結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)在高鐵列車中的運(yùn)用分析

張?zhí)礻?李新玲

（中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，吉林長(zhǎng)春 130062）

0.引言

中國(guó)高鐵的飛速發(fā)展，給人們出行帶來了巨大的便利。隨著高鐵列車人流量的增多，相關(guān)部門對(duì)高鐵的安全性提出了更高的要求，應(yīng)不斷進(jìn)行列車制作技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化，應(yīng)用結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)，提高列車設(shè)計(jì)水平和制作體系，對(duì)于我國(guó)高鐵列車的發(fā)展有重要的意義，有利于促進(jìn)我國(guó)交通的發(fā)展。

1.結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1.1 獨(dú)特性

結(jié)構(gòu)化工藝是工廠仿真的基礎(chǔ)，通過結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)，利用工廠仿真軟件，進(jìn)行工廠產(chǎn)能仿真、局部仿真和瓶頸工位分析。結(jié)構(gòu)化工藝是ERP生產(chǎn)計(jì)劃的基礎(chǔ)，也是APS的基礎(chǔ)，能夠通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而找到合理的加工和裝配參數(shù)，改善加工工藝，提升產(chǎn)品的質(zhì)量。結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)中包括很多新型的生產(chǎn)技術(shù)，結(jié)構(gòu)化工藝流程的項(xiàng)目繁多，而且每項(xiàng)流程都有其獨(dú)特性，因此在高鐵列車中應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)同樣具有獨(dú)特的技術(shù)。很多結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料一般是由相關(guān)單位制定的，并不完整，在具體的運(yùn)用中還需根據(jù)相關(guān)的專業(yè)進(jìn)行完善。如果根據(jù)相關(guān)單位的基礎(chǔ)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)，并不應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，就會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)失去原有的準(zhǔn)確性[1]。在進(jìn)行高鐵列車設(shè)計(jì)和裝配時(shí)，如果不按照結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行，同樣會(huì)影響實(shí)際的操作效果，進(jìn)而影響高鐵列車的質(zhì)量。

1.2 難度性

結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)工作量大，同時(shí)工作難度也不小，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)對(duì)準(zhǔn)確性的要求很高，所以在操作時(shí)需加倍小心，不容有失。結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)在高鐵列車上的運(yùn)用，需要耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間，不僅需要進(jìn)行平常的生產(chǎn)操作，而且還需要涉及高鐵施工，所以對(duì)技術(shù)的要求很高，在作業(yè)時(shí)耗費(fèi)精力較多。因?yàn)楦哞F列車的制作工藝要求較高，所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按照國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，這就需要消耗大量的資金，并需要很多高素質(zhì)的技術(shù)人員參與，但是很多時(shí)候資金和技術(shù)人員可能會(huì)出現(xiàn)不足的情況，給列車制作工作增加了不小的難度，如果制作人員的水平較差，還可能給高鐵列車的制作留下隱患。因此，在結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)開始之前，應(yīng)進(jìn)行充分的準(zhǔn)備，將資金、人員預(yù)備齊全，并進(jìn)行合理的規(guī)劃，保證制作過程中不會(huì)出現(xiàn)問題，還應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判，并制訂應(yīng)急預(yù)案，避免給高鐵列車制作產(chǎn)生不良影響。

2.結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)的保障

2.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的工藝性審查

結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)在進(jìn)行高鐵列車制作時(shí)，需要工藝工程師全程參與，并對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品性能和可操作性進(jìn)行審查，審查的項(xiàng)目包括設(shè)計(jì)圖紙的準(zhǔn)確性和物料清單的合理性，從而確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)化工藝施工方法、施工材料、零件加工方法等的科學(xué)性，確保整個(gè)高鐵列車建設(shè)的質(zhì)量和安全性。工藝性審查方法是應(yīng)用三維數(shù)字化技術(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行更加直觀的審查，因?yàn)榭梢宰龅疆a(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝性審查在同一平臺(tái)進(jìn)行，所以能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行審查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，再采取有針對(duì)性的措施將問題解決掉，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的有效監(jiān)督[2]。因此，在結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)中，應(yīng)用工藝性審查對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行監(jiān)督，可以提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)施工的順利進(jìn)行。

2.2 工藝路線的劃分及審核

結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)的工藝路線關(guān)系到高鐵列車的材料采購(gòu)和制造方法的確定，所以在設(shè)計(jì)完成后的數(shù)字化模型非常重要。在建模完成以后，需由工程師利用EBOM結(jié)構(gòu)及三維模型作為基礎(chǔ)對(duì)工藝路徑進(jìn)行劃分，并應(yīng)用BOM技術(shù)在設(shè)計(jì)中添加的工藝備注信息，在審核完成以后發(fā)布出去。根據(jù)工藝完成的不同狀態(tài)，備注顯示的數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)出不同的顏色，在版本更新時(shí)要對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行控制，在后續(xù)信息變更之后更改備注信息。

3.結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)在高鐵列車中的運(yùn)用

3.1 零部件的設(shè)計(jì)

在高鐵列車中的結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)中，工作人員首先需要對(duì)高鐵內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有著準(zhǔn)確的了解，保證在高鐵內(nèi)部零件出現(xiàn)問題之時(shí)，能夠第一時(shí)間找出所在的原因，并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)；其次，高鐵內(nèi)部是由多種零部件構(gòu)成的，每一個(gè)零部件都有著不同的作用，如果高鐵內(nèi)部某一零部件由于日常的磨損，從而造成了高鐵列車的故障，那么將會(huì)直接影響到高鐵的正常運(yùn)行；最后，工作人員需要根據(jù)高鐵零件的位置設(shè)計(jì)出可能會(huì)出現(xiàn)隱患的零件結(jié)構(gòu)圖，在零件結(jié)構(gòu)圖的使用下，將高鐵零部件的使用問題有效解決。然而，在實(shí)際的高鐵零部件的設(shè)計(jì)中，工作人員需要具有專業(yè)的技術(shù)，并將自身的技術(shù)手段應(yīng)用在高鐵列車的零部件設(shè)計(jì)中，在技術(shù)的使用下，零部件的設(shè)計(jì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)性問題。工作人員需要運(yùn)用專業(yè)的技術(shù)手段將高鐵內(nèi)部的零部件關(guān)系巧妙地聯(lián)系到一起，才能將零部件設(shè)計(jì)中的問題準(zhǔn)確地展現(xiàn)出來。因此，為了保證高鐵內(nèi)部零部件的穩(wěn)定性，必須要加強(qiáng)工作人員對(duì)零件構(gòu)造方面知識(shí)的培訓(xùn)工作，以提高高鐵運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)置

為了提高高鐵列車的穩(wěn)定性，工作人員需要加強(qiáng)高鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)置的日常維護(hù)工作。高鐵在運(yùn)行的過程中，必須要有穩(wěn)定的內(nèi)部構(gòu)造結(jié)構(gòu)，才能避免一些安全事故的發(fā)生。同時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)置對(duì)于工作人員來說也是最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)之一，工作人員必須對(duì)高鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造有更加全面的了解。在保證了內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的情況下，才能有效提升整個(gè)高鐵列車的穩(wěn)定性[3]。高鐵在運(yùn)行時(shí)也可以感受到來自結(jié)構(gòu)設(shè)置帶來的影響，比如高鐵速度突然加快、高鐵速度突然降低都是高鐵列車結(jié)構(gòu)設(shè)置不同效果造成的。高鐵內(nèi)的工作人員需要對(duì)列車的狀態(tài)及時(shí)地查看，對(duì)于即將發(fā)生的危險(xiǎn)需要提前進(jìn)行預(yù)判，避免相關(guān)安全隱患的出現(xiàn)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)置的過程中，工作人員還需要根據(jù)高鐵列車出現(xiàn)的不同情況進(jìn)行組織配件的使用。在組織配件的使用過程中，工作人員需要對(duì)不同的問題運(yùn)用不同的配件進(jìn)行修復(fù)，將高鐵列車的安全問題進(jìn)行有效解決。因此，只有不斷優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)置，才能保證高鐵列車的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 報(bào)表輸出

報(bào)表是一種數(shù)據(jù)綜合記錄的方式，不僅僅局限在單一領(lǐng)域內(nèi)，在不同領(lǐng)域中均擁有極高的價(jià)值。尤其是在高鐵行業(yè)中，工作人員需要對(duì)每天的高鐵運(yùn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，通過報(bào)表的記錄，對(duì)不同時(shí)段的高鐵數(shù)據(jù)進(jìn)行有效統(tǒng)計(jì)。如果在統(tǒng)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在異議，就需要安排工作人員對(duì)高鐵列車進(jìn)行全面的檢查。在檢查的過程中若發(fā)現(xiàn)了問題，需要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，保證高鐵列車運(yùn)行的穩(wěn)定性。另外，高鐵工作人員在進(jìn)行列車結(jié)構(gòu)化工藝的設(shè)計(jì)時(shí)，需要將所有的設(shè)計(jì)記錄準(zhǔn)確記錄下來，之后再通過報(bào)表的形式將高鐵列車進(jìn)行全方位的分析。其中，比較常見的報(bào)表輸出有列車零部件的裝配順序、列車零部件的維修日期、列車零部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。工作人員將主要遇到的問題通過報(bào)表的形式準(zhǔn)確地表達(dá)出來，提高了高鐵列車結(jié)構(gòu)化工藝的穩(wěn)定性。因此，為了提高高鐵列車運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要積極使用報(bào)表進(jìn)行輸出，避免一些安全隱患的出現(xiàn)。

3.4 三維工裝設(shè)計(jì)

在高鐵列車當(dāng)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)三維工裝的設(shè)計(jì)，三維工裝的設(shè)計(jì)是在高鐵工藝設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，在這一過程中如果出現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)問題或者出現(xiàn)較大的誤差情況都需要返工重新制作。我國(guó)三維工裝設(shè)計(jì)發(fā)展較為先進(jìn)，并且具有較強(qiáng)的科學(xué)性和重要的應(yīng)用意義，在未來的不斷發(fā)展下也會(huì)迎來不斷優(yōu)化和進(jìn)步[4]。三維工裝設(shè)計(jì)主要是通過軟件工程對(duì)工裝設(shè)計(jì)文件進(jìn)行二次建立和開發(fā)，同時(shí)建立工裝對(duì)象和明確工裝設(shè)計(jì)任務(wù)書等，通過在高鐵列車中創(chuàng)建工裝設(shè)計(jì)文件，確定文件類型，并將文件對(duì)象進(jìn)行三維工裝設(shè)計(jì)，將所涉及的數(shù)據(jù)模型以及文檔進(jìn)行保存。在三維工裝設(shè)計(jì)的電子審簽流程結(jié)束后，還需要將其進(jìn)行分類并應(yīng)用于之后的工藝設(shè)計(jì)中，保證三維工裝設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，使其在高鐵列車中發(fā)揮重要的作用。

3.5 結(jié)構(gòu)化建模

在工業(yè)設(shè)計(jì)完成后能否直接進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用，是在高鐵列車工程師工作過程中所考慮的重點(diǎn)問題。在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的情況下，難以對(duì)工藝設(shè)計(jì)全過程進(jìn)行模擬，對(duì)于工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量難以進(jìn)行精確的檢驗(yàn)。但在結(jié)構(gòu)化建模當(dāng)中，結(jié)合高鐵列車在之前的工程經(jīng)驗(yàn)可以建立起一個(gè)全新的結(jié)構(gòu)化模型，呈現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)中的重要信息。結(jié)構(gòu)化建模可以實(shí)現(xiàn)將設(shè)計(jì)與生產(chǎn)同步化處理，對(duì)于設(shè)計(jì)的質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)工藝的效果。在結(jié)構(gòu)化建模下，可以保證所創(chuàng)建的場(chǎng)景具有較強(qiáng)的真實(shí)性，并且能夠準(zhǔn)確地反映出整個(gè)工藝設(shè)計(jì)的過程中存在的一系列問題，且保證信息具有較高的時(shí)效性。結(jié)構(gòu)化建?？梢詫⒐に囋O(shè)計(jì)過程全方位地展現(xiàn)出來，能夠幫助高鐵列車相關(guān)負(fù)責(zé)人及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決在設(shè)計(jì)中存在的問題。利用結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)對(duì)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，既能夠具有較高的精確度和時(shí)效性，幫助工作人員迅速找出問題所在，又能夠減少在解決問題過程中所消耗的時(shí)間成本，節(jié)約人力資源和資金成本，并為高鐵列車造成最小的損失。

3.6 模型驅(qū)動(dòng)工藝設(shè)計(jì)

在高鐵列車零件加工的過程中會(huì)出現(xiàn)許多中間特征，這些中間特征在最終的設(shè)計(jì)模型中難以體現(xiàn)出來，但是中間特征的存在卻會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)高鐵列車工藝設(shè)計(jì)的直觀性。所以在高鐵列車中，結(jié)合工序模型概念進(jìn)行模型驅(qū)動(dòng)工藝設(shè)計(jì)可以有效在零件設(shè)計(jì)到加工的全過程中，將每一道工序進(jìn)行規(guī)范化，進(jìn)而生成工序模型，基于工序模型再展開下一道工序的設(shè)計(jì)和加工，直到整個(gè)零件全部加工完畢后結(jié)束模型的應(yīng)用。在對(duì)零件設(shè)計(jì)建模的過程中，需要加強(qiáng)對(duì)各個(gè)工序加工特征的提取，并根據(jù)特征進(jìn)行編輯，將在工藝設(shè)計(jì)過程中所涉及的全部工藝信息加入其中[5]，并在零件加工類型和特征的基礎(chǔ)上選擇合適的加工方法。將在工藝設(shè)計(jì)過程中所形成的所有加工元整合并對(duì)其進(jìn)行排序，對(duì)其進(jìn)行信息編輯工作。在所有工序設(shè)計(jì)工作完成之后，再對(duì)零件進(jìn)行熱處理、檢驗(yàn)以及一系列的輔助工序，并將其中所涉及的工藝信息輸入到文件當(dāng)中，以備在高鐵列車工藝設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用。利用模型驅(qū)動(dòng)工藝設(shè)計(jì)將復(fù)雜的工藝分層次處理，簡(jiǎn)化了工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使工藝設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高，并且，在模型驅(qū)動(dòng)工藝設(shè)計(jì)中能夠通過工序模型將工藝設(shè)計(jì)過程直觀地展現(xiàn)出來，降低了工藝設(shè)計(jì)的難度。

4.高鐵列車中結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)的虛擬仿真

4.1 虛擬仿真的原理

應(yīng)用結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行高鐵列車的設(shè)計(jì)和制作過程中，在完成基于EBOM工藝的設(shè)計(jì)后，其設(shè)計(jì)是否可以進(jìn)行直接的生產(chǎn)，還需要工程師進(jìn)行驗(yàn)證，其驗(yàn)證方法就是應(yīng)用三維數(shù)字化模型進(jìn)行虛擬裝配仿真，從而確定設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和合理性。原本的驗(yàn)證方法是二維的，在進(jìn)行驗(yàn)證的過程中需將設(shè)計(jì)和生產(chǎn)分開，浪費(fèi)了一定的虛擬裝配仿真技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)和生產(chǎn)的同步進(jìn)行，通過虛擬仿真可以在生產(chǎn)的過程中進(jìn)行設(shè)計(jì)的改良和優(yōu)化，從而節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，提高高鐵列車的制作質(zhì)量，為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和集約化生產(chǎn)提供幫助，降低研發(fā)和制作的成本。

4.2 構(gòu)建虛擬裝配場(chǎng)景

根據(jù)高鐵列車的裝配經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行模擬場(chǎng)景構(gòu)建時(shí)，需選擇一個(gè)全新的場(chǎng)景，而且場(chǎng)景的構(gòu)建應(yīng)盡可能顯示出真實(shí)性，并且是獨(dú)一無二的，虛擬場(chǎng)景應(yīng)及時(shí)反映列車裝配中出現(xiàn)的各種問題。在高鐵列車的設(shè)計(jì)和制作過程中，如果在設(shè)計(jì)時(shí)就能發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決，可以減少很多不必要的麻煩，為制造工作減輕負(fù)擔(dān)。構(gòu)建虛擬裝配場(chǎng)景不僅能夠快速及時(shí)地找出裝配中出現(xiàn)的各種問題，還能夠?qū)@些問題進(jìn)行及時(shí)的解決，避免造成損失，為工作人員節(jié)省時(shí)間，也為企業(yè)節(jié)省了資金，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 在結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)虛擬裝配

應(yīng)用三維模型進(jìn)行裝配仿真主要是根據(jù)數(shù)字信息進(jìn)行模型的重新構(gòu)建，再根據(jù)結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行零部件的裝配，由施工班組、施工設(shè)備和施工臺(tái)位進(jìn)行聯(lián)合的模擬仿真，再應(yīng)用模型裝配中的檢驗(yàn)功能對(duì)模擬裝配中所有的裝置關(guān)系進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而保證高鐵列車裝配中的所有配置與列車相匹配，確保列車的配置符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，保障列車的安全。

4.4 建立高鐵列車的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)與虛擬模型的聯(lián)系

在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)他們獲取到設(shè)計(jì)資料時(shí)就應(yīng)對(duì)資料進(jìn)行分類，將需要進(jìn)行仿真虛擬模型流程的裝配零部件關(guān)聯(lián)工裝工具，并對(duì)應(yīng)用到的所有工藝行為進(jìn)行建模，確保在建模的過程中不會(huì)遺漏一個(gè)環(huán)節(jié)。通過建立高鐵列車結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)與虛擬建模的聯(lián)系能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)對(duì)比，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)和裝配過程中的問題，為高鐵列車的安全性增加保障。

5.結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)主要對(duì)高鐵列車的零部件、結(jié)構(gòu)設(shè)置、報(bào)表輸出、三維工裝設(shè)計(jì)等進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，從而提升高鐵列車的整體質(zhì)量。結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)有利于促進(jìn)高鐵列車設(shè)計(jì)和制作工藝的改進(jìn)和優(yōu)化，通過減少設(shè)計(jì)時(shí)間提升設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量為我國(guó)交通領(lǐng)域的發(fā)展做出重大的貢獻(xiàn)。