《车辆检修自动化的应用与发展趋势探究》8400字（论文）

车辆检修自动化的应用与发展趋势探究目录TOC\o"1-2"\h\u11649车辆检修自动化的应用与发展趋势探究 156751.引言 1136941.1研究现状 1250291.2研究意义 3152612.车辆检修自动化的应用 5229722.1自动化立体库在铁路机车车辆检修中的应用 5259492.2信息整合技术在铁路机车车辆检修中的应用 655472.3物联网的技术在铁路机车车辆检修中的应用 7152602.4工业视觉检测系统在车辆检修检测中的应用 8214783车辆检修自动化的发展趋势 1083573.1影像及轮廓比较法结合 1076203.2音频及振动比较法结合 10204133.3普及自动化巡检机器人 118994总结 1331251参考文献 14摘要：在我国经济迅速发展的大背景下，铁路运输在社会生活中的地位日益重要。为了确保机车的安全运行，必须从定期检修向状态检修过渡，以提高机车检修的速度和质量，并在一定程度上减少检修费用，使机车检修自动化、数字化、智能化。本文首先简要分析了机车检修自动化的现状与意义，然后详细地说明了立体库、信息整合技术、车辆系统以及工业视觉监测系统在集合检修中的应用。并提出未来机车车辆检修管自动化发展方向的预想。关键字：机车检修；自动化；发展方向1.引言1.1研究现状机车检修的流程繁杂、程序繁琐。不同型号的车辆，其检修工艺路线有很大的差异，即使是同一型号的检修，由于车况的不同也是不一样的，所以，尽管目前对自动化的研究如火如荼，但是在机车检修行业中，很长一段时间，人工管理始终占据着这个产业的主导地位。[1]全国30余家机车检修企业，铁道部北车集团所属的8个机车检修企业，率先试制成功机车检修自动化系统，以及国内外厂家、科研机构对机车检修行业的自动化进程也逐渐重视起来了。目前，国内各铁路局及铁路总公司正在积极推进机车检修自动化工作，以提高检修质量和效率，降低劳动强度。唐山机车车辆厂现在、大同机车检修厂、洛阳机车车辆厂一期工程及其他机车检修自动化工程已经全部竣工，但是，在实践中均存在着各自的缺陷与不足，具体体现在如下几方面：（1）系统功能局限性明显，通用性不强很多公司的自动化系统在型号上都有太多的局限性，而且该系统所制定的检修工艺流程太过呆板，接到新机型检修任务后，常常不知所措。这是因为当前的维修体制是一个通用化和标准化程度很高的体系。通用性差，主要体现为至今尚未有一套适用于机车检修行业软件，例如，您在大连厂应用洛阳机车车辆车自动化系统，当然是不可行的，从而增加该产业自动化开发成本，这在今后机车检修自动化系统的研制中必须加以改进。（2）系统兼容性与扩展性方面存在缺陷自动化是个发展中的体系，环境的变化和信息技术不仅发展，也会使自动化带来变革，以避免因重复开发而产生的费用，自动化系统要有兼容性，可扩展性，要想拥有好的自动控制系统，就必须满足以下几个方面。铁路检修自动化作为一种全新的管理模式，其应用范围越来越广，不仅能够提高生产效率，同时也能降低劳动强度。但是目前国内铁路检修自动化系统中对此仍然存在着问题与不足。（3）效率、效益问题均未能得到解决。据了解，洛阳机车车辆厂投入近400万实施自动化系统，但并未明显提高机车检修的效率，企业效益亦无明显好转。该厂技术人员认为，目前自动化系统只是在一些关键零部件上进行局部改造，对整个系统而言是一个较小的改进，因此并未取得实质性效果。其他几家已经实施自动化系统的机车检修厂家对系统的评价也不高，该体系所产生的收益显然达不到期望值。上述各方面的原因是多方面的，机车检修工序繁杂。由于机车在运行中需要不断地调整状态和检查故障，因此对设备的要求很高。自机车入厂至检修结束出厂，通常需要检修上千件零件，没有哪个环节可以让纸漏发生，其困难可想而知，也给检修管理软件的研制带来了一定的困难。目前我国大部分企业还在沿用传统手工作业模式，这种落后的管理方式导致大量信息丢失，效率低下等一系列问题，严重影响着机车生产安全和效益。另一方面自动化的重要性在思想上还没有得到真正的承认。目前，我国绝大多数的生产单位还没有意识到自动化是提高产品质量和效率的关键。许多公司都已推行自动化，但真正意识到它重要性的公司却寥寥无几，一味地为了追求时尚，推行自动化，使自动化取得成功的可能性大大降低。[2]1.2研究意义2001年10月13日，一列开往乌鲁木齐的火车行驶过程中，电机着火，酿成了大火，共造成乘客23人烧伤，事故原因调查显示：这台机车检修期间因疏于作业，本来要换的电机电路板没换，因此造成了意外。这是一起由无配件故障导致的电气火灾事故。2002年4月，一列开往南宁的列车在湖南境内发生意外，两节机车的接头处出现了破裂，导致车厢，车头分离，所幸没有人员伤亡，事故调查表明，担负这台机车检修的检修厂家，由于贪图方便，所用非国家规定连接材料导致意外发生。上述资料表明，机车检修质量问题是造成这2起交通事故发生的重要因素，而且这一现象在实践中也是时有发生，严重危害乘客人身安全，损害国家经济利益。因此，必须加强对铁路机车检修质量的重视程度，并采取有效措施来提升机车检修水平，从而保障铁路运输安全。因此对检修中的质量问题应进行有效的控制。怎样解决机车检修质量，怎样提高机车检修的效率、控制机车检修成本，进而提高企业的效益，是需要着重研究的一个课题。[3]如今，随着市场竞争的日益加剧，人工生产管理的局限性越来越突出，以自动化代替人工来管理生产是一种趋势。我国铁路机车车辆制造业已进入高速发展期，机车数量大幅增加，但与之配套的机车检修却跟不上需求，这就要求我们必须加快机车检修自动化建设步伐。对于机车检修的行业来说，推行机车检修自动化不失为一种很好的选择。由于我国铁路部门一直没有建立起一套完整的检修制度和标准，因此，机车检修的机械化水平较低。而且在机车制造接近冰点的时候，机车检修已经成了这几家公司生存下去的最后稻草。如何提高机车检修工作效率和质量，已经成为各机车制造厂家必须面对和解决的问题。传统手工管理与控制方式等，从检修的质量，效率、效率等等，都已经远不能满足市场需求了。就目前来说，国内铁路机车车辆的检修方法大多是以手工方式进行的，由于缺乏专业的检修设备，自动化水平不高，“人”的经验、技术水平、责任心等直接关系到检验的质量和故障率。机车工业在我国发展已有数十年之久，但在我国尚处于起步阶段，现有的检修模式对检修人员的需求很大，而符合条件的人员又是紧缺的，这在一定程度上制约了机车工业的发展。在一定程度上改善了检修工作的效率，但是对“人”的依赖性却没有减弱。改变传统的检修方式，提高自动化检修水平，开发专用的专用设备，降低对人力的需求，已成为当务之急。2.车辆检修自动化的应用2.1自动化立体库在铁路机车车辆检修中的应用车体检修部分，所需容量大，通用性强，自动化立体库，本实用新型可与车体检修时各种零配件相容，以及零配件智能管理等；在列车制造环节，需要的主要有用于生产车间的专用库及用于装配流水线上零部件存放的托盘。在转向架大修环节中，所需的又是为铁路机车车辆大修量身打造的若干具体自动化立体库，例如转向架立体库、轮对立体库，承载立体库、车轮立体库和车轴立体库，达到零配件立体存储，并且节约检修工具，达到零配件智能选配，促进检修工作效率的提高。[4]自动化立体库具有自动化程度高的特点、节约劳动成本的特征之外，自动立体仓库还具有其他一些显著的特点。这些优点是由自动化立体仓库自身所特有的优势决定的。一、自动化立体库可以显著节省平面空间，增加单位土地面积内物品存储量，立体空间得到有效地运用；此外，通过对各种零部件进行分类编码并将其存放于相应位置，不仅可以方便管理人员查找和统计库存数据，而且便于快速盘点，减少人工劳动强度。二是自动化立体库自身具有存储物品的管理功能，本实用新型可有效地应用于铁路车辆零配件智能选配和管理，提高了检修工作效率，在配合检修工艺之后，可以记录零配件工艺过程资料，实现零配件工艺过程的管理和零配件生命周期的全过程管理。另外，自动化立体库为铁路提供了一种高效、便捷和低成本的现代化管理手段，在提升铁路企业管理水平方面发挥着积极作用。零配件智能化信息化管理对铁路安全保障至关重要。2.2信息整合技术在铁路机车车辆检修中的应用检修站综合自动化系统建设检修站信息共享平台，具有规范性全面性，通过结构化计算机网络技术以及安全隔离接口技术，把每个单独信号设备系统、车辆信息系统等、将车辆管理系统与调度系统中各信息与功能整合在一起，使其互相联系、在一个统一协调体系内，使装备，机车等各方资源充分共享，从而更进一步达到集中，有效的目的、管理方便，在此基础上，同时也使车辆检修现代化、智能化目标。[5]目前，检修站综合自动化系统与机务段之间缺乏直接的信息交流，导致本机务作业计划的衔接、作业实施进度，都是通过电话沟通、协调，用纸、笔等方式记录实际状况，而车务部门无法了解机车整备、排班等具体情况，机务部门无法掌握车站车流、机车摘挂等情况。机务段的信息管理系统包含了列车运行状况和线路的信息。通过对列车运行的分析，可以将列车运行状况和行车路线的信息与各检修站的综合自动化系统进行共享，为列车运行提供参考。将本务机使用计划与车务系统共享，使调度人员能根据这一计划有针对性地进行解编，并优先对有机车供给的时段进行检修。通过与机务段分享车站到发线的方案，使机务段能够根据车站的进度计划，提前制定列车使用期计划，便于调度和优化列车运行路线。通过与机务段分享车流检修进度，机务段根据车流检修进度，及时调整出站时间，从而避免因车辆未完全检修而造成机车出段的现象。2.3物联网的技术在铁路机车车辆检修中的应用当前，铁路物联网的应用实例包括车号自动识别系统，电子客票等、行车安全监控系统等、机车车载安全防护系统等、高铁供电安全测试系统、货运安全检测系统等、运行环境监控系统的设计等等。这些应用都是以无线射频识别技术为基础，通过无线通信网络实现数据交互，并将结果实时显示于手机上，从而提高铁路运输生产效率和安全性。此外，一些铁路货车、客车检修基地的手持机及其他移动数据终端也已投入使用、零部件RFID电子标签等，物联网信息化建设效果较好。[6]（1）生产计划的实施监测。通过该监控平台可以查看到各车间和部门的相关数据。从整车检修流程出发，将整车生产流程监控平台图形化。该系统展示了车生产工序中需要处理的故障、规划完成的时间、实际完成的时间和其他资料，从而便于查阅。（2）生产过程的记录。在日常启动过程中，采用人机交互方式对装置进行点检，该系统对装置点检信息和工作者打开装置时间进行了记录，以及记录每个零部件的启动和竣工时间。（3）生产流程告警等：对生产落后过程，该系统对生产滞后的原因给以报警，如设备停运过久，设备出现故障等、人员缺勤或者物料缺料，物料返修等等。同时该系统依据目前可运转设备的多少、人员出勤和当天待处理零部件的数目，重新产生当天的新生产计划。2.4工业视觉检测系统在车辆检修检测中的应用（1）车体底架检修。任何东西，都会散发出不同的红外辐射。红外辐射可以采集并对其进行处理，从而得到需要的热场分布图像。本技术可对不接触旋转电机、高温管道等工况的试验温度和绝缘模式进行有效的诊断。红外热成像技术具有良好的运行安全性和优越性。由于红外辐射无需与车辆设备接触，提高了运行安全，因此被广泛用于运行设备的监测。这种技术还具有很高的灵敏度，可以对装置的表面温度进行有效的判别，在温度变化范围为0.02-4℃时，可以检测和分析特定设备的微小热状况。这种技术具有非常高的诊断和探测能力，能够在很短的时间内，就能收集到所有的车辆设备的各种信息，并且能够在一秒钟内，收集到超过一百万的热量，并且具有非常高的探测速度。利用计算机进行分析，具有良好的图像分析和处理能力，并将车辆系统的变化和改变相结合，实现了对设备发热的实时监控和分析。因为各种仪器的种类繁多，在温度、环境等因素的变化下，所得到的资料可能会出现偏差。另外，车辆负荷、辐射源等因素的影响也很大。该系统可满足各种车辆车体（底架）检修和整车落成等要求，实现车身（含罐体）自动检测，自动检测，判断，报警整车落成限度。（2）转向架检修。工业视觉检测系统可以满足各车型转向架检修工艺需求，并且为今后新型转向架的探测留出了拓展空间，实现转向架构成附件的自动（或半自动）分解和主要附件的自动检测，预警，判断，识别。（3）车钩缓冲装置的检修。在完成相关工作后，将所有零件分类存放，并由计算机按照一定规则生成编码信息。工业视觉检测系统能够对整套钩缓装置进行自动（或半自动）分解，并对主要附件进行自动检测，判断，识别。在日常生产过程中，需要经常拆卸各种零部件以满足实际使用需求，如更换零件时就必须将各部件拆下来再安装到一起，这不仅浪费人力物力而且影响产品质量。主要配套配件也做了相应测试。比如：钩锁铁、钩舌推铁、钩锁销与锁销杆连接。（4）空气制动配件的检修。该系统采用模块化设计理念和先进的计算机技术。该工业可视化检测系统能够满足多种制动阀，空重车阀，刹车软管，折角塞门，安全阀，缓冲阀等、脱轨自动刹车阀检修及试验技术要求。同时，为各部门提供可靠依据。实现附件的分拣，检测，储存，识别，智能判别等功能。实现了检测工位的数据联网，HMIS的自动传输，运用高科技手段，改善作业条件，降低劳动强度，提升劳动效率。（5）轮轴检修。在进行轮轴对检维修时，可以将采集到的图像和对应数据输入计算机中，计算出车轮磨损程度、运行状态等参数，为后续维护提供依据。工业视觉检测系统能够实现轮对自动检测和轴颈的检测、防尘板座的自动检测，车轴的自动检测，轮饼的自动检测，轴承自动检测等。在此基础上，可以按列车型号和车号进行计算、转向架的类型和其他资料，按照最优的原则，并且记录装车日期、轴位和其他信息并产生有关的检测记录。3车辆检修自动化的发展趋势3.1影像及轮廓比较法结合在所有的车辆检修规程中，检修周期最长，检查项目最多，所有的检修项目都要检查，但需要检查的项目却很少。外观检验的内容技术含量较高、时间较长、需要大量的人工，且易造成漏检。大多数的机械故障都可以在外观检查的过程中，如松动、碰伤、变形、异物侵入等。由于没有做好基础的外观检查，致使故障没有得到及时的检测，从而造成了很大的影响。若能使用高效的仪器进行检测，不仅能大大减少人工费用，而且不会遗漏表面轮廓上的明显异常，从而改善检修品质。利用图像轮廓对比的仪器可以代替手工进行这项检修工作。外观轮廓扫描装置可以安装在车辆停泊通道上，在车辆行驶的时候，可以对车身进行扫描，在极短的时间内生成物体的轮廓，这已经不是什么问题了，在一些领域，只要在停车或者路过的地方安装扫描装置就可以了。轮廓对比分析只需要有针对性地开发出专门的软件。该装置的研制技术门槛较低，但效果显著，可大幅度降低检修工作量，从而进一步改善检修质量。3.2音频及振动比较法结合车辆牵引机构在故障早期往往会经过“发声”或者振动来进行预警。这些故障对车辆的安全性有很大的影响，其中包括牵引电机、刹车装置、转向架等与行车安全有关的部分。传统的检修方式都涉及了，但大多都是表面检查，很难在第一时间发现问题，只有在出现了明显的迹象，或者是对正常行驶造成了一定的影响之后，才会被发现。由于这类事故的影响范围很广，而且还没有能够及时发现故障隐患的有效方法，大多数铁路公司在事故的紧急处置中都采用了引导式安全的保守的紧急处置方法，使车辆运行效率大为下降。通过这种装置，可以在一定程度上检测车辆牵引制动器的运行状况，从而能够及早地检测出大多数的机械故障。主要用于牵引电机、转向架、制动装置等专业检修。该方法的困难在于标准音频曲线的采集、标准音频曲线放大标准的设置、采集设备的安装等方面，然而，都有国外的成熟技术标准可借鉴。该设备发展门槛尚不高，适合铁路机车专业化检修与防范，在一定程度上可以有效地减少对专业人员的依赖性，从而进一步改善检修品质。自动化设备的操作并不只是生产片面停机保修，更重要的是，设备管理者要通过制造，技术、品质和其他部门信息，合理安排统一工作检修和保养。因此，常常所说的修理，仅仅是简单地损坏修理，但不应该光修理坏损，也应包括设备维修管理，如果附件中含有易损件，标准件等、规划非标准件，为雇员利用装备进行训练，它包括使之了解机器工作原理，将启动和正确地使用该机，了解报警指示的含义，并将其直接进行处理，了解什么是易损件，并将替换它们，能对某些故障现象进行简便的处理等等。3.3普及自动化巡检机器人数字化、智能化是新时代轨道交通技术发展的必然趋势，为满足高质量、可持续发展需要，传统的地铁车辆日常巡检主要以人工目视检查为主，进入大规模线网运营后，对更高的检修效率、精确性以及减轻重复工作量的追求越来越凸显。为此，地铁车辆主动联合厂家共同开展了应用研究，制造了业内首台城轨车辆智能巡检机器人。该智能巡检机器人采用智能机器人技术、SLAM自主导航技术、多自由度柔性协作机械臂控制技术、高清光学成像技术、图像模式识别技术、AI深度学习算法等先进技术，能对车底关键检修点进行2D/3D高清成像，智能判断车底关键部件异常状态，实现多股道自动转运以及车辆巡检作业的自动检测、智能分析与故障诊断，还能同时适应多机器人群体协同作业，解决了既有地铁车辆检测设备无法自动转轨、具有检测盲区等不足。随着智能巡检机器人的功能日益完善，地铁车辆大胆开启了车辆检修模式改革，利用“智能巡检机器人+360°列车图像在线检测系统”对车辆进行自动检测，开启“人机结合”的车辆巡检模式。360°列车图像在线检测系统又是一个怎样的系统呢？如果说智能巡检机器人是一套解决列车车底小范围、“胳肢窝子”特定部位的精准“B超”系统，那360°列车图像在线检测系统就是一套“核磁共振系统”。它从2021年底投用的，采用高清线阵和近红外激光补光技术、图像识别技术与深度学习技术，能覆盖车顶、车侧、车底全车360°范围内的外观可视关键部件的自动化检测识别。固定安装在轨道四周的360°列车图像在线检测系统可实现对行进的列车“全身”部件进行扫描检查，快速又高效，但对列车的“犄角旮旯”等部位，则存在一定的检查盲区。而灵活的智能巡检机器人恰好弥补了这一短板，可以通过伸缩机械臂、调整摄像角度，对360°列车图像在线检测系统无法“触及”的部件进行精细扫描检查。两者的联合运用，对车辆检测更为全面，有效实现优势互补。固定安装的360°列车图像在线检测系统对行进的列车“全身”部件进行扫描检测，检测项点9000余项；列车回库停稳后，智能巡检机器人在车底自动走行，对静止的列车关键部件实施精准检测，检测项点为2478项。而车辆检修人员则主要负责故障处理、普查整改和一些复杂区域的巡检。未来的“人机结合”的车辆检修模式，既解决了人工作业客观存在的易疲劳、效率有限、不稳定等问题，进一步保证了车辆检修作业安全和质量，又为运作排班模式优化调整提供了技术支撑。在新模式下，车辆段车辆检修人员夜间上岗人数较传统作业模式减少了37.5%，检修人员可以更多地在白天开展检修维护工作，降低夜班带来的劳动强度。