管理提升。现阶段，人均轮轴年产量及生产效率均有不同程度的提升；运营成本、产品研制升级迭代周期、不良品率、单位产值能耗等均有不同程度的降低；车间整体面貌焕然一新，科技感十足；基本构建起稳固的研发团队和人才梯队。

四、实施经验

（1）智能制造是一个不断探索、自我革新、螺旋式上升、合作创新的过程。过往成功的实施案例只能提供参照和思路，不同的企业有其生产过程和管理过程的特殊性，需立足自身，做好总体规划和设计，以问题为导向，解决企业运营及生产管理过程中存在的痛点。不在落后的工业基础上搞自动化，不在落后的管理基础上搞信息化，不在不具备数字化网络化的基础上搞智能化，大胆尝试，勇于革新。此外，企业推进智能制造的过程并非一蹴而就，曲折前进是常态，建议在合作中进步，在合作中创新，在合作中研讨最优实现路径。

（2）智能制造强调数字化管理系统的上线和应用，注重不同平台间的兼容、联通和协同。在新旧生产模式转变的过程中，必然会上线众多数字化、网络化、智能化的软件系统或信息管理平台，数据的集成异常重要，特别是MES 建设。此外，多软件兼容、多系统联通、多平台协同、安全同步升级等问题会不断涌现，解决好上述问题，才能有效实现生产全过程控制、价值链信息共享及海量数据存储。

（3）智能制造依赖专业化的管理团队、信息技术人才以及研发创新人才。专业化管理团队能够按计划严格把控智能制造各子项目的实施进展，达成预期效果；信息技术人才能够解决众多智能化信息化软件、系统、平台间的流程节点问题，保证项目的顺利推进；研发创新人才能够依托智能制造阶段实施成效，研发新工艺、革新技术手段和创新管理模式。

（杨怀文、岳楷斌 供稿）