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摘要：文章闡述了軌道交通車輛構架數字化焊接產線工藝設計理念及思路，從產線功能、工藝流程、結構方案、物流系統及控制系統等方面詳細分析了產線的設計，為后續構架智能化制造積累實踐經驗及理論依據。

關鍵詞：軌道交通車輛；構架；數字化焊接；工藝設計

0引言

在新的工業革命下，新一代的信息技術、制造技術等對傳統的生產制造模式產生顛覆性的影響，根據國家加快經濟發展方式轉變、推進產業轉型升級的要求，圍繞國家“中國制造2025”“兩化融合”的發展戰略，軌道交通行業作為中國走出去的金名片，應牢牢把握新工業革命下制造產業轉型的機會，立足長遠發展戰略，變革軌道交通車輛構架生產制造模式，將現有軌道交通車輛構架生產制造模式由單一產線、手工作業模式向產線柔性化、自動化、信息化、數字化、智能化模式轉變，以期對軌道交通車輛構架制造標準革新，引領軌道交通構架制造行業技術升級，提升我國軌道交通構架智能制造核心競爭力[1-2]。本文重點闡述了軌道交通車輛構架數字化焊接產線工藝設計理念及思路，著重分析產線功能、產線工藝流程、產線結構方案、產線物流系統以及產線信息系統等的設計，為后續軌道交通構架智能化制造積累實踐經驗及理論依據，并為實現“中國制造2025”奠定基礎。

1產線功能

首先對軌道交通車輛構架結構、母材的可焊性、組裝順序、焊接接頭型式、焊接的可達性進行分析，基于產品柔性化、自動化、信息化、數字化及智能化技術，完成工藝技術需求；再基于工藝技術需求，提出產線硬件設施及軟件需求，然后進行產線工藝結構設計。

1.1產線功能需求

根據軌道交通車輛構架結構分析，本產線工藝設計以某類型城軌車輛構架組焊為例進行設計。具體包括以下功能項點。側梁組焊：下蓋板組成自動組焊，立板隔板組成自動組裝，側梁體自動組裝，側梁內部焊縫自動焊接，側梁上蓋板組裝，側梁主焊縫自動焊接，側梁附件組裝，側梁附件自動焊接，側梁精整，側梁劃線檢驗，側梁調修，側梁自動探傷。橫梁組焊：橫梁組裝，橫梁自動焊接，橫梁精整，橫梁劃線檢驗，橫梁自動探傷。構架框架組焊：構架框架組裝，構架框架自動焊接，構架框架精整。

1.2產線節拍設計

根據生產大綱要求，產線年生產量為N架，按全年252天標準工作日計算，產線日產量為：A=N/252按照每天兩班制，工作時間14h計算，構架數字化焊接產線生產節拍為:B=14/A

1.3產線柔性化設計

產線設計可滿足該類型多種城軌車輛構架的小批量、柔性化生產，產線各工位工藝裝備及設備均采用標準化、通用化設計，各機械手工位工裝頭尾架及手工作業區域工裝焊接升降轉胎結構采用快換裝置，可實現在節拍時間內項目工裝切換。

2產線工藝流程

根據軌道交通車輛構架結構及產線功能分析，產線工藝路線共分為三部分：側梁組焊，橫梁組焊以及構架組焊。

3產線結構方案

根據產線工藝流程設計，將產線分為三個生產單元，分別為側梁生產單元、橫梁生產單元以及構架生產單元，明確各生產單元作業工位。側梁生產單元作業工位包括：下蓋板自動組焊工位，側梁梁體自動組焊工位，側梁內部焊縫自動焊接工位，側梁上蓋板組裝工位，側梁主焊縫自動焊接工位，側梁附件組裝工位，側梁附件自動焊接工位，側梁精整工位，側梁檢驗調修工位以及側梁自動探傷工位等。橫梁生產單元作業工位包括：橫梁組裝工位，橫梁自動焊接工位，橫梁精整工位，橫梁檢驗工位以及橫梁自動探傷工位等。構架生產單元作業工位包括：構架組裝工位，構架自動焊接工位以及構架精整工位。根據各工位設計，對應設置生產用設備、設施，包括機械手、工裝、工位器具等。根據產線工位設計完成產線各工位作業時間測算，各工位作業時間為Tn（n=1，2，3，…），則各工位所需作業臺位n=Tn/B。根據軌道交通國車輛構架數字化焊接產線功能需求，基于產線節拍及工位設計，明確產線各工位作業臺位數量及配置；基于產線柔性化設計，明確產線各工位工藝設備、工裝及工位器具等配置。

4產線物流系統

軌道交通車輛構架數字化焊接產線物流系統包括產線內在制品的存儲、冷卻，工序間轉運，自動上下料。對于整條產線，物料系統將是整條產線的核心，是實現構架節拍化生產的關鍵環節。下面將對產線內物流系統設計進行詳細闡述。

4.1自動化立體倉儲系統

自動化立體倉儲由管理維護子系統、計劃管理子系統、生產管理子系統、作業管理子系統、庫存管理子系統、統計查詢子系統、接口管理子系統等核心應用子系統組成。依據產線整體工藝流程進行系統功能配置及界面設計，與產線生產調度系統無縫集成，根據生產計劃，自動驅動立體倉儲系統執行在制品存儲、冷卻、轉運及自動上下料。

4.2立體貨架

立體貨架整體為鋼架結構，用于產線在制品的存儲、冷卻。立體貨架充分利用產線空間資源，可降低產線在制品存放場地。貨架配置通用隨行工裝，將隨行工裝與各個上下料的接口統一，采用快速換件技術，提高了產線柔性化，同時提升了產線生產效率以及產線換型效率。隨行工裝上配置RFID電子標簽，產品上下料時自動識別，無需人工干預。

4.3物料運轉

根據生產計劃，自動化立體倉儲系統自動下達指令至RGV（有軌制導車輛），RGV自動執行在制品的信息識別、自動轉運及上下料，無需人工進行產品轉運，極大地降低了操作工的勞動強度，提升了產線的生產效率。產品轉運通道主要布置于立庫第一層，按照產線工藝流程設置固定點位，主要用于自動組焊區域與人工作業區域的產品銜接。

5產線中控系統

產線中控系統，基于信息技術，以數據驅動為核心，通過互聯網信息傳輸，依托Teamcenter、ERP(企業資源計劃)、MES（制造執行系統）、WMS（倉庫管理系統）等信息平臺的數據管理，實現工藝數據下發、計劃下達、物料配送調度等，通過現場數據采集與錄入，實現產品質量信息、計劃執行情況、物料配送及設備運行情況等的全過程監控。產線中控系統組成獨立網絡，通過產線控制系統與上層信息化網絡實現互聯互通，且在與在信息網絡斷網情況下也能獨立工作。產線通過系統預設的工藝流程、參數、程序等實現自動安全運行，自動完成構架全部組焊過程，實現對生產線內設備及生產過程實時監測和控制；同時對生產過程中的數據進行集中管理，具有可視化、數據收集與追溯、以及存儲等功能。產線控制系統功能實施過程具體如下：

1）在接到產品生產計劃后，首先在Teamcenter、ERP系統中完成工藝基礎數據，包括工藝文件、工藝流程、制造BOM、物料配盤方案等；然后MES系統接收上述工藝數據，根據工藝數據進行生產任務排程，并生成生產計劃，同時MES根據ERP系統物料配盤方案及生產計劃，向WMS系統發出物料需求計劃。

2）以上計劃完成后MES系統將生產計劃發送至中間網閘，產線控制系統自動從中間網閘抓取生產計劃，并對抓取的生產計劃進行二次分配，然后根據產品工藝流程設計下發至產線各個工位。產線各個工位終端接收到計劃后，首先核實物料計劃，對現場物料進行掃碼，與計劃模板核對，將核對信息采集自動存儲，物料核實無誤后開始生產，并對過程質量信息實時自動采集、存儲。產線控制系統對產線制作信息、計劃信息、設備信息等自動進行采集、存儲，并進行自動歸檔、分析，將統計結果上傳至MES系統，實現產線控制系統與MES系統信息化互聯互通。

6軌道交通車輛構架數字化焊接產線優勢

1）生產效率高。通過工藝的創新、工藝規劃的合理布局、信息技術的應用、物流系統的革新、以及各設備及工裝性能的提升，產線已實現工位制節拍化生產，節拍達到設計要求，生產效率較原有生產模式提升50％。

2）構架質量穩定性高。產線實現構架所有焊縫自動焊接，且所有焊縫實現船型位置焊接，焊接過程實時跟蹤，同時采用隨行工裝及立庫冷卻模式，實現產品在夾緊狀態下的冷卻，減少了工裝的焊接變形，整體構架組焊質量及穩定性得到提升。

3）制造柔性強。該流水線采用“隨行工裝+快速換夾技術”，焊接不同的產品只需要更換不同產品相應的隨行工裝，可以滿足多種城軌構架的生產。

4）生產環境得到改善。將焊接量大的工序與人工作業工序分開，降低了焊接車間粉塵含量，有利于車間環境的改善；采用流水線生產，可以改善現場的工位器具布局，使現場更加美觀、有秩序。

7結束語

軌道交通車輛構架數字化焊接產線，基于信息化技術，以工位制為基礎，實現對各工位生產計劃、物流、質量信息、人員及設備信息等制造全過程管理，實現了構架生產制造集成化、信息化的過程管控，相比原有離散式、手工模式生產，實現了重大變革。軌道交通車輛構架數字化焊接產線內各工位節拍化生產及作業內容固定，因此提高了各工位生產效率，使得生產組織均衡化，生產可控性獲得提高，減少了工序在制品。目前軌道交通車輛構架數字化焊接產線設備已全部完成安裝調試，產線信息系統已完全打通，現已進入大批量生產階段，該產線的應用將為后續構架智能化建設積累實踐經驗及理論依據。

參考文獻：

[1]陳明.智能制造之路：數字化工廠[M].北京：機械工業出版社，2016.

[2]趙亞波.智能制造[J].工業控制計算機，2002（3）：1-4.

[3]徐海霞，蔣興加.車輪智能化生產線規劃方案設計[J].電力機車與城軌車輛，2017（3）：57-60.

作者:任富明 郭廷銀 胡彬 單位:中車株洲電力機車有限公司