高速动车组车体智能制造新模式研究与应用

高速动车组车体智能制造新模式研究与应用

江世杰王法元 张帅祥 李笑颜 陈阳

中车青岛四方机车车辆股份有限公司    山东省    青岛市    266111

摘要：高速动车组车体智能化改造对其制造作业管理提出了新的需求。在高速动车组发展的今天，为了改善动车组内部系统的运转顺畅，采用了信息化和智能化的方法。同时，采用先进的技术，对动车组的智能制造设计进行了优化，采用了智能化的生产单元，提升了动车组的制造技术。本文以我国高速动车组为研究对象，通过高速动车组车体智能制造项目，加强高速动车组车体信息的采集、物流和质量控制，从而形成新的高速动车组车体智能制造模式。

关键词：高速动车组；车体；智能制造；新模式

1高速动车组车体的相关概要

1.1高速动车组车体的基本结构

高速动车组的车体通常采用先进的铝合金材料，通过合金封闭焊接形成车体框架的基本结构。车体一般采用类似车体程度大小的铝合金嵌件，再经组装和焊接而成，通常用于车顶、侧壁及底盘。车体中的中小构件多选用铝合金板、板结构，既能充分发挥端面的强度，又能充分利用梁的拉伸力。全车底盘以整体承重为主，底盘四周将有均衡支点，以承受全车压力。

1.2高速动车组车体的制作流程

在对高速动车组车体进行制造时，首先必须先按照高速动车组给出的设计图，选取与车体相适应的切削材料，然后将选定的材料运送至对应的零件加工现场，进行车体零件的选材及电阻焊。其次，把已装配好的零件送往制作车间。经过零件加工现场，组装好的零件要被运送到通用的制造车间，比如把车体的基座、侧壁和车顶端壁运送到组装车间，再把整个部件组装起来，再进行最后的焊接。在零件的组装和焊接完成之后，车体的总体外形就被定型了。在此基础上，进一步对各零部件进行焊接检测，对车体进行三维尺寸检测，对各零部件进行焊缝检测，并向整车生产指挥部进行初步检验。通过验收后，需将产品送至有关部门，完成全流程生产。

2高速动车组车体关键制造技术

2.1焊接技术

在高速动车组的铝合金车体生产制造中，铝合金的焊接技术是一项非常重要和普遍使用的关键技术。目前，车体的焊接技术有CMT、MIG（专机、手工、机器人）和电阻焊接等。随着中国焊接技术的迅速发展，大尺寸焊缝的机械化焊接已成为目前中国迫切需要解决的难题。但对某些需要精密加工的关键零件，以及焊缝短小、短小的零件，采用机械方法难以实现，因此，必须采用其他手工焊接方法。针对高速动车组铝合金车体各个关键部位的焊接技术特点，提出了不同的焊接技术要点。高速动车组铝合金车体各主要部件焊接工艺的技术重点各不相同，车顶多为双枪双线焊，侧墙多为单线焊。车体的组装以机械与人工两种方式为主。焊接工作场所的环境温度不低于18℃，相对湿度小于60%。有些零件焊接时，要用熔化的惰性气体或钨等惰性气体加以保护。在焊接之前，必须将焊缝区及焊线清洗干净。

2.2车体加工及内部空间成型测量技术

铝合金车体及侧面车体等大型零件，因其具有较高的热膨胀系数，通常采用一种工艺方法进行加工。大尺寸零件及侧面车体需采用大型五轴CNC机床，才能最大限度地降低误差。采用三维空间尺寸检测方法，实现了对高速动车组车体及各零部件的尺寸、外形的精确测量，从而实现了对车体各部位的精确、实时监测；常用的测量方式与手段有：（1）利用激光追踪法，在已有的理论尺度下，将被测物体的真实尺寸映射到已有的几何模型上，再利用计算机进行计算，计算出真实的误差。（2）利用全站仪对车体零件的高度、长度、面形、变形及相关位置进行直接测量，并可直接测出其对应的误差值。

2.3焊缝检测及变形控制技术

焊接工艺是保证高速动车组车体质量的重要保障。焊接的好坏及随之产生的变形对各零件及整体车体都有直接的影响。焊接结束后，要检查焊缝的质量，并对其变形进行控制。焊接接头的检测方法有两种，一种是损伤检测（力学、金相），另一种是非破坏（形貌、渗透和射线）。焊接变形就是焊接过程中产生的侧向收缩，其控制措施主要有：合理的焊接顺序，刚性固定，热量输入控制，逆向变形设定等。

3高速动车组车体智能制造新模式分析

3.1车体智能制造模式

（1）数字化研发/技术设计系统。运用信息技术，构建数字化研发与技术设计系统，对产品研究与技术发展的全流程与成果进行管理，为后续制造环节（如工艺设计）提供精确的来源数据，从而缩短高速动车组车体研制周期。

（2）数字化制造过程管理系统。采用先进的信息技术，构建面向生产过程的数字化流程管理体系，实现对计划、调度、质量、设备、生产、能源效率等全过程进行闭环可视化管理，以提升高速动车组整车的生产效率。

（3）基于灵活性的制造设备和技术。综合运用测量、机器人、协作工作、自动控制、信息等技术，研制出适用于对应车体零件的柔性化工设备，对车体零件焊接/加工制造单位进行设备更新，使其能够灵活地进行生产，并能快速地更换模具。研究重点零部件的焊接柔性制造单元，车体底架的柔性生产线，车体侧壁的柔性生产线，车体的端盖的柔性生产设备，开发关键零部件组焊柔性制造生产设备。根据不同的工艺需要，可以将识别，切割，磨削，测量，机械加工，装配和焊接结合起来。在此基础上，通过柔性加工设备与工艺，实现高速动车组大部件及部件的高效、低故障率的高效制造。

（4）基于多信息融合的数据采集与分析系统。采用多种现代检测技术、机器人技术及信息技术，研制出一套可对产品品质进行自动检测与数字化分析的系统。将研究成果反馈至数字化研发／技术设计系统和各个制造单元，使产品的缺陷发生率大大降低。

（5）绿色智能制造单元。综合运用测量、机器人、协作工作、自动化、信息化等技术，研制出一套基于机器人的车体焊接加工机器人系统。这样可以改善高速动车组车体的制造效率、减少产品故障率和减少运行费用。

3.2智能设备应用

3.2.1智能机器人

高速动车组车体的制造工艺是多环节的。在研究过程中，将高精度测量、传感设备、数控加工装备、智能机器人、柔性化技术等有机地融合起来，为各条生产线的工作提供服务，提升生产操作的智能程度，保证工作站的加工工作符合规范的要求，保证产品的高质量。焊缝打磨机器人是一种具有特殊工艺要求的中空节点焊接结构。在抛光时，所产生的作用力将集中于焊点处，从而达到抛光效果。同时，该系统对柔性工件、控制系统、工件定位及抛光刀具等提出了更高的要求。通过对焊接过程进行精确的数字调整，实现了对焊接过程的精确调整，从而达到了较好的加工效果，同时也提高了加工效率。另外，铝合金焊接机器人、测量机器人以及数字化投影定位机器人等也将成为高速动车组生产中不可缺少的部件。在焊缝追踪与控制系统的辅助下，利用传感器获取零件的位置，按照规范的规定，对车体的侧壁和端壁进行加工，对焊缝的尺寸进行测量，确定焊缝的位置，然后根据得到的信息及工艺参数，对焊机的电压、电流进行调解，最终实现焊接作业，提高焊接作业质量。

3.2.2高精度测量传感设备

在高速动车组运行过程中，以高精度感知器件为核心，采用光纤投射与视觉测量相结合的方法，突破单点采集的限制，实现对自由面的高精度探测。利用数字化模拟装置及工艺条件，对整车设备进行检测。该系统以先进的科技手段为支撑，实现了对各种类型的数据的检索与输出。通过对比分析，明确了各工序的施工精度，从而为高速动车组车体部件的加工提供了依据。在高精密检测与检测仪器的支撑下，生产流水线正朝着柔性、自动化、智能化方向发展。该系统充分发挥了对生产全流程的监控功能，实现了对生产过程的快速响应、快速处理和精确感知。从而实现了由人工、半自动化的高速动车组生产，向“精益化”“高效率”方向发展，提升我国高速动车组车体制造技术水平。

4结语

总体来说，高速动车组车体的运行速度快，运行平稳，因此，在整个制造过程中，需要大量的工作人员与机械设备参与。在纷繁复杂的技术环境下，要紧紧掌握高速动车组车体制造核心技术，提升车体制造效率，减少车身制造投入费用，最大化车身制造利润，促进高速动车组持续发展。

参考文献：

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[2]郭柏立,张力.智能化焊接在高速动车组铝合金车体制造上的应用和展望[J].金属加工(热加工),2016(16):15-17.

[3]刘兰军.动车组铝合金车体制造技术研究[J].机电信息,2013(21):90-91.