贾有权　王启迪　王露鸣

摘要：CRTSⅢ型板式无砟轨道为我国自主研发，拥有完全自主知识产权的轨道结构，经历了单元台座法、矩阵台座法、流水机组法的发展历程，正处于由机械化、自动化制造向智能制造发展的阶段。本文通过对国内CRTSⅢ型轨道板智能制造技术发展现状分析对比，预期建立轨道板厂数字模型，搭建轨道板厂智能制造框架;基于智能制造新型装备的应用，在企业制造设备层面实现互联互通，然后在此基础上，实现制造过程的智能化管控，最终实现设备协同、制造流程协同，形成自动化、信息化、网络化的生产管理模式。

Abstract： CRTSⅢ type slab ballastless track is a track structure independently researched and developed in China， which has completely independent intellectual property rights. It has experienced the development process of unit pedestal method， matrix pedestal method and flow unit method and is in the stage of development from mechanized and automated manufacturing to intelligent manufacturing. This paper analyzes and compares the development status of domestic CRTSⅢ type track slab intelligent manufacturing technology， and expects to establish a track slab factory digital model and build a track slab factory intelligent manufacturing framework; realize interconnection at the level of enterprise manufacturing equipment based on the application of intelligent manufacturing new equipment， and then realize intelligent management and control of the manufacturing process， and finally realize equipment collaboration and manufacturing process collaboration to form an automated， informational and networked production management model.

关键词：CRTSⅢ轨道板;智能制造;技术展望

Key words： CRTSⅢ rail slab;intelligent manufacturing;technology prospect

中图分类号：U213.244                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）14-0264-03

0  引言

在铁路科技创新的驱动和引领下，我国建成了世界上最现代化的铁路网和最发达的高铁网，2019年底全国铁路营业里程达到13.9万公里以上，其中高铁3.5万公里，高居世界第一。我国已成为拥有世界上最发达高铁网的国家，形成了全面拥有自主知识产权的成套技术装备和技术体系。CRTSⅢ型板式无砟轨道由我国自主研发，是我国拥有完全自主知识产权的轨道结构，具有技术先进、经济合理、综合性能优等特点，在我国高铁建设中广泛应用。CRTSⅢ型无砟轨道板制造技术经历了单元台座法、矩阵台座法、流水机组法的发展历程，正处于由机械化、自动化制造向智能制造发展的階段。

1  轨道板智能制造的定义

轨道板智能制造是广泛应用物联网、云计算、移动互联网、大数据等新一代信息技术，与自主创新的科学建造技术相融合，通过自动感知、自主判断、协同联动和智能决策等手段，实现轨道板制造过程中的精细化和智能化管理，从信息化、数字化向智能化发展。

2  我国轨道板智能制造技术的发展现状

2013年，CRTSⅢ型先张法预应力轨道板首次规模化应用于郑徐高铁，发展到2019年底，我国已建设CRTSⅢ型先张法轨道板厂32家，制造的轨道板应用于全国的数十条高铁。轨道板制造工艺，由2017年以前全部为传统的“台座法”，发展到近几年规模应用的“流水机组法”，通过自动化生产线与数控设备的配置，使轨道板智能制造成为可能。

2.1 “流水机组法”轨道板厂技术发展现状

2.1.1 制造实现工厂化

基本实现了制造布局的模块化、制造装备的机械化、工艺流程的节拍化，施工作业集成度相对较高。

2.1.2 主要工序作业实现自动化

轨道板制造从钢筋绑扎到成品出库的全生命周期，由17道工序组成。早期建设的板厂在“预应力放张、轨道板脱模、预应力张拉、混凝土浇筑、蒸汽养护”五大工序上实现了自动化作业;后期建设的板厂陆续实现了“模具清理、脱模剂喷涂、预埋套管安装、张拉杆旋拧、轨道板检测”工序的自动化，主要工序都已满足自动化作业需求。

2.1.3 管理实现数字化、信息化

基本实现了关键工序信息采集的自动化，以及设备、试验、工序等数据库管理的信息化;通过引入RFID技术，还实现了原材、工序等信息的实时记录及追溯。

2.2 “流水机组法”轨道板厂亟待解决的技术问题

2.2.1 没有形成统一的行业制造工艺标准

各板厂制造工艺存在差异，如：预应力张拉力锁紧方式有液压驱动机械锁紧螺母技术、楔形块固定技术、皮带传动锁紧技术等;蒸汽养护、流转方式也各有不同。

2.2.2 没有实现全工序的机械化、自动化作业

轨道板钢筋绑扎、封锚、模具检测、场内运输等工序仍为人工作业;其他已实现机械化作业的工序还没有实现全自动作业，辅助作业人员较多。

2.2.3 没有实现生产线自动控制和在线优化

生产线控制以工位单独操作为主，没有实现集中联动控制和在线自动优化。中央控制系统以信息收集作用为主，没有实现控制功能。

2.2.4 没有实现全工序的数据自动采集与应用。

目前仅有放张、张拉、蒸汽养护的关键数据实现了自动采集，模具检测、绝缘检测、封锚、原材料验收等仅限于人工采集、手工录入，无法保证数据的及时率和准确率。

2.2.5 没有实现信息管理的互联互通

已有的信息化管理系统间，没有实现完全的互联互通，存在信息孤岛现象，大量信息传递需要人工辅助。

2.2.6 没有实现最优生产效率

国内轨道板生产线大都按照流水节拍10min设计，但以目前各板厂的日生产能力来看，均未实现生产线所设计的最优效率，没有充分发挥出流水机组法的工艺优势。

3  智能制造技术设计与展望

无论是德国工业4.0、美国工业互联网还是中国制造2025的两化深度融合战略，其核心都是CPS信息物理系统。通过建立轨道板厂数字模型，搭建轨道板厂智能制造框架;基于智能制造新型装备的应用，在企业制造设备层面实现互联互通，然后在此基础上，实现制造过程的智能化管控，最终实现设备协同、制造流程协同，形成自动化、信息化、网络化的生产管理模式，实现信息感知，优化决策、实时控制、智能制造、卓越供应，打造属于中国的CPS技术。

3.1 工艺设计数字化

3.1.1 制定BIM标准

制定轨道板厂从建厂、制造到运维的全生命周期BIM信息模型标准，为轨道板全生命周期的数字化管理提供基础。

3.1.2 建立数字化模型

建立轨道板厂总体设计、工艺流程、布局的BIM数字化模型，实现生产流程数据可视化，进而实现生产工艺的优化。

3.2 工序设备自动化

3.2.1 作业工序自动化

通过采用先进的数控自动化设备，创新改造各工位的作业技术方案，实现轨道板钢筋绑扎、轨道板脱模、模具清理、脱模剂喷涂、配件安装、钢筋笼入模、张拉杆连接、绝缘检测、模具检测、混凝土浇筑、蒸汽养护、轨道板脱模、轨道板封锚、成品板检验、成品板入库、生产流转等主要工序的自动化;部分制造环节实现基于模型的先进控制和在线优化。

3.2.2 设备信息互联互通

利用局域网、互联网、以太网、物联网和分布式控制系统，建立板厂级工业互联网;通过数控设备联网，实现信息互联互通。

3.3 工厂管理信息化

集成MES（生产执行系统）和ERP（资源计划系统）功能，开发轨道板厂综合管理平台，整合板厂现有的中央控制系统、生产信息化管理系统、试验室管理系统、搅拌站管理系统、成本管理系统、电子施工日志等系统，实现对物流、能流、物性、资产的全流程监控，建立数据采集和监控系统，生产工艺数据自动数采。

3.3.1 过程实时调度

生产指挥调度的可视化：制造过程中物料投放、产品产出的数据实现自动釆集、实时传送，并可根据计划、物料、设备等数据的变化和异常实现自动调整;设备运行状态实时监控、设备故障自动报警和预诊断，关键设备能够自动调试修复;生产数据实时更新，自动汇总，各层级管理人员可随时掌握生产情况，为决策提供可靠依据。

3.3.2 质量实时预警

建立数据采集和监控系统，生产工艺数据自动数采率达到90%以上。建立实时的质量预警，不合格记录自动短信报警，自动形成预警台帐和不合格处置信息台帐，保障关键工序得以有效管控，产品质量可控。通过数据综合分析，可以找出管理不足，进而持续改进。

3.3.3 物料自动跟踪

制造过程广泛采用二维码、条形码、电子标签、移动扫描终端等自动识别技术设施，实现对物料流动的定位、跟踪、控制等功能。实现物资称量数据自動采集，实时准确显示原材库存量，效控制原材料库存，自动生成原材料追溯。

3.3.4 管理远程可视

建立现场网络化监控和可视化管理：利用RFID技术、GIS技术、二维码技术，实现轨道板从制造、入库、出库、吊装全过程的智能识别、定位、跟踪、监控和管理。

3.3.5 信息过程追溯

关键工序釆用智能化质量检测设备，实现产品质量在线自动检测、报警和诊断分析，试验、检验数据等质量信息自动录入信息系统。每批次产品均可通过产品档案进行制造过程和使用物料的追溯，实现产品信息过程可追溯。

利用BIM技术将制造过程的所有信息录入参数化模型中，实现轨道板全生命周期信息可追溯以及基于BIM的施工档案资料智慧管理，为后期运维数据挖掘与分析提供了基础。

3.3.6 安全自动监控

对于使用压力容器以及从事吊装作业等存在较高安全与环境风险的作业项目，建立在线应急指挥联动系统，采取人员定位和授权管理，全方位自动检测与监控有毒有害物质的排放和危险源。

3.3.7 网络安全畅通

建立板厂内部通信网络架构，实现各制造环节之间，以及制造过程与数据采集和监控系统、管理系统之间的信息互联互通。

建立完善的网络安全制度，制定安全应急响应、恢复预案，及时备份重要数据，实现双机热备，确保网络系统安全可控。

3.3.8 能源在线管理

设计能源管理系统，降低单位产品能源消耗，提高经济效益。通过能源监控，能源统计，能源消费分析，重点能耗设备管理，能源计量设备管理等多种手段，使企业管理者对能源成本比重发展趋势有准确的掌握。

3.4 发展目标

通过持续改进，动态优化，使得板厂在资源配置、工艺优化、过程控制、节能减排及安全质量管控等方面的智能化水平显著提升，实现轨道板厂生产运营成本降低20%以上，生产效率提高20%以上，产品不良品率降低10%以上，能源利用率提高10%以上。

4  结语

智能化是世界高铁未来发展的重要方向。伴随中国高铁“走出去”进程的加快，中国高铁建设和运营正逐渐走向智能化、一体化。作为我国唯一自主知识产权的CRTSⅢ型先张法预应力轨道板制造技术，只有向数字化、网络化、智能化发展升级，全面实现智能制造，才能巩固发展我国铁路在世界上的领跑优势，打造“中国标准”和“中国制造”的闪亮名片。

参考文献：

[1]何华武，朱亮，李平，等.智能高铁体系框架研究[J].中国铁路，2019，681（03）：7-14.

[2]王峰.我国高速铁路智能建造技术发展实践与展望[J].中国铁路，2019.

[3]王同军.中国智能高铁发展战略研究[J].中国铁路，2019，679（01）：15-20.

[4]王玉峰，戴伟.工业物联网，未来制造业生态入场券[J].中国工业评论，2017（4）：30-34.

[5]宋甲武，吴利东.BIM技术在项目管理阶段（PM）全过程审计中的应用研究[J].改革与开放，2019（14）.

[6]张公明.流程行业的“智能化工厂”思考[J].化工设计，2019，029（002）：41-48.