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攻克系统难关 “云、网、端”发力赋能智能制造

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摘要: 【案例七】中车戚墅堰所:攻克齿轮传动系统难关 “云、网、端”发力赋能智能制造

2020世界工业与能源互联网暨国际工业装备博览会近日在常州开幕。为探索优秀企业拥抱新技术、新市场的典型经验,中国经济信息社与常州市联合评选“在常州,遇见‘它们’——2020年常州‘新基建’企业年度典型样本案例”。样本案例以分析师调研视角,展示了常州10家“新基建”企业从默默支撑到勇立潮头,探索5G、大数据、AI等数字经济新模式,在工业互联网、制造智能化领域悄然布局,在新能源、新材料领域卓有建树,在高铁、轨道交通与特高压领域攻克难关的发展经验。

2020年常州“新基建”

企业年度典型样本案例(七)

中车戚墅堰所:

攻克齿轮传动系统难关

“云、网、端”发力赋能智能制造

五洲驰骋的中国高铁列车,从无到有,再到“世界速度”,已成为装备制造业的金名片。然而中国高端装备迅速崛起的背后,曾面临核心关键部件落后的掣肘。

齿轮传动系统是高铁能量转换与传递的核心部件,从技术到工艺长期被国外垄断,箱体开裂、寿命不够等质量问题频发。中车戚墅堰所突破国外技术封锁,成功研制出我国首套具备自主知识产权的“高铁列车齿轮传动系统”,率先将智能制造应用于轨道交通装备关键零部件领域。

基于“高速动车组齿轮传动系统智能制造车间建设”项目,中车戚墅堰所发力“云、网、端”,赋能工业互联网工厂建设,助力轨道交通系列产品智能化、绿色化、轻量化发展。

“齿轮”转动中国高铁列车

2019年底,我国铁路营业里程已达13.9万公里,其中高铁3.5万公里,中国成为世界上唯一高铁成网运行的国家。伴随着钢轨上的电光石火,地域之间的时空距离大幅缩短,人畅其行、货畅其流已成为常态,高速、便捷、准时的中国高铁正让经济发展的路越走越“广”。

从“四纵四横”高铁网建成运营,到“八纵八横”的高铁网越织越密,高铁是铁路行业在“新基建”概念前已推出的新型基础设施。中国高铁列车从无到有,再到“世界速度”,已经成为装备制造业的金名片。

在时速350公里“复兴号”动车组每一节车体的底部,都安装着四套中车戚墅堰所的拳头产品——齿轮传动系统,虽然只有半张桌子大小,但它却是让中国高铁列车“快起来”不可或缺的核心部件。

齿轮传动系统是高铁列车能量转换与传递的核心部件,其工作性能直接决定了高铁列车“高速奔跑”的安全性与可靠性。早期,高铁列车用齿轮传动系统从技术到工艺都长期被德国和日本等国外公司垄断,其箱体开裂、寿命不够等质量问题频发,是我国高铁列车最“卡脖子”的零部件之一。

2007年起,位于常州的中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司(以下简称“中车戚墅堰所”)开始攻坚高铁列车齿轮传动系统。2018年,中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司承担的“高铁列车用高可靠齿轮传动系统”荣获国家科学技术进步奖二等奖。目前,中车戚墅堰所是国内唯一的高速动车组齿轮传动系统开发供应商,其齿轮传动系统寿命达30年,在“复兴号”中国标准动车组占比90%。

从技术攻关到智能监测

让齿轮传动系统不再“卡脖子”

在中车戚墅堰所的齿轮传动事业部生产车间,机器轰鸣,齿轮传动系统正是从这里“下线”,这是让中国高铁“快起来”不可或缺的核心部件。

一套齿轮传动系统包括箱体、齿轮、联轴节等10大部件,460多个小零件。企业先后建设8个试验台,进行上千次实验,试制了5代样机,又经5年改进和大范围推广,产品全面覆盖时速160至350公里速度等级全部车型和全部高铁线路。

五洲驰骋的中国高铁列车,从北到南,从寒至暖,如何让齿轮传动系统适应如此大的温差环境与复杂多变的路线条件?

中车戚墅堰所技术研发中心传动技术研发部副部长李枫,率领团队开创性提出基于记忆合金流量调节的温控技术,有效解决高速工况下温升均衡控制、润滑与密封的技术难题。“从图纸到产品再到最终试验,每一点细小的改进,都离不开团队夜以继日地专研。”李枫说。

十多年来,中车戚墅堰所攻关集成设计、润滑密封、轻量化、模拟试验、可靠性等关键技术,突破国外技术壁垒,有效解决制约高速动车组、大功率机车、城轨车辆等轨道交通装备领域的核心零部件问题,支撑我国轨道交通畅通无阻。

其中,中车戚墅堰所研制出的高铁列车齿轮传动系统产品完全具备自主知识产权,填补了国内高铁列车齿轮传动系统研发制造的空白。该产品先后应用于京沪、哈大等十余条高铁线路,打破了长期依赖进口局面。目前,中车戚墅堰所累计交付高铁列车齿轮传动系统产品超3万套。

中车戚墅堰所率先将智能制造应用于轨道交通装备关键零部件领域,塑造了中国轨道交通技术领先、制造先进、质量可靠的全新形象。

动车组齿轮箱作业环境恶劣多变、结构复杂且齿轮及轴承等零部件易受损,如何判断与预警齿轮箱内部结构的裂纹、磨损等故障成为业内瓶颈。中车戚墅堰所研发出动车组齿轮箱远程监测系统,对齿轮箱振动、转速、GPS、温度、油品等参数实时云监控,据此开展计划性维修。

依据齿轮部业务系统与生产特征,中车戚墅堰所实施“高速动车组齿轮传动系统智能制造车间建设”项目,全面搜集工艺、材料、制造、库存、订单等数据信息,建立集成系统,打造智能工厂的“大脑中枢”;运用云数据综合分析生产管理、订单管理、供应链管理、质量控制等内容,提升云决策的精准化水平。

走进齿轮传动系统智能车间,左右两边的地面上各有一条深黄色的轨道,轨道上整齐地排列着数个倒L形的操作台,深黄色轨道两旁均有柠檬黄色的线条,为智能运输车运行的路线……这两条分别为整体式和分体式智能产线,或借助信息系统、智能制造技术升级改造原有生产线,或重新搭建。

智能生产线等工业智能终端装备是工业互联网的实施媒介。中车戚墅堰所以轨道车辆用动车组齿轮传动系统为载体,采取改造、引进、新建方式,搭建涵盖产品研发、工艺设计、仿真验证、制造执行及物料配送的智能组装工业互联网工厂,既降低了人工差错率,又提升车间资源利用效率。

目前,中车戚墅堰所已建成包涵采集、传递、分析和管理功能的工业云平台,正逐步演进成企业智能制造生态系统的中心枢纽。

发力“云、网、端”

构建工业互联网工厂

2015年起,中车戚墅堰所在工信部国家智能制造试点项目的支持下,深入推进工业化与信息化融合发展,更新改造原有或者新建生产线,打造智能组装工业互联网工厂。如今,中车戚墅堰所已建成高速列车齿轮传动装置智能组装线、高速列车浮动闸片智能生产线、机器人生产示范线等多条智能生产线。

大数据助力产品全生命周期管理。中车戚墅堰所建立实验数据管理体系,为研发人员全方位提供产品试验结果,为新产品开发提供有效参考。同时,通过建设检测信息平台和优化试验检测设备,中车戚墅堰所在全生产制造过程中实现在线监测与测量,实时获取模拟实际工况的运行数据,有效保障产品高度一致性。

作为江苏省五星级上云企业,中车戚墅堰所围绕“云”“网”“端”三处发力,积极推动数据、设备与业务“上云”,支撑“数据+模型”基础设施创新应用,在行业内率先实现传统制造业智能化转型,示范效应显著。2019年,中车戚墅堰所实现销售收入42亿元,产品远销20多个国家和地区。

“轨道交通是‘新基建’的关键领域之一,中车戚墅堰所以‘两化融合’新型能力建设为抓手,推动轨道交通系列产品智能化、绿色化、轻量化发展,为中国‘速度’保驾护航。”中车戚墅堰所董事长王洪年说。

在智能化上,建设数字化研发平台、智能生产线、智能车间等。在绿色化上,从材料选用、生产过程控制、产品运行维护着手提高环保节能性。在轻量化上,提升新型复合材料应用率,实现结构轻量化,降低列车运动导致地基震动的负面影响,提高列车全生命周期的耐疲劳性和可靠性。

下一步,中车戚墅堰所将借助工业互联网、智能制造、大数据等手段,加快研制“中国标准”系列产品,推进工业互联网工厂建设,助力高端装备制造业转型升级。(分析师 郭文嘉)

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