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摘 要：为了适应动车组转向架检修装配的多品种生产需求，通过对生产现场业务流程的梳理，将厂级MES系统、车间级LCS产线控制系统及各执行单元传感器、控制器进行无缝集成，通过工业以太网互联、互通，实现了生产过程的在线调控和可视化管理。本文以转向架生产线控制系统为研究对象，从产线信息控制系统需求分析、车间生产管理系统设计、各控制系统系统接口设计三个方面对转向架检修装配线控制与管理系统进行分析研究分析。对转向架检修装配线控制系统的设计与推广具有积极作用。
关键词：转向架 生产线 数据通讯 控制 系统设计
中图分类号：U279 文獻标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）05（b）-0087-03
中国高铁建设及动车组生产已处于世界领先地位，作为动车组的核心部件转向架则是生产过程的重中之重，当前转向架分厂的生产模式相对粗放，难以应对车间多品种、突发性生产订单的需求，主要表现在物流供应不及时而导致的生产停滞;对装备、工具缺乏在线监控手段，维护保养较为被动;对物料、人员的调度较为落后，浪费人力、物力，导致生产效率不高。
本文针对动车转向架检修车间的生产管控系统进行了的软、硬件设计，通过工业网络将各种信息传感设备或系统（如传感器、激光扫描器、RFID等）、控制器、机器人等关联在一起，实现了装备、物料、人员等的互联，在现场应用中建立了信息共享、智能识别、实时控制和远程管理于一体的生产管理模式。
1 生产线信息控制系统需求分析
转向架检修组装生产线信息控制系统即LCS，是转向架检修组装生产线控制系统的信息化部分，它在整个生产组织过程中起到承上启下的作用，是整个生产线的信息枢纽。承接工厂级MRO的产品构型BOM、车间级生产控制系统（MES）的生产计划、工位级计算机辅助操作系统（CAA）的操作记录，向下发出生产指令和物流需求指令指导产线控制系统加工生产和物料需求调度，并向上反馈产线的实时生产进度，工艺或检测数据，使其在生产过程中实现生产透明、实时生产、齐套生产消除信息孤岛，从而达到柔性生产的目的。
为了更好地控制信息流，需要对信息控制系统所涉及各子系统之间的数据交换方式、通讯协议、业务流程及控制机制等需求进行充分的分析，梳理出来的可视化的产线需求如下。
（1）系统功能需求;
（2）业务需求;
（3）接口需求。
2 车间生产管理系统LCS设计
2.1 转向架装配线布局
目前实施的装配线采用按工艺分组排列的原则进行布置，具有物料移动距离短、物流效率高;在制品低、准备时间短;柔性较高的优点。其生产线工作逻辑如图1所示。
其基本组成为以物料自动化出入库系统、智能移动平台、智能化天车为物料流转的核心，通过生产管控系统在生产过程中调度多种生产模式，实现多品种和小批量转向架检修装配的高效生产。
2.2 转向架装配线构架装配工艺流程
整个转向架检修组装生产线建立在柔性生产理念的基础上，生产过程中每个转向架的组装工艺均略有不同，以达到最佳的装配质量，其工艺过程以工步作为最小的工艺组装单元，通过不同的工艺路线进行工艺组合来满足柔性生产。
备注：对一些特殊工艺过程在软件设计中处理方法。
（1）对于某些车型需要在落成紧固工位加撒沙装置时，按落成工序的工位处理。
（2）构架装配预组按工序处理。
（3）原则上每道工序都应由一到数个工位组成（如工序下确实没有工位则在软件中添加虚拟工位），下达给CAA统一按工单—子工单—工步进行下发。
2.3 系统硬件构成
整个MES硬件系统由服务器（应用程序服务器和数据库服务器）、客户端（操作终端、工业PC）、数据采集设备（PDA、PAD、RFID阅读器）和设备控制器，共四大部分组成。控制系统硬件分布如图2所示。
2.4 系统软件设计
整个转向架组装生产线的业务范围由10台AGV、2个立库（配盘库、构架库）和11个作业区（构架配线作业区、构架装配预组作业区、配盘作业区、线束预组作业区、构架装配作业区、轮对齐套作业区、落成组装作业区、零部件预组作业区、转向架配线组装作业区、加载试验作业区、制动试验作业区）及一个智能吊组成。其中构架组装线和落成组装线各为两条。
支撑整个控制系统的上游系统是MRO系统和车间MES系统。MRO系统为所有型号提供BOM配置数据和拆卸BOM（原始BOM）数据。车间 MES系统提供构架组装车间和落成车间的生产计划及零部件需求配送的执行。下游系统主要由AGV执行系统（主要负责工艺路线的调度执行）、CAA系统（主要负责控制系统的工单执行和反馈）、配盘立库系统（主要负责零部件配盘的执行和出入库）、构架立库系统（主要负责构架的出入库）和智能吊控制系统（主要负责行吊任务的执行）组成。
3 LCS系统与各子系统通讯及接口设计
3.1 通讯协议及原理
为了与各子系统进行数据交换，在该构件中采用了即时通讯、实时通讯、本地通讯及ESB总线共四种通讯技术，具体的原理如下。 即时通讯：是指请求方需要即时获取到相应的反馈数据进行下一步骤得业务操作。该方法的技术路线采用Webservice通讯方式，如图3所示。
各自互为服务端和客户端，双方各自管理各自的请求日志，原则上被请求一方（响应方）进行业务逻辑的实现并提供参数的描述和相应的接口文档。
实时通讯：是指对于智能吊运行的一些过程数据进行定时监控、查询展示、統计分析等，通过定时查询有无后续业务操作（如：智能吊的实时位置展示、设备异常状态、报警信息等）。这种通讯方式的技术路线采用中间库的方式、中间库采用SqlServer，由智能吊（西部泰立）维护管理，向MES控制系统（智通）提供一个只读权限的User供MES查询访问，如图4所示。
本地通讯：是指在生产作业过程中的作业设备通过底层设备控制系统之间的实时通信进行数据交换，双方约定数据包格式，采用MODBUS总线方式进行实时到位状态通讯，如图5所示。
ESB总线：LCS系统与车间MES、MRO通过企业总线方式通讯。
3.2 LCS系统与各子系统的接口设计
接口是产线中各子系统共享信息的边界，由硬件组件和通讯协议两部分组成，接口设计的好坏是保证系统中各部分数据流畅、业务延续及功能分摊合理的基础。为此需对各部分间的数据接口进行统一规划。
此项目中涉及的主控系统与各子系统接口如下。
（1）LCS与AGV接口;
（2）LCS与智能天车接口;
（3）LCS与配盘库WMS接口;
（4）LCS与构架立库WMS接口;
（5）LCS与CAA接口;
（6）LCS与车间MES系统接口。
4 结语
本文以转向架生产线控制系统为研究对象，从产线信息控制系统需求分析、车间生产管理系统设计、各控制系统系统接口设计三个方面对转向架检修装配线控制与管理系统进行分析研究分析。将厂级MES系统、车间级LCS产线控制系统及各执行单元传感器、控制器进行无缝集成，通过工业以太网互联、互通，实现了生产过程的在线调控和可视化管理，对转向架检修装配线控制系统的设计与推广具有积极作用。
参考文献
[1] 李芾，安琪，付茂海，等.高速动车组转向架的发展及其动力学特性综述[J].铁道车辆，2008（4）：5-9，47.
[2] 倪俭.柔性生产线工艺设计[J].现代制造工程，2002（3）：33-34.
[3] 王汉敏，葛茂根，张森.面向MES的机械产品装配过程物料配送系统硏究[J].组合机床与自动化加工技术，2012（9）：98-101.
关键词：转向架 生产线 数据通讯 控制 系统设计
中图分类号：U279 文獻标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）05（b）-0087-03
中国高铁建设及动车组生产已处于世界领先地位，作为动车组的核心部件转向架则是生产过程的重中之重，当前转向架分厂的生产模式相对粗放，难以应对车间多品种、突发性生产订单的需求，主要表现在物流供应不及时而导致的生产停滞;对装备、工具缺乏在线监控手段，维护保养较为被动;对物料、人员的调度较为落后，浪费人力、物力，导致生产效率不高。
本文针对动车转向架检修车间的生产管控系统进行了的软、硬件设计，通过工业网络将各种信息传感设备或系统（如传感器、激光扫描器、RFID等）、控制器、机器人等关联在一起，实现了装备、物料、人员等的互联，在现场应用中建立了信息共享、智能识别、实时控制和远程管理于一体的生产管理模式。
1 生产线信息控制系统需求分析
转向架检修组装生产线信息控制系统即LCS，是转向架检修组装生产线控制系统的信息化部分，它在整个生产组织过程中起到承上启下的作用，是整个生产线的信息枢纽。承接工厂级MRO的产品构型BOM、车间级生产控制系统（MES）的生产计划、工位级计算机辅助操作系统（CAA）的操作记录，向下发出生产指令和物流需求指令指导产线控制系统加工生产和物料需求调度，并向上反馈产线的实时生产进度，工艺或检测数据，使其在生产过程中实现生产透明、实时生产、齐套生产消除信息孤岛，从而达到柔性生产的目的。
为了更好地控制信息流，需要对信息控制系统所涉及各子系统之间的数据交换方式、通讯协议、业务流程及控制机制等需求进行充分的分析，梳理出来的可视化的产线需求如下。
（1）系统功能需求;
（2）业务需求;
（3）接口需求。
2 车间生产管理系统LCS设计
2.1 转向架装配线布局
目前实施的装配线采用按工艺分组排列的原则进行布置，具有物料移动距离短、物流效率高;在制品低、准备时间短;柔性较高的优点。其生产线工作逻辑如图1所示。
其基本组成为以物料自动化出入库系统、智能移动平台、智能化天车为物料流转的核心，通过生产管控系统在生产过程中调度多种生产模式，实现多品种和小批量转向架检修装配的高效生产。
2.2 转向架装配线构架装配工艺流程
整个转向架检修组装生产线建立在柔性生产理念的基础上，生产过程中每个转向架的组装工艺均略有不同，以达到最佳的装配质量，其工艺过程以工步作为最小的工艺组装单元，通过不同的工艺路线进行工艺组合来满足柔性生产。
备注：对一些特殊工艺过程在软件设计中处理方法。
（1）对于某些车型需要在落成紧固工位加撒沙装置时，按落成工序的工位处理。
（2）构架装配预组按工序处理。
（3）原则上每道工序都应由一到数个工位组成（如工序下确实没有工位则在软件中添加虚拟工位），下达给CAA统一按工单—子工单—工步进行下发。
2.3 系统硬件构成
整个MES硬件系统由服务器（应用程序服务器和数据库服务器）、客户端（操作终端、工业PC）、数据采集设备（PDA、PAD、RFID阅读器）和设备控制器，共四大部分组成。控制系统硬件分布如图2所示。
2.4 系统软件设计
整个转向架组装生产线的业务范围由10台AGV、2个立库（配盘库、构架库）和11个作业区（构架配线作业区、构架装配预组作业区、配盘作业区、线束预组作业区、构架装配作业区、轮对齐套作业区、落成组装作业区、零部件预组作业区、转向架配线组装作业区、加载试验作业区、制动试验作业区）及一个智能吊组成。其中构架组装线和落成组装线各为两条。
支撑整个控制系统的上游系统是MRO系统和车间MES系统。MRO系统为所有型号提供BOM配置数据和拆卸BOM（原始BOM）数据。车间 MES系统提供构架组装车间和落成车间的生产计划及零部件需求配送的执行。下游系统主要由AGV执行系统（主要负责工艺路线的调度执行）、CAA系统（主要负责控制系统的工单执行和反馈）、配盘立库系统（主要负责零部件配盘的执行和出入库）、构架立库系统（主要负责构架的出入库）和智能吊控制系统（主要负责行吊任务的执行）组成。
3 LCS系统与各子系统通讯及接口设计
3.1 通讯协议及原理
为了与各子系统进行数据交换，在该构件中采用了即时通讯、实时通讯、本地通讯及ESB总线共四种通讯技术，具体的原理如下。 即时通讯：是指请求方需要即时获取到相应的反馈数据进行下一步骤得业务操作。该方法的技术路线采用Webservice通讯方式，如图3所示。
各自互为服务端和客户端，双方各自管理各自的请求日志，原则上被请求一方（响应方）进行业务逻辑的实现并提供参数的描述和相应的接口文档。
实时通讯：是指对于智能吊运行的一些过程数据进行定时监控、查询展示、統计分析等，通过定时查询有无后续业务操作（如：智能吊的实时位置展示、设备异常状态、报警信息等）。这种通讯方式的技术路线采用中间库的方式、中间库采用SqlServer，由智能吊（西部泰立）维护管理，向MES控制系统（智通）提供一个只读权限的User供MES查询访问，如图4所示。
本地通讯：是指在生产作业过程中的作业设备通过底层设备控制系统之间的实时通信进行数据交换，双方约定数据包格式，采用MODBUS总线方式进行实时到位状态通讯，如图5所示。
ESB总线：LCS系统与车间MES、MRO通过企业总线方式通讯。
3.2 LCS系统与各子系统的接口设计
接口是产线中各子系统共享信息的边界，由硬件组件和通讯协议两部分组成，接口设计的好坏是保证系统中各部分数据流畅、业务延续及功能分摊合理的基础。为此需对各部分间的数据接口进行统一规划。
此项目中涉及的主控系统与各子系统接口如下。
（1）LCS与AGV接口;
（2）LCS与智能天车接口;
（3）LCS与配盘库WMS接口;
（4）LCS与构架立库WMS接口;
（5）LCS与CAA接口;
（6）LCS与车间MES系统接口。
4 结语
本文以转向架生产线控制系统为研究对象，从产线信息控制系统需求分析、车间生产管理系统设计、各控制系统系统接口设计三个方面对转向架检修装配线控制与管理系统进行分析研究分析。将厂级MES系统、车间级LCS产线控制系统及各执行单元传感器、控制器进行无缝集成，通过工业以太网互联、互通，实现了生产过程的在线调控和可视化管理，对转向架检修装配线控制系统的设计与推广具有积极作用。
参考文献
[1] 李芾，安琪，付茂海，等.高速动车组转向架的发展及其动力学特性综述[J].铁道车辆，2008（4）：5-9，47.
[2] 倪俭.柔性生产线工艺设计[J].现代制造工程，2002（3）：33-34.
[3] 王汉敏，葛茂根，张森.面向MES的机械产品装配过程物料配送系统硏究[J].组合机床与自动化加工技术，2012（9）：98-101.