安徽省科学技术进步奖提名项目公示

安徽省科学技术进步奖提名项目公示

（2019年度科技进步奖）

一、项目名称

高速轮轴智能制造关键技术研发及应用

二、提名者及提名意见

提名者：马鞍山市科技局

提名意见：制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。中国制造2025的提出指明这中国制造业的发展方向，国家也投入大量的人力物力财力扶持智能制造的发展。飞马智科信息技术股份有限公司与马钢轨道交通装备有限公司致力于建设中高端轮轴加工制造为主，普通轮轴配套为辅，形成国内一流的全谱系轮轴产品研发、制造和维修基地，属于国家重点发展的五大工程之一的高端装备创新工程。为响应国家智能制造的号召，“高速轮轴智能制造关键技术研发及应用”项目的实施既适应当下高端制造业的发展，也为智能制造的发展起到行业示范和引领作用。该项目坚持“产学研用”紧密合作，以科技带动生产的思路，建设建成了信息化、数字化、智能化轮轴研发、生产基地，实现了以科技推动管理升级，提升企业综合竞争力的目的。该项目实施后，通过采用先进的加工制造及组装技术促进产品升级，采用了高效的CAPP软件提升了设计速度，采用无线量具及配套的数据采集管理系统解决了人工录入易错且效率低下的问题，采用智能化的贴标机器人解决关键工序生产单件跟踪等等，各方面都体现了智能制造的先进技术，取得了有效的应用成果，体现了科技带动生产力的方针，符合国家智能制造的发展方向。通过项目实施，授权了3项发明专利、3项实用新型专利和10项软件著作权，达到了一定的技术水平，且项目实施以来提高了轮轴研发水平、提高了生产效率，降低了制造成本，提高了合格品率，促进节能降耗和环境保护，取得了一定的社会、经济效益。提名该项目为安徽省科学技术进步奖。

三、项目简介

为适应国家“十三五”期间铁路领域的蓬勃发展和市场需求，拓展马钢主营产品种类，提升产品利润增长点，满足国内外轨道交通领域对高速轮轴产品的需求，2015年试点实施“高速轮轴智能制造关键技术研发及应用”项目，主要以高速、客货车轮轴智能制造为基础，建设了轮轴加工自动化生产线，通过大数据平台实现了柔性组产和过程控制，实现轮轴产品全生命周期智能化管理，并建立轮轴产品可靠性应用评价体系。项目目标为建立智能化高速轮轴组件生产及装配的智能工厂，为其他同行业企业转型升级提供一种可复制可推广的应用模式，起到行业示范和引领作用。

“高速轮轴智能制造关键技术研发及应用”项目坚持“产学研用”紧密合作，以高速、客货车轮轴智能制造为基础，通过数字化、信息化、智能化车间建设带动管理升级，实现轮轴智能加工制造和柔性组产。以智能桁架机器人等智能装备、分布数字控制（DNC）、监控与数据采集系统（MDC）、轮对压装智能匹配、计算机辅助工艺设计（CAPP）、产品数据管理（PDM）、生产制造执行系统（MES）、企业资源计划（ERP）等为集成控制手段，完成数字化车间生产基础数据库的建设，通过有限元仿真确定轮对压装边界条件、建立轮轴压装选配数据模型、研究开发轮轴装配面尺寸在线测量系统、研究开发单件跟踪标识技术及专用设备，协助构建轮轴生产、轮对压装数字化系统并高效无缝集成，实现产品研发、工艺设计、仿真验证、制造执行的数字化，最终提高产品研发和制造过程的数字化率达到100%。

本项目实现了工厂智能制造基本任务，生产设备网络化，完成车间“物联网”；生产数据可视化，利用大数据分析进行生产决策；生产文档无纸化，实现高效、绿色制造；生产过程透明化，构建智能工厂的“神经”系统；生产现场少人化；生产环节智能化，建成整个供应链的智能“中枢”。实现产品研发周期缩短51.7%，生产效率提高33%，工序能耗降低17%。

通过先进的高速轮轴加工及组装技术、智能化CAD/CAPP快速设计技术，实现压装工件动态的最优配比，精密、高效的测量系统，轮轴数字化车间整体信息化解决方案等关键技术的自主研发，项目研发过程中获得3项发明专利、3项实用新型专利和10项软件著作权。掌握的高端轮轴制造技术，不仅打破国外企业对我国高速轮轴产品多年来的

技术垄断，还进一步加快我国高速轮轴进入国际市场的进程。成功研发满足德国铁路应用要求的BA319轮对，承接韩国ROTEM公司320套地铁轮对项目、印尼INKA公司320套复杂米轨轮对装配项目等。同时，开发了法铁高速车轴、世界最大轴重40吨供澳大利亚BHP公司重载车轴，开发英国标准A3T调质车轴并实现国内首次供货。

项目实施后，打通了马钢高速车轮、车轴冶金材料、轮对/轮轴产业链，形成了马钢轮轴产业集成竞争优势，做强轮轴产业，支撑马钢轮轴板块战略发展。项目支撑马钢具备了高速、城轨、地铁轮轴加工、组装能力，可年产180 00套客货车轮轴、40000件机客货车轴，并可实现年3000套动车轮轴装配能力，打通了马钢高速车轮、轮轴加工产业链。并在2018年实现了新增产值6857.3万元，利润增加123.3万元。

四、客观评价

依托于轮轴智能制造数字化车间项目，建成了轮轴智能制造数字化车间示范生产线，实现了轮轴产品指标提升，产品研发周期缩短51.7%,生产效率提高33%，工序能耗降低17%，不良品率降低49%。

1、轮对压装智能选配技术

基于有限元仿真模拟的火车轮对压装选配反求方法，据此建立轮轴压装匹配数据模型，并采用智能学习技术，开发了一套基于轮对压装边界条件和压装经验数据的选配软件，实现了轮轴产品的动态最优选配。成功解决了轮对选配困难与压装工作效率不高的技术瓶颈，有效提高了产品的压装质量和效率。

获得发明专利2项，实用新型专利1项，软件著作权1项。

2、智能化CAD/CAPP快速设计技术

基于工程约束的参数化特征建模与工艺参数智能联动驱动技术，具有很好的技术创新性，成功解决了轮轴非标产品的智能化

CAD/CAPP快速设计技术瓶颈，满足了个性化客户的快速定制需求，将设计人员从繁琐性的设计工作中解放出来，有效提高了产品的设计质量和设计效率，大大降低了设计成本和人员成本，极大提升了企业的市场竞争力。

获得软件著作权1项。

3、精密、高效的测量系统

采用高精度无线量具，测量数据无线传输与运行在移动终端上

B/S构架测量管理系统无缝对接。克服人为读数误差、有线传输距离有限、配置不易调整的缺陷，通过与工艺设计相结合，自动判断测量数据的合格与否，提高提高了录入数据的准确性。

获得发明专利1项，实用新型专利2项，软件著作权3项。

4、轮轴数字化车间整体信息化解决方案

轮轴制造数字化车间信息化是一套从数控设备、生产过程控制、制造执行、企业资源计划到企业决策的整体信息化解决方案，打通信息孤岛，建立产品全生命周期的追踪追溯，实现企业的业务流、数据流、资金流三流合一。

获得软件著作权5项。

5、智能车轴贴标机械手

自主研发机械手运动控制及车轴位置检测与判断，完成标签生成、标签拾取与贴标过程。并通过独特的贴标装置保证标签在弧形表面上的粘贴，克服贴标前后材质表面温度变化及氧化铁皮的形成，使标签牢固附着。为后续工序进行标签读取，完成标签转移，实现物料跟踪提供保障。

安徽省工信部验收意见认为：通过轮轴智能制造数字化车间项目的实施，采用了智能桁架机器人等智能装备和信息化生产管理系统，实现了轮轴产品的数字化、柔性化开发和生产。完成了项目批复规定的各项任务，实现了各项综合指标和技术指标。同意通过项目验收。

五、应用情况

马钢轨道交通装备有限公司作为马钢轮轴产业链的关键环节，通过本次智能制造项目的实施，现已建成客货车轮对生产厂房16906㎡，喷烤漆工段及成品存放厂房13547㎡，建筑面积共计30453㎡。已具备年产货车轮轴12500套的产能，同时生产线已具备高速、城轨、地铁轮轴加工、组装能力，具备年产客车轮轴5500套、动车轮轴3000套的配套产能。

公司现有关键装备为目前世界上技术先进、精度较高的设备，主体关键设备主要有：客车轮对压装机、车轴桁架机械手、数控深孔钻镗床、数控车削中心、珩磨机床等。在行业资质上，轨道公司已取得IRIS（国际铁路行业标准）、ISO9001认证证书，产品通过了美国AAR （北美铁路协会产品认证）、欧洲TSI(欧洲互联互通认证)的认证。目前正在组织进行中国铁路轮对CRCC、德铁DB等各类认证。

依靠本项目成果生产的订单已远销欧洲、南美洲、北美洲、澳大利亚、非洲、东南亚等国家和地区。涉及产品生产标准有：AAR标准、印度标准、日本标准、中国铁路标准，俄罗斯标准、EN标准、UIC标准等。产品得到了客户的一致认可，大大提高了公司的市场竞争力，为企业带来了良好的经济效益。同时，项目在实施的过程中，釆用的产品单件跟踪、测量数据无线传输等设计思路为轨道交通行业产品的全生命周期管理提供借鉴，有利于培育新的经济增长点。

主要应用单位情况表

通过轮轴智能制造数字化车间项目的实施，实现离散制造工艺流程数字化建模模拟仿真；实现规划、生产、运营全流程数字化管理，贯穿设计、制造、质量、物流等环节，实现产品的全生命周期管理；建立生产过程数据采集和分析系统，能充分采集制造进度、现场操作、质量检验、设备状态等生产现场信息，并与车间制造执行系统实现数据集成和分析。

在国家和地方政策的支持与引导下，在技术不断成熟和基础设施建设不断完善的情况下，轮轴智能制造数字化车间项目相关产业迅速发展壮大，预计到2020年，轮轴年产量将达到2万套/年。因此，轮轴未来市场空间巨大。项目目标产品属于《中国制造2025》支持的十大重点领域中的轨道交通行业，项目开发建设智能制造新模式，符合《智能制造工程实施指南（2016-2020)》重点支持的智能制造成套装备集成应用方向，也属于国家重点支持的战略性新兴产业。项目的实施取得了如下经济和社会效益。

(1) 经济效益

1）新增产值最高班产从项目实施前的25套/班、班增加到实施后的33套/班,提升生产效率。2017年销售收入2687.7万，2018年销售收入9545万，新增产值6857.3万。

2）新产品研发周期从项目实施前的29天缩短到2017年年底的14天。实际新产品研发投入按3人每天4小时投入，按技术人员收入折算薪酬每小时80元，缩短了15天，2018年功研发新产品45项，共计产生利润15×3×4×80×45=648000，即64.8万元。

3）车轴废品率从项目实施前的2%降低到2017年年底的0.87%，有效降低了产品不良率。2018年销售轮对7172套，单套车轴价值5100元，共计7172×5100×（2%-0.87%）=413322，约41.3万。

4）工序能耗从项目实施前的124元/套降低到2017年年底的100元/套，每套降低24元，按2018年产量计算，7172×24=172128，约17.2万。

(2) 社会效益

1）轮轴智能制造是典型的高技术和高附加值产品，进口价格是国内的2~3倍；自主开发与建设轮轴智能制造新模式，替代进口，降低

成本，提升轮轴生产制造智能化水平，提高轮轴的产品质量，增强市场竞争力，推动我国轨道交通产业的发展。

2）通过该项目的实施，攻克了多项智能制造关键技术，扭转了依靠国外高端装备技术的局面，提升轮轴制造业的自主研发能力；同时，项目成果为轨道交通其他产品的技术升级提供借鉴。

3）目前国内市场上没有成熟的轮轴制造数字化车间的信息系统解决方案。轮轴MES的实施应用，为同类型产品企业提供了示范窗口，为国家智能制造信息化的推广实施提供重要技术经验。

六、主要知识产权和标准规范等目录

七、主要完成人情况

八、主要完成单位及创新推广贡献

九、完成人合作关系说明

蒋育翔与项目组其它成员共同制定完成了高速轮轴智能制造数字化车间的可行性研究、系统的总体设计和规划、各部分的工作任务和主要功能等工作。

项目组蒋育翔、李海龙、陈干、殷娟娟、孙金刚、吴双龙合作开发了马钢AIT轮轴数字化车间生产质量管理系统，软件著作权号：2017SR504815。

项目组杨霄、姜江参与完成发明专利火车车轴轮座直径非接触式测量系统及测量方法，专利号ZL 2013 1 0611448.2。

项目组陈玉宝、吴卫红参与完成实用新型专利铁道车辆轮对压装前的预装装置，专利号ZL 2014 2 0733126.5。

项目组杜松林、黄俊、孙金刚合作开发了火车轮对压装选配系统，软件著作权号：2017SR679081。

项目组何诗兴、谢炜、王建军、姜江合作开发了马钢AIT高速车轴智能制造锯切下料控制软件，软件著作权号：2017SR504408。

项目组杨霄、戴俊、孙金刚合作开发了火车车轴加工CAPP系统，软件著作权号：2017SR679066。

项目组李海龙、张艳、陶盈龙、王博合作开发了马钢AIT高速车轴智能制造过程数据采集系统，软件著作权号：2017SR504796。

项目组李海龙、殷娟娟、钱芳、陈干、吴双龙合作开发了马钢AIT轮轴数字化车间制造执行系统，软件著作权号：2017SR504805。

项目组王锬、谢炜、何振涛、张兵合作开发马钢车轮全寿命周期机床单件跟踪软件，软件著作权号：2017SR149658。

项目组王锬、金伟、崔皆明、夏连生、刘军、孙金刚合作开发了

马钢AIT轮轴数字化车间单件次跟踪数据管理软件，软件著作权号：2017SR504892。

项目组王锬、金伟、崔皆明、夏连生、戴俊合作开发了马钢AIT 轮轴数字化车间单件次跟踪信息采集界面软件，软件著作权号：2017SR506080。