大功率機(jī)車(chē)檢修基地的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)體系

邢天祥

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

1 概述

大功率交流機(jī)車(chē)的應(yīng)用，極大地緩解了我國(guó)貨運(yùn)的“瓶頸”問(wèn)題。隨之配套的檢修技術(shù)也需要我們重新研究和思考，我國(guó)傳統(tǒng)的車(chē)型是直流牽引技術(shù)，面對(duì)目前大功率機(jī)車(chē)的交直交牽引技術(shù)，檢修工藝、檢修模式也沒(méi)有可參考性。結(jié)合我國(guó)的特殊國(guó)情和運(yùn)營(yíng)需求，需要一整套符合我國(guó)國(guó)情的檢修工藝、檢修模式、檢修裝備。根據(jù)我國(guó)鐵路分布及運(yùn)營(yíng)需求，我國(guó)正在建設(shè)天津、廣州、哈爾濱、武漢、上海五大大功率機(jī)車(chē)檢修基地，規(guī)劃建設(shè)成都、西安基地，以滿(mǎn)足機(jī)車(chē)檢修需要，這些基地的設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理都需要一整套全新的體系。

2 檢修基地的特殊性及存在問(wèn)題

目前，我國(guó)投入使用的大功率機(jī)車(chē)車(chē)型主要有HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD2、HXD2B、HXD3、HXD3B、HXD3C、HXN3、HXN5 等，根據(jù)地區(qū)范圍配屬的車(chē)型各基地需要現(xiàn)實(shí)兼容修，由于各車(chē)型特性不同，檢修工藝、檢修裝備、檢修需求等都存在差異，以轉(zhuǎn)向架和輪軸檢修為例，轉(zhuǎn)向架有兩軸轉(zhuǎn)向架和三軸轉(zhuǎn)向架;構(gòu)架形式又分為“目”字型“月”字型“日”字型;輪軸有帶制動(dòng)盤(pán)和不帶制動(dòng)盤(pán);牽引箱和抱軸箱有整體式的和分體式等。

由于機(jī)車(chē)的復(fù)雜性，決定了檢修基地設(shè)計(jì)的復(fù)雜性;另外，由于我國(guó)鐵路的特殊性，決定了我國(guó)的大功率機(jī)車(chē)檢修基地是世界上規(guī)模較大的機(jī)車(chē)基地，同時(shí)也是技術(shù)先進(jìn)，兼容性強(qiáng)的檢修基地，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很難適應(yīng)，因此，需要在設(shè)計(jì)中進(jìn)行系統(tǒng)集成規(guī)劃。

3 檢修基地系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系

嚴(yán)格地說(shuō)，檢修基地的系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系是系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)技術(shù)在鐵路基地設(shè)計(jì)上的結(jié)合。在實(shí)踐中，我們探索出一套利用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)檢修基地的全新設(shè)計(jì)模式，作為檢修基地設(shè)計(jì)的解決方案，在路內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了檢修基地的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。

首先，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，按1∶1的比例建立HXN3、HXN5型機(jī)車(chē)整車(chē)模型，并能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)車(chē)的全拆、全解、全組裝，把機(jī)車(chē)分解到部件，重要部件分解到零件，甚至分解到螺絲、螺母，同時(shí)也能把零件組裝成部件，把部件組裝成機(jī)車(chē)，這在國(guó)內(nèi)鐵路行業(yè)尚屬首次，也是系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ);然后按1∶1的比例建立檢修基地、檢修庫(kù)房的模型，并把檢修流程的全過(guò)程在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，保證各環(huán)節(jié)暢通，最后，用三維設(shè)計(jì)、工業(yè)化設(shè)計(jì)和工程仿真的手段實(shí)現(xiàn)了整個(gè)檢修車(chē)間所有裝備在計(jì)算機(jī)上的設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試過(guò)程動(dòng)態(tài)模仿，最大限度地保證了檢修裝備現(xiàn)場(chǎng)使用的可靠性，并且用信息化技術(shù)將多專(zhuān)業(yè)的檢修內(nèi)容集成在一起，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間的功能、參數(shù)、軟件等接口的匹配。這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，擺脫了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，各個(gè)環(huán)節(jié)脫節(jié)的現(xiàn)象，同時(shí)，利用現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行模擬、動(dòng)態(tài)仿真，可以事先發(fā)現(xiàn)檢修工藝的缺陷、設(shè)備缺陷等，避免了事后檢驗(yàn)。

系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)分為工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、工位設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、工裝設(shè)備設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，保證系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的合理性。

工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要對(duì)車(chē)型的分解、修理、檢測(cè)、組裝、試驗(yàn)等各細(xì)節(jié)的需求進(jìn)行充分研究，同時(shí)對(duì)所有車(chē)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，找出檢修的個(gè)性和共性的需求，根據(jù)該需求進(jìn)入工位設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

工位設(shè)計(jì)環(huán)節(jié):為了避免工位的重復(fù)設(shè)置，又要保證流水檢修的順暢，同時(shí)還要解決各車(chē)型檢修個(gè)性的需求，實(shí)現(xiàn)檢修的共有、備用和功能的互補(bǔ)，就需要對(duì)檢修布局規(guī)劃、物流規(guī)劃進(jìn)行柔性的設(shè)計(jì)，將檢修量、生產(chǎn)節(jié)拍、作業(yè)工時(shí)、物流、人流等綜合因素同時(shí)考慮，而且還要針對(duì)投資總額和中長(zhǎng)期的需求進(jìn)行功能的預(yù)留。

工裝設(shè)備設(shè)計(jì)環(huán)節(jié):工藝和布局的合理性是通過(guò)工裝設(shè)備來(lái)現(xiàn)實(shí)，工裝設(shè)備研究和確定環(huán)節(jié)是最關(guān)鍵和最重要的環(huán)節(jié)，工裝設(shè)備的功能直接控制著工藝和布局的變化，同時(shí)也決定著投資額度的變化。因此，需要對(duì)國(guó)內(nèi)外各檔次的工裝設(shè)備進(jìn)行研究和比選。

在系統(tǒng)規(guī)劃過(guò)程中，工藝設(shè)計(jì)、工位設(shè)計(jì)、工裝設(shè)備設(shè)計(jì)三大環(huán)節(jié)形成了一個(gè)閉形循環(huán)體系，三者之間彼此關(guān)聯(lián)、彼此制約，直至達(dá)到循環(huán)暢通即整體規(guī)劃完成。

4 系統(tǒng)集成的創(chuàng)新體系

傳統(tǒng)思路理解檢修基地就是由多個(gè)專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家將專(zhuān)業(yè)設(shè)備提供給檢修基地安裝即可，但傳統(tǒng)的建設(shè)模式都是在原基礎(chǔ)上改造或小規(guī)模的新增，對(duì)于這么大規(guī)模的建設(shè)在全世界也是少有的，簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的拼積木式的建設(shè)模式勢(shì)必造成各環(huán)節(jié)間脫節(jié)。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)檢修行業(yè)的解析和對(duì)國(guó)外檢修模式的研究，檢修基地項(xiàng)目就必須進(jìn)行系統(tǒng)集成。所謂的系統(tǒng)集成，可以簡(jiǎn)單地理解成一個(gè)由各個(gè)部件組合起來(lái)的有機(jī)整體，不能單純關(guān)注單工序單設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)，而要更多的以鐵路系統(tǒng)安全維護(hù)、檢修檢測(cè)等整體性和系統(tǒng)性的將技術(shù)、工程、管理的集成相結(jié)合，提供全周期的系統(tǒng)解決方案。

4.1 技術(shù)集成

技術(shù)集成是在將整個(gè)檢修基地在設(shè)計(jì)的過(guò)程看作一套整體的系統(tǒng)，車(chē)間內(nèi)的每一項(xiàng)檢修流水線(xiàn)作為其中的一個(gè)技術(shù)單元，充分考慮到技術(shù)單元和整體系統(tǒng)間以及技術(shù)單元之間的有機(jī)聯(lián)系，使每一項(xiàng)檢修裝備協(xié)調(diào)一致，保證工序間的作業(yè)。其中，轉(zhuǎn)向架檢修是整個(gè)機(jī)車(chē)和車(chē)輛檢修中最復(fù)雜，涉及技術(shù)面最廣，使用設(shè)備最多的部分，也是對(duì)機(jī)車(chē)和車(chē)輛運(yùn)營(yíng)安全影響最大的一個(gè)環(huán)節(jié)。尤其是大功率機(jī)車(chē)的檢修，更是要求自動(dòng)化程度高，檢修作業(yè)量大，裝備的技術(shù)先進(jìn)和不同車(chē)型的兼容，通過(guò)整套流水化的自動(dòng)輸送系統(tǒng)和信息化管理系統(tǒng)，將清洗、分解、測(cè)量、拋丸、探傷、噴涂、組裝、試驗(yàn)等檢修技術(shù)集成起來(lái)，整套體系要從以下幾個(gè)方面統(tǒng)籌規(guī)劃，才能夠?qū)崿F(xiàn)所有作業(yè)的聯(lián)控和一致。

通過(guò)對(duì)不同車(chē)型的檢修規(guī)程的研究，結(jié)合檢修量，設(shè)計(jì)檢修工藝流程并配置檢修裝備，并根據(jù)檢修能力、實(shí)際工作時(shí)間和作業(yè)習(xí)慣進(jìn)行合理布局;對(duì)不同的檢修作業(yè)內(nèi)容，調(diào)研國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的檢修技術(shù)，并與相關(guān)成熟的設(shè)備廠(chǎng)家進(jìn)行技術(shù)交流，使設(shè)備滿(mǎn)足整個(gè)檢修工藝的實(shí)現(xiàn);結(jié)合設(shè)備布局，對(duì)檢修裝配和拆卸下來(lái)的部件進(jìn)行統(tǒng)一的物流通道規(guī)劃，使其達(dá)到作業(yè)暢通;將檢修工藝、設(shè)備布局、物流通道規(guī)劃作為輸入條件，系統(tǒng)研究流水線(xiàn)及每臺(tái)設(shè)備，并且通過(guò)三維設(shè)計(jì)將每臺(tái)設(shè)備在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)出來(lái)，并且進(jìn)行聯(lián)調(diào)、聯(lián)試，測(cè)試它的功能和實(shí)用性，并同時(shí)制定接口管理計(jì)劃，解決設(shè)備間的接口問(wèn)題，才能保證在實(shí)際中的使用，并實(shí)現(xiàn)流水修的檢修作業(yè)模式。

4.2 工程集成

工程集成是建立在技術(shù)集成的基礎(chǔ)之上，工程集成是將所有技術(shù)集成設(shè)備的部件進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，并且借助工業(yè)化設(shè)計(jì)的手段實(shí)現(xiàn)設(shè)備和整個(gè)車(chē)間的色彩、標(biāo)識(shí)和風(fēng)格的統(tǒng)一，并且為具體施工提供指導(dǎo)，減少現(xiàn)場(chǎng)施工的協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)最高的工作效率。工程集成主要從以下幾方面進(jìn)行考慮。

(1)對(duì)設(shè)備使用的主要元器件統(tǒng)一品牌，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃，如:液壓站、工控機(jī)、顯示器、汽缸、接觸器、開(kāi)關(guān)、閥門(mén)等，方便整個(gè)車(chē)間的備品備件的管理和部件維修。

(2)對(duì)所有設(shè)備的布線(xiàn):風(fēng)、水、電、氣和信息管線(xiàn)的布設(shè)統(tǒng)一規(guī)劃，方便施工和日常的檢修維護(hù)。

(3)對(duì)所有設(shè)備的蓋板、扶梯和地坑風(fēng)格統(tǒng)一，美觀(guān)大方;每個(gè)工位的信息采集方式和位置統(tǒng)一，每個(gè)工位的作業(yè)操作牌位置形式統(tǒng)一。

(4)統(tǒng)一工控機(jī)的造型、顏色和品牌，使整個(gè)車(chē)間作業(yè)整齊，操作方法易于掌握;液壓站使用統(tǒng)一的品牌，用統(tǒng)一的外罩進(jìn)行修飾，便于維護(hù)和管理。

(5)每條作業(yè)線(xiàn)的標(biāo)識(shí)方式和風(fēng)格統(tǒng)一，每條作業(yè)線(xiàn)都有一個(gè)指示牌，在主通道內(nèi)可以清楚地識(shí)別不同作業(yè)線(xiàn)區(qū)域;對(duì)車(chē)間的整體管理的標(biāo)識(shí)統(tǒng)一，例如轉(zhuǎn)盤(pán)、小車(chē)、地坑等需用警戒線(xiàn)標(biāo)識(shí)，設(shè)備的作業(yè)區(qū)域用黃色線(xiàn)標(biāo)識(shí)等。

(6)所有設(shè)備的附屬件放置的位置統(tǒng)一，工件存放架和工具存放架的造型、顏色統(tǒng)一，與車(chē)間整體的風(fēng)格一致，搬運(yùn)車(chē)的選型和使用經(jīng)濟(jì)，配置數(shù)量合理，實(shí)現(xiàn)使用中可共用和互換。

(7)使用三維的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)整個(gè)車(chē)間真實(shí)的基礎(chǔ)再現(xiàn)，保證設(shè)備基礎(chǔ)之間合理布設(shè)，設(shè)備基礎(chǔ)和管線(xiàn)之間合理布設(shè)和設(shè)備基礎(chǔ)和建筑基礎(chǔ)的合理布設(shè)，消除因沒(méi)有處理好之間基礎(chǔ)關(guān)系產(chǎn)生的隱患。

(8)在設(shè)備入場(chǎng)前制定統(tǒng)一的設(shè)備入場(chǎng)計(jì)劃，對(duì)設(shè)備存放、吊運(yùn)、安裝和調(diào)試進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和安排，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)的有序和高效。

(9)在整套體系設(shè)計(jì)中制定出接口管理計(jì)劃，減少施工中的接口對(duì)接工作，保證整套系統(tǒng)在最短的時(shí)間內(nèi)完成。

(10)對(duì)設(shè)備的資料和培訓(xùn)進(jìn)行統(tǒng)一安排，提前做好規(guī)劃和準(zhǔn)備，保證與用戶(hù)使用和管理的有效配合。

4.3 管理集成

管理集成突出的特點(diǎn)就是利用集成的原理將復(fù)雜的管理賦予智能的概念，使操作者通過(guò)統(tǒng)一的硬件設(shè)施的配置實(shí)現(xiàn)管理技術(shù)和信息技術(shù)的相互融合與綜合集成，以實(shí)現(xiàn)日常檢修作業(yè)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。具體體現(xiàn)如下。

(1)通過(guò)每個(gè)工位統(tǒng)一設(shè)置的信息射頻卡，將檢修工件進(jìn)行檢修的信息錄入到管理信息系統(tǒng)中，并結(jié)合歷史檔案對(duì)檢修內(nèi)容和工件的檢修狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)分析，給出一個(gè)合理的檢修結(jié)論，保證整個(gè)車(chē)間的檢修作業(yè)有序進(jìn)行。

(2)檢修信息的自動(dòng)錄入在管理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了軸頸和軸承，車(chē)軸和車(chē)輪，輪對(duì)和構(gòu)架，轉(zhuǎn)向架與車(chē)體的智能選配，達(dá)到了工件間的最佳配合。

(3)在管理系統(tǒng)中設(shè)置安全聯(lián)控裝置，保證工件的完整作業(yè)過(guò)程不受下一個(gè)工件的影響，保證工件和設(shè)備的安全。

(4)通過(guò)信息化管理實(shí)現(xiàn)了檢修工件和備件、配件的物流管理和壽命管理。

(5)部件統(tǒng)一品牌的選用為操作的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化提供了可能，并且減少了備品的數(shù)量，使設(shè)備維護(hù)更加方便。

(6)系統(tǒng)集成以全面項(xiàng)目管理為表現(xiàn)形式，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備供貨、施工、檢測(cè)和集成試驗(yàn)及試運(yùn)行，最終以“交鑰匙”工程總承包方式進(jìn)行交接驗(yàn)收，達(dá)到系統(tǒng)及設(shè)備最優(yōu)化匹配，良好的性?xún)r(jià)比，滿(mǎn)足合同的要求。通過(guò)設(shè)備集成技術(shù)，嚴(yán)格選擇供貨商和設(shè)備，滿(mǎn)足設(shè)備的性能和技術(shù)指標(biāo)，保證設(shè)備的質(zhì)量，并以較為合理的價(jià)格訂貨，提高性?xún)r(jià)比，實(shí)現(xiàn)設(shè)備集成的目標(biāo)，即“最優(yōu)化匹配”。

5 系統(tǒng)集成模式的特點(diǎn)

深入分析系統(tǒng)集成模式有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn):

(1)技術(shù)系統(tǒng)集成要以滿(mǎn)足未來(lái)運(yùn)輸需求為根本出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)技術(shù)方案的比選和對(duì)總體技術(shù)方案的整體優(yōu)化，不追求子系統(tǒng)最好，但要實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)的建設(shè)目標(biāo)。性能價(jià)格比的高低是系統(tǒng)集成能否成功實(shí)施的重要因素。

(2)系統(tǒng)集成不是簡(jiǎn)單的設(shè)備選購(gòu)，而應(yīng)體現(xiàn)在技術(shù)創(chuàng)新方面。對(duì)國(guó)內(nèi)設(shè)備進(jìn)行研究，對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行借鑒，并形成了各自的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

(3)系統(tǒng)集成包含技術(shù)集成、工程集成、管理集成等方面，是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程。技術(shù)集成是系統(tǒng)集成技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，工程集成是系統(tǒng)集成成功實(shí)施的保障，管理集成是系統(tǒng)集成最終效果的體現(xiàn)。

(4)技術(shù)、設(shè)備、人力、設(shè)計(jì)、施工、管理等各種資源得到充分整合，大大減少了接口環(huán)節(jié)，最大化地避免工程中不可預(yù)見(jiàn)的各種缺陷、弊端和遺憾。

6 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)集成不是簡(jiǎn)單的1+1=2的概念，它是一種技術(shù)的創(chuàng)新，是對(duì)投資成本的節(jié)約，并實(shí)現(xiàn)1+1＞2效果。除了將單項(xiàng)技術(shù)有效集成和組織之外，還達(dá)到了將工程和管理再創(chuàng)新的過(guò)程，是目前最適合我國(guó)鐵路建設(shè)任務(wù)重，時(shí)間緊，專(zhuān)業(yè)化程度高的需求，是完全適合國(guó)家“支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來(lái)”的戰(zhàn)略方向的，屬于重要的技術(shù)與體系創(chuàng)新，并具有普遍的指導(dǎo)意義。

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