邢天祥

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300142)

1 概述

大功率交流機車的應(yīng)用，極大地緩解了我國貨運的“瓶頸”問題。隨之配套的檢修技術(shù)也需要我們重新研究和思考，我國傳統(tǒng)的車型是直流牽引技術(shù)，面對目前大功率機車的交直交牽引技術(shù)，檢修工藝、檢修模式也沒有可參考性。結(jié)合我國的特殊國情和運營需求，需要一整套符合我國國情的檢修工藝、檢修模式、檢修裝備。根據(jù)我國鐵路分布及運營需求，我國正在建設(shè)天津、廣州、哈爾濱、武漢、上海五大大功率機車檢修基地，規(guī)劃建設(shè)成都、西安基地，以滿足機車檢修需要，這些基地的設(shè)計、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題

目前，我國投入使用的大功率機車車型主要有HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD2、HXD2B、HXD3、HXD3B、HXD3C、HXN3、HXN5 等，根據(jù)地區(qū)范圍配屬的車型各基地需要現(xiàn)實兼容修，由于各車型特性不同，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;輪軸有帶制動盤和不帶制動盤;牽引箱和抱軸箱有整體式的和分體式等。

由于機車的復(fù)雜性，決定了檢修基地設(shè)計的復(fù)雜性;另外，由于我國鐵路的特殊性，決定了我國的大功率機車檢修基地是世界上規(guī)模較大的機車基地，同時也是技術(shù)先進，兼容性強的檢修基地，傳統(tǒng)的設(shè)計方法很難適應(yīng)，因此，需要在設(shè)計中進行系統(tǒng)集成規(guī)劃。

3 檢修基地系統(tǒng)設(shè)計體系

嚴格地說，檢修基地的系統(tǒng)設(shè)計體系是系統(tǒng)設(shè)計與計算機技術(shù)在鐵路基地設(shè)計上的結(jié)合。在實踐中，我們探索出一套利用現(xiàn)代化的計算機技術(shù)，實現(xiàn)檢修基地的全新設(shè)計模式，作為檢修基地設(shè)計的解決方案，在路內(nèi)首次實現(xiàn)了檢修基地的系統(tǒng)化設(shè)計。

首先，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，按1∶1的比例建立HXN3、HXN5型機車整車模型，并能夠?qū)崿F(xiàn)機車的全拆、全解、全組裝，把機車分解到部件，重要部件分解到零件，甚至分解到螺絲、螺母，同時也能把零件組裝成部件，把部件組裝成機車，這在國內(nèi)鐵路行業(yè)尚屬首次，也是系統(tǒng)化設(shè)計的前提和基礎(chǔ);然后按1∶1的比例建立檢修基地、檢修庫房的模型，并把檢修流程的全過程在計算機上進行動態(tài)模擬，保證各環(huán)節(jié)暢通，最后，用三維設(shè)計、工業(yè)化設(shè)計和工程仿真的手段實現(xiàn)了整個檢修車間所有裝備在計算機上的設(shè)計、制造、安裝和調(diào)試過程動態(tài)模仿，最大限度地保證了檢修裝備現(xiàn)場使用的可靠性，并且用信息化技術(shù)將多專業(yè)的檢修內(nèi)容集成在一起，實現(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)計方式，擺脫了傳統(tǒng)設(shè)計中，各個環(huán)節(jié)脫節(jié)的現(xiàn)象，同時，利用現(xiàn)代的計算機技術(shù)進行模擬、動態(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。

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

工藝設(shè)計環(huán)節(jié)需要對車型的分解、修理、檢測、組裝、試驗等各細節(jié)的需求進行充分研究，同時對所有車型進行統(tǒng)計、分析，找出檢修的個性和共性的需求，根據(jù)該需求進入工位設(shè)計環(huán)節(jié)。

工位設(shè)計環(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，同時還要解決各車型檢修個性的需求，實現(xiàn)檢修的共有、備用和功能的互補，就需要對檢修布局規(guī)劃、物流規(guī)劃進行柔性的設(shè)計，將檢修量、生產(chǎn)節(jié)拍、作業(yè)工時、物流、人流等綜合因素同時考慮，而且還要針對投資總額和中長期的需求進行功能的預(yù)留。

工裝設(shè)備設(shè)計環(huán)節(jié):工藝和布局的合理性是通過工裝設(shè)備來現(xiàn)實，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，同時也決定著投資額度的變化。因此，需要對國內(nèi)外各檔次的工裝設(shè)備進行研究和比選。

在系統(tǒng)規(guī)劃過程中，工藝設(shè)計、工位設(shè)計、工裝設(shè)備設(shè)計三大環(huán)節(jié)形成了一個閉形循環(huán)體系，三者之間彼此關(guān)聯(lián)、彼此制約，直至達到循環(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專業(yè)廠家將專業(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，對于這么大規(guī)模的建設(shè)在全世界也是少有的，簡單傳統(tǒng)的拼積木式的建設(shè)模式勢必造成各環(huán)節(jié)間脫節(jié)。經(jīng)過對國內(nèi)檢修行業(yè)的解析和對國外檢修模式的研究，檢修基地項目就必須進行系統(tǒng)集成。所謂的系統(tǒng)集成，可以簡單地理解成一個由各個部件組合起來的有機整體，不能單純關(guān)注單工序單設(shè)備的功能實現(xiàn)，而要更多的以鐵路系統(tǒng)安全維護、檢修檢測等整體性和系統(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)集成是在將整個檢修基地在設(shè)計的過程看作一套整體的系統(tǒng)，車間內(nèi)的每一項檢修流水線作為其中的一個技術(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)單元之間的有機聯(lián)系，使每一項檢修裝備協(xié)調(diào)一致，保證工序間的作業(yè)。其中，轉(zhuǎn)向架檢修是整個機車和車輛檢修中最復(fù)雜，涉及技術(shù)面最廣，使用設(shè)備最多的部分，也是對機車和車輛運營安全影響最大的一個環(huán)節(jié)。尤其是大功率機車的檢修，更是要求自動化程度高，檢修作業(yè)量大，裝備的技術(shù)先進和不同車型的兼容，通過整套流水化的自動輸送系統(tǒng)和信息化管理系統(tǒng)，將清洗、分解、測量、拋丸、探傷、噴涂、組裝、試驗等檢修技術(shù)集成起來，整套體系要從以下幾個方面統(tǒng)籌規(guī)劃，才能夠?qū)崿F(xiàn)所有作業(yè)的聯(lián)控和一致。

通過對不同車型的檢修規(guī)程的研究，結(jié)合檢修量，設(shè)計檢修工藝流程并配置檢修裝備，并根據(jù)檢修能力、實際工作時間和作業(yè)習慣進行合理布局;對不同的檢修作業(yè)內(nèi)容，調(diào)研國內(nèi)外最先進的檢修技術(shù)，并與相關(guān)成熟的設(shè)備廠家進行技術(shù)交流，使設(shè)備滿足整個檢修工藝的實現(xiàn);結(jié)合設(shè)備布局，對檢修裝配和拆卸下來的部件進行統(tǒng)一的物流通道規(guī)劃，使其達到作業(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)研究流水線及每臺設(shè)備，并且通過三維設(shè)計將每臺設(shè)備在計算機上設(shè)計出來，并且進行聯(lián)調(diào)、聯(lián)試，測試它的功能和實用性，并同時制定接口管理計劃，解決設(shè)備間的接口問題，才能保證在實際中的使用，并實現(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)備的部件進行統(tǒng)一規(guī)劃，并且借助工業(yè)化設(shè)計的手段實現(xiàn)設(shè)備和整個車間的色彩、標識和風格的統(tǒng)一，并且為具體施工提供指導(dǎo)，減少現(xiàn)場施工的協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)最高的工作效率。工程集成主要從以下幾方面進行考慮。

(1)對設(shè)備使用的主要元器件統(tǒng)一品牌，進行標準化規(guī)劃，如:液壓站、工控機、顯示器、汽缸、接觸器、開關(guān)、閥門等，方便整個車間的備品備件的管理和部件維修。

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

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

(4)統(tǒng)一工控機的造型、顏色和品牌，使整個車間作業(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)一的外罩進行修飾，便于維護和管理。

(5)每條作業(yè)線的標識方式和風格統(tǒng)一，每條作業(yè)線都有一個指示牌，在主通道內(nèi)可以清楚地識別不同作業(yè)線區(qū)域;對車間的整體管理的標識統(tǒng)一，例如轉(zhuǎn)盤、小車、地坑等需用警戒線標識，設(shè)備的作業(yè)區(qū)域用黃色線標識等。

(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，與車間整體的風格一致，搬運車的選型和使用經(jīng)濟，配置數(shù)量合理，實現(xiàn)使用中可共用和互換。

(7)使用三維的基礎(chǔ)設(shè)計，在計算機上實現(xiàn)整個車間真實的基礎(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)備入場前制定統(tǒng)一的設(shè)備入場計劃，對設(shè)備存放、吊運、安裝和調(diào)試進行統(tǒng)一的規(guī)劃和安排，達到現(xiàn)場的有序和高效。

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

(10)對設(shè)備的資料和培訓(xùn)進行統(tǒng)一安排，提前做好規(guī)劃和準備，保證與用戶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，使操作者通過統(tǒng)一的硬件設(shè)施的配置實現(xiàn)管理技術(shù)和信息技術(shù)的相互融合與綜合集成，以實現(xiàn)日常檢修作業(yè)的高效性和經(jīng)濟性。具體體現(xiàn)如下。

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

(2)檢修信息的自動錄入在管理系統(tǒng)中實現(xiàn)了軸頸和軸承，車軸和車輪，輪對和構(gòu)架，轉(zhuǎn)向架與車體的智能選配，達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)過程不受下一個工件的影響，保證工件和設(shè)備的安全。

(4)通過信息化管理實現(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準化和通用化提供了可能，并且減少了備品的數(shù)量，使設(shè)備維護更加方便。

(6)系統(tǒng)集成以全面項目管理為表現(xiàn)形式，通過對系統(tǒng)的設(shè)計、設(shè)備供貨、施工、檢測和集成試驗及試運行，最終以“交鑰匙”工程總承包方式進行交接驗收，達到系統(tǒng)及設(shè)備最優(yōu)化匹配，良好的性價比，滿足合同的要求。通過設(shè)備集成技術(shù)，嚴格選擇供貨商和設(shè)備，滿足設(shè)備的性能和技術(shù)指標，保證設(shè)備的質(zhì)量，并以較為合理的價格訂貨，提高性價比，實現(xiàn)設(shè)備集成的目標，即“最優(yōu)化匹配”。

5 系統(tǒng)集成模式的特點

深入分析系統(tǒng)集成模式有以下幾個顯著特點:

(1)技術(shù)系統(tǒng)集成要以滿足未來運輸需求為根本出發(fā)點，通過系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)技術(shù)方案的比選和對總體技術(shù)方案的整體優(yōu)化，不追求子系統(tǒng)最好，但要實現(xiàn)整體最優(yōu)的建設(shè)目標。性能價格比的高低是系統(tǒng)集成能否成功實施的重要因素。

(2)系統(tǒng)集成不是簡單的設(shè)備選購，而應(yīng)體現(xiàn)在技術(shù)創(chuàng)新方面。對國內(nèi)設(shè)備進行研究，對國外先進技術(shù)進行借鑒，并形成了各自的技術(shù)標準體系。

(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)指標實現(xiàn)的關(guān)鍵，工程集成是系統(tǒng)集成成功實施的保障，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、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)見的各種缺陷、弊端和遺憾。

6 結(jié)語

系統(tǒng)集成不是簡單的1+1=2的概念，它是一種技術(shù)的創(chuàng)新，是對投資成本的節(jié)約，并實現(xiàn)1+1＞2效果。除了將單項技術(shù)有效集成和組織之外，還達到了將工程和管理再創(chuàng)新的過程，是目前最適合我國鐵路建設(shè)任務(wù)重，時間緊，專業(yè)化程度高的需求，是完全適合國家“支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來”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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