先进制造技术在自动扶梯制造中的应用研究

中国、全球最大的自动扶梯制造基地和中国制造商 CST 的相关技术概览

作者：王启兵、冷永刚、李宇

随着中国经济的快速发展和城镇化的大力推进，扶梯制造业的发展保持两位数的增长。 根据中国扶梯协会公布的数据，与529,000年的2012万台相比，633,000年该行业共生产扶梯2013万台，净增104,000万台。 以19.6%的增长率，2.45年市场上安装的自动扶梯数量为2012万台。这一数字在2013年突破了22.4万台（增长XNUMX%）。

根据国际标准化组织公布的数据，12年中国拥有2013万部自动扶梯，这是该国人均拥有自动扶梯首次达到世界平均水平。 中国有 600 多家自动扶梯制造商，年产值达 100 亿元人民币（14.71 亿美元）。

提高扶梯制造水平是全国扶梯行业可持续发展的必然趋势。

自动扶梯正成为现代城市化和先进轨道交通设备的重要标志。 自动扶梯制造是制造业现代化的重要组成部分。 与3D打印、移动互联网、云计算、大数据、生物工程、新能源新材料等技术创新保持同步。 基于物理信息系统的智能装备和智能工厂制造正在引领制造业革命，这得到了2015年政策文件《中国制造2025》的支持。 国内自动扶梯行业保持强劲增长，带动了其内部加速创新和制造的需求。

先进制造技术基本情况

市场状况

随着先进制造技术的快速发展，先进轨道交通配套装备质量不断提高； 同时，它是先进制造技术进入自动扶梯制造的硬指标。 这带来了变化，包括计算机辅助设计和制造以及集成的先进技术生态系统。 虽然先进制造技术的应用可以帮助制造商在市场竞争中获得强大的优势，但制造商仍然需要依靠组织和技术的充分发挥才能达到统一协调和整合。 因此，提高扶梯制造水平是全国扶梯行业可持续发展的必然趋势。

中国自动扶梯行业现状

由于中国工业化起步较晚，与其他发达国家的工业化水平相比，中国制造业与先进制造技术仍有较大差距。

先进制造技术的特点

研发支持

“先进制造技术”被认为是传统制造技术发展的最新阶段。 它不仅保留了旧制造技术的有效因素，而且不断吸收各种高科技成果，渗透到生产的各个领域。 新的智能制造技术将随着科学技术的进步而不断更新。[1]

工业应用

新的制造方法是开发新产品和新技术的重要手段。 它们在工业企业中发挥着重要作用，带来了可观的经济效益和社会效益。 先进制造技术不只追求最新，而是注重技术、管理和科学相结合的最实用的结果。 它关注生产过程中组织和管理体系的简化和合理化，从而提升先进制造水平，提高企业的综合市场竞争力，促进经济和民族工业的发展。

全球化

制造业的全球化和信息化使各国的制造业通过先进的制造技术在国际市场上得到稳定发展。 因此，这对制造企业产生了影响，其中一个典型的例子是 1986 年引入计算机辅助设计 (CAD) 技术。

先进制造技术应用

集团技术

在自动扶梯制造中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将研发、产品制造、企业管理等整个系统有机地结合起来，打破了传统的生产模式，多模少产，在企业的成熟期。 成组技术的核心是成组工艺，它将结构、材料和工艺相似的零件整合成一个零件族（组），提高生产力和效率。[2]

例如，CST 自动扶梯制造公司就基于集团技术进行了精益制造管理。 使用成组技术，对所有非标准化零件进行编码，建立数据库、新零件结构设计、工艺方案、生产准备和加工，参考相同或相似编码零件的文件。 群技术的应用，为群技术的实施奠定了坚实的基础。 用于合同中自排产之日起的材料采购交货率、零件结构参数、性能要求和尺寸。 例如，通过优化工艺图生成组件，并通过调整具有相似零件、生产工艺和工装的图纸，然后订购采购或加工。 原材料采购、生产、采购、技术、研发的单元生产和交换过程，是根据同类产品以往的技术资料，尽快解决问题，实现并行工程。

公司大部分产品按合同准时生产，其他产品按客户要求按计划生产。 逆向时间按照合同交货时间安排工艺加工、原材料采购、备件加工、包装和运输，而采用成组技术后，零部件的制造时间大大缩短。

人工智能

不同类型企业推广先进技术尤其是信息化的深度和广度各不相同。 自动扶梯的设计复杂，取决于工程技术人员丰富的设计经验和应用工艺水平。 在设计阶段，他们不仅解决基于算法的确定性问题，还解决基于知识和规则的非确定性问题。 随着CAD技术在自动扶梯设计中的应用，需要计算机代替人来解决不确定性问题。

CST制造的自动扶梯支架优化设计应用NX Nastran、MSC Nastran、Abaqus、Ansys、Hyperworks的计算软件和EN 1993（GB 50017）钢结构设计标准和《自动扶梯制造安装安全规范》移动人行道”等，采用张力法（EN 1993-1-1/6.3.1）（图 2）。

研究表明，由于起重设备是大众使用的，所以必须精确计算自动扶梯在空转时的各种最大载荷或压力。 为了在生产周期中保证这一点，信息化技术的应用在技术研究中发挥着重要作用，支撑着大型公共自动扶梯的设计和制造过程。

并行工程

并行工程集成设计以通过数字产品模型定义数据管理变量。 在传统产品设计的早期阶段，确定产品的生命周期并不容易，而在并行工程中，设计、过程和生产的早期阶段可以集成。 使用计算机，大大缩短了生产周期（图3，二图），早期出现的问题都可以得到解决。 从而保证了设计、工艺和生产的质量，避免了大量的返工。

自动扶梯是高端、复杂的设备，所涉及的开发技术可能非常耗时。 考虑到市场的激烈竞争，自动扶梯开发中的生产周期、产品质量和成本控制尤为重要。 大多数民族品牌只是模仿其他企业，缺乏产品开发的投入资金，因此投放市场的产品在技术开发初期无法得到验证。 因此，国内产品与国外产品仍有很大差距。 尤其是中国自动扶梯行业需要在产品开发上投入资金，建立组织技术，以缩短自动扶梯技术的开发周期，提高产品质量，降低产品开发成本。

自动扶梯的开发可分为规划、研发、部件测试验证、样品试制、小组测试和整机验收六个技术层面。 成品自动扶梯出厂前的抽检应包括质量和性能、国家法律法规、客户标准等。 应在现场隔离和识别有缺陷的产品。 督促有关部门尽快采取整改措施。 然后，应将任何模型缺陷通知客户。 此外，自动扶梯应由制造商进行长期的安全性和可靠性测试。 [5]

特征技术

“特征技术”是融合CAD/CAM、激光加工、数控、新材料等新技术最新成果的原型。 要制造的零件的原型可以直接使用 3D CAD 模型数据生成，可以轻松修改以生成新的原型。 不同于传统的零件制造需要木材、塑料、陶瓷等，它将制造原型的时间从几天缩短到几个小时，提高了产品开发周期。 例如，在CST设计拖曳装置时，建立有限元实体3D模型分析，求解各阶固有频率和振动，调整各壳体固有频率分布，降低协由齿轮和齿轮蜗杆引起的旋转频率和传动引起的振荡。 通过图3所示的模态实验验证了模仿的正确性，为多角度和车身侧面的动态设计和优化提供了参考（图4）。

敏捷制造 (AM)

AM 建立公司员工，支持制造商协助制造、代理和附属公司。 基于计算机网络、信息集和合作发展特点，建立虚拟任务导向型企业，实现快速优化生产。[2]

结语

本研究描述了在自动扶梯制造过程中采用集团技术、人工智能、并行工程、技术特点和增材制造等先进技术的具体应用内容。 它描述了它对自动扶梯制造支持优化设计和制造过程中自动扶梯牵引装置设计的影响。 这些影响可以改善自动扶梯的制造和技术发展。 通过实施验证，可以看出，先进制造技术在推动中国扶梯制造产业基础、向产业基础创新、推动全球扶梯产业可持续发展等方面发挥了重要作用。

案例
[1] 周军 & 毛剑. “先进制造技术。”
[2] 张磊． “先进制造技术的发展”（2009）。
[3]胡海燕． “基于成组技术的精益生产方法和实例”（2002 年）。
[4] Saberi S.、Yusuff RM、Zulkifli N 等。 “先进制造技术实施性能的影响因素：回顾”，《应用科学杂志》（2010 年）10(13)，第 29 页。 42-XNUMX。
[5] 仲元． “面向制造和装配的产品设计指南”。
[6] 李昌文． 《先进制造技术在机械制造行业的应用》（2009）（03）．