04 高速动车组车体智能制造试点示范
——中车唐山机车车辆有限公司
一、项目实施背景与状况
（一）项目背景
轨道交通装备是我国高端装备“走出去”的重要代表，也是制造强国战略中的重要内容。我国轨道交通制造业将重点研制安全可靠、先进成熟、节能环保的绿色智能谱系化产品，建立世界领先的现代轨道交通装备产业体系，实现全球化运营发展。中车唐山机车车辆有限公司（以下简称“中车唐山公司”）积极响应制造强国战略，建设标准化、数字化、智能化企业，实现高速车车体制造过程自动化、精益化、高效化、数字化及智能化，同时提高高速车车体制造质量与效率，提升我国高速铁路制造行业的核心竞争力，为实现现代造车、绿色造车提供技术与装备支撑。
（二）项目实施的主要思路和目标
高速车车体智能制造试点示范项目以“标准化、数字化、智能化”企业战略为目标，以精益制造和标准化生产线建设为主要抓手；以“两化”深度融合为重要手段；以实现提质增效为目的；以高速动车组车体制造为对象，建成国内第一家高速车车体数字化制造基地，促进技术水平和管理水平双提升，并在智能制造领域起到示范作用。
项目整体提升我国高速车车体制造工艺与自动化水平，提高高速车车体制造质量与效率，实现多种规格的车体生产制造柔性化、研发/工艺/质量和管理过程数字化、工艺装备智能化、制造过程和管理可视化。
二、项目主要实施内容
（一）项目实施的主要内容
中车唐山公司通过对高速车车体制造工艺流程的分析统计，结合各装备之间的协同设计以及设计数据、工艺数据、生产数据的融合，建设高速车车体制造智能化工厂，积极促进提升企业效益，提升核心竞争力，引领轨道装备制造业的发展。如图 4-1 所示为高速车车体数字化车间整体框架。
图 4-1 高速车车体数字化车间整体
（1）研发与工艺设计一体化、智能化管控。通过建设数字化研发工艺设计系统，全面提升研发设计与工艺设计的整体效率和整体管理水平，缩短产前准备周期，加快产品上市时间。
（2）数字化制造过程管控。通过建设数字化制造运营管理（MOM）系统，实现深入推广整车制造工位制节拍化拉动式生产方式，将生产管理的重心直接面向生产现场的工位和班组，实现车体制造车间无纸化。
（3）高速车车体数字化、智能化制造。建成高速车车体部件智能化制造生产线群，实现工业信息网络架构、各设备关键数据采集与状态监控、智能化物流、各设备/ 生产线互联互通等系统的建设。
（4）数据驱动智慧决策与管理。通过在质量检测、评价、装配偏差分析和信息处理分析软件系统等方面的研究探索与自主开发，将传统制造质量的结果控制变为制造质量的过程控制，实现从“经验制造”向“科学制造”的转变。
（二）采取的主要措施
1．数字化、智能化虚拟制造
（1）高速车车体智能车间数字化建模。将数字化制造技术用于车体的制造过程，通过对厂房等主要资源的三维建模，建立公司的智能车间，以实现生产系统的运行仿真，提高公司制造资源利用率。
（2）高速车车体智能车间生产布局仿真。针对调整后的产线布局和 3D模型布局，在三维虚拟环境中，对产线各工位的生产节拍、设备利用率、人员配置等进行仿真模拟计算，完成产线布局优化。
（3）高速车车体产线物流仿真。在物流仿真软件中通过创建物流系统的数字化模型，对整个车体产线的生产过程及其流程进行仿真，检查和消除物流瓶颈，合理设置生产缓冲区大小，优化生产方案。
2．数字化、智能化研发，工艺数据管控
（1）数据管控。 基于研发、工艺平台，搭建数字化研发工艺设计系统（系统框架见图 4-2），通过一体化平台消除产品研发设计和工艺设计之间的信息壁垒，解决产品信息不透明带来的四处查找、效率低下和返工等问题。
（2）系统集成。通过建设数据连接接口，有效地支持中车集团产品物料数据唯一性，实现产品主数据在数据管理系统中的应用。
图 4-2 系统整体
3．数字化、智能化生产制造
（1）高速车车体生产线配备智能装备。其中，智能机器人主要应用于高柔性化工艺工位，例如焊接、打磨、测量、装配等；高精度传感装备是数据采集与分析系统的采集终端，通过测量得到的各种高精度产品和生产数据，为数据分析系统提供工艺优化和产品优化的大数据基础。
（2）高速车车体生产线架构及智能化特征。高速车车体由次部件、侧墙、车顶、底架、总成五大部分组成，根据车体结构特点，高速车车体生产线分为次部件生产线和大部件生产线两部分。针对不同生产线的特征，完成数字化、智能化生产制造架构的搭建（见图 4-3）。
4．数字化、智能化生产数据
（1）建设数据采集平台。构建了数字化实时监控平台，系统采用四层架构、三层服务体系结构，通过对采集的运行状态信息、生产过程加工信息等进行分析处理，为生产管理、工艺优化及设备管理和维护等提供了有效的依据。
（2）建设数据分析平台。生产过程中产生的数据通过车间工业网络和办公网络两个路径汇总到 MOM 系统服务器中，大量的数据收集为大数据分析提供了基础。为了提高产品质量、控制企业运营成本，公司建立了制造过程质量数据分析平台（其架构见图 4-4）和能源管理数据分析平台。
图 4-3 数字化、智能化生产制造架构
图 4-4 质量数据分析平台架构
三、实施成效
（1）在能源利用率上，项目建立的能源管理系统分别针对电表类、水表类、压缩空气类、氧气表类等监测装置的数据进行采集分析。分别在不同车间共计选取了 50 台设备，安装设备效能信号传输装置，系统设置每 10 秒实现一次数据上传，对设备不同工况进行监测，进行及时有效的能耗管理。
（2）在生产效率上，项目建立 MOM 系统，建立了生产现场及管理和技术之间的高速通道，能够及时决策现场实时反馈的异常情况，实现管理数据和技术数据的高效传递；同时柔性化、智能化工艺装备的应用推广大大缩减了工艺准备周期。
（3）在运营成本上，项目通过批量应用焊接机器人、装配机器人、打磨机器人、测量机器人等智能装备，减少了约 80 名一线操作员工；同时信息化的管理和技术通道减少了约 20 名管理人员。
（4）在产品研制周期上，项目建立的设计工艺一体化平台，实现数据高效无损传递和技术设计的准确性，减少了约 20%由数据传递错误导致的设计更改；生产现场应用的柔性化工艺装备能为生产缩短约 30 天的工艺准备周期。
（5）在产品不良率上，制造过程大数据平台的建立，使工艺人员清晰地掌握工件制造后最初始状态的数据，通过大数据清晰地分析出工装、焊接、组装等生产工艺环节的影响因素，更有针对性地进行工艺改进，降低产品调修频次，提升产品质量，从而降低了约 27%的产品不良率。
四、实施经验
（1）更加注重规范工作流程和优化经营。通过该项目的实施，企业建立起了在现代工业互联网基础上的业务流程，并借助构建的信息生态环境进一步规范和优化流程，统一标准，强化管理，不断提高流程的执行效率。
（2）更加注重人才培养。本项目大量引用先进智能制造技术与装备应用，中车唐山公司以技术带头人、骨干和青年后备骨干三个层次为重点，不断提高研究团队的科研水平和创新能力，建立了一支数量足够、结构合理、相对稳定、素质优良的多学科跨专业科研开发队伍。
（3）更加注重生产数据的积累与分析。通过智能制造和数字化工厂的实施，使产品开发、生产制造等的各类数据采集和分析成为可能，通过大数据分析技术对这些数据进行进一步处理和反馈。中车唐山公司将进一步促进企业产品设计、制造的优化，实现从“经验制造”向“科学制造”的转变。
（周新远、李宝旺 供稿）