葉婧妍，劉凱蘭

（中國(guó)中車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)有限公司，湖南 株洲 412001）

0 引言

與現(xiàn)有較為成熟的空氣制動(dòng)系統(tǒng)相比，液壓制動(dòng)系統(tǒng)具有重量輕、體積小、響應(yīng)速度快、制動(dòng)力大等諸多特點(diǎn)，主要應(yīng)用于有軌電車(chē)、磁浮車(chē)輛領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展，新技術(shù)的應(yīng)用，以及客戶對(duì)軌道車(chē)輛外觀、性能、內(nèi)部空間舒適性等要求的變化，多品種、小批量、個(gè)性化的生產(chǎn)成為一種發(fā)展趨勢(shì)，相應(yīng)的制造企業(yè)可能出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)在不同項(xiàng)目產(chǎn)品都有生產(chǎn)需求的情況。在這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)下，若按照傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)工裝，特定工裝只適用于特定類(lèi)別的產(chǎn)品，會(huì)造成工裝數(shù)量增多，存放困難，制造成本高，工裝切換頻繁等問(wèn)題。企業(yè)要適應(yīng)市場(chǎng)個(gè)性化需求帶來(lái)的生產(chǎn)模式，就要改變工裝設(shè)計(jì)思路，從適用于單一產(chǎn)品的專用工裝向柔性化、通用化工裝方向發(fā)展。目前株洲分公司研制的液壓制動(dòng)系統(tǒng)已裝車(chē)運(yùn)用的有長(zhǎng)沙磁浮列車(chē)增購(gòu)項(xiàng)目、160 km 磁浮車(chē)輛項(xiàng)目、五模塊有軌電車(chē)項(xiàng)目和四模塊有軌電車(chē)項(xiàng)目等項(xiàng)目。磁浮車(chē)輛裝用長(zhǎng)沙增購(gòu)第6、7 列車(chē)以及磁浮160 km/h，其中第6 列車(chē)已載客安全運(yùn)營(yíng)2 年，運(yùn)行37 萬(wàn)公里。裝用五模塊列車(chē)根據(jù)整車(chē)試驗(yàn)計(jì)劃完成了20 km/h 速度等級(jí)的制動(dòng)及防滑性能試驗(yàn)，開(kāi)展了40 km/h 速度等級(jí)的防滑試驗(yàn)，進(jìn)行了70 km/h 速度等級(jí)試驗(yàn)。液壓制動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)項(xiàng)目為現(xiàn)階段以及往后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，擁有廣闊的市場(chǎng)運(yùn)用前景。

液壓制動(dòng)夾鉗作為液壓制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，現(xiàn)有生產(chǎn)方式多為臺(tái)位制集中作業(yè)，未實(shí)現(xiàn)工位制節(jié)拍化生產(chǎn)，不同項(xiàng)目液壓制動(dòng)夾鉗的結(jié)構(gòu)、尺寸的差異，導(dǎo)致需要多個(gè)工裝平臺(tái)才能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，由此造成諸多問(wèn)題。

（1）多套工裝平臺(tái)會(huì)占據(jù)車(chē)間較大的生產(chǎn)場(chǎng)地，場(chǎng)地利用率不高，并且增加物流路線造成浪費(fèi)。

（2）物料配送為臺(tái)車(chē)物料集體配送制，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需要較多備料區(qū)面積，且沒(méi)有對(duì)關(guān)鍵物料的識(shí)別和追溯。

（3）工裝不能快速轉(zhuǎn)換，很難在現(xiàn)有基礎(chǔ)上向柔性生產(chǎn)改進(jìn)。

（4）多人同時(shí)作業(yè)，裝配效率較低。

（5）組裝過(guò)程未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，實(shí)際組裝步驟難以管控，無(wú)法追溯過(guò)程質(zhì)量，進(jìn)而難以保證裝配質(zhì)量。

此外，在推進(jìn)各生產(chǎn)單元向工業(yè)4.0 邁進(jìn)的整體背景下，株洲分公司以單元制動(dòng)器流水線為試點(diǎn)完成計(jì)算機(jī)輔助裝配（CAA）系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了信息化裝配，可減少產(chǎn)品裝配過(guò)程中對(duì)員工技能的依賴性，大幅提升產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性。若要將該方式推廣到液壓制動(dòng)夾鉗生產(chǎn)中，流水線建設(shè)是基礎(chǔ)。為解決現(xiàn)有生產(chǎn)方式存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和生產(chǎn)作業(yè)精益化，適應(yīng)公司信息化發(fā)展與分公司打造智能車(chē)間的規(guī)劃，液壓模塊組裝生產(chǎn)進(jìn)行流水線建設(shè)十分必要。同時(shí)，為了后續(xù)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的深度研發(fā)，助力今后液壓制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大推廣，液壓制動(dòng)夾鉗組裝流水線需要滿足現(xiàn)有多種液壓制動(dòng)產(chǎn)品組裝及新產(chǎn)品試制的通用性要求。為實(shí)現(xiàn)該要求，需進(jìn)行流水線工裝通用化的設(shè)計(jì)，充分考慮各種產(chǎn)品的相似性和不同點(diǎn)，根據(jù)組裝過(guò)程中對(duì)壓緊與定位的需求，在能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)液壓組裝流水線多型號(hào)混線生產(chǎn)的目標(biāo)。

1 液壓制動(dòng)夾鉗工藝分析

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

1.1.1 四模塊低地板有軌電車(chē)項(xiàng)目

液壓制動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)根據(jù)項(xiàng)目配置，主要分為主動(dòng)式液壓制動(dòng)系統(tǒng)和被動(dòng)式液壓制動(dòng)系統(tǒng)。被動(dòng)式液壓制動(dòng)系統(tǒng)由司機(jī)室操作部件、被動(dòng)式電液控制單元（PEHU）、被動(dòng)式電子制動(dòng)控制單元（EBCU）、被動(dòng)式彈簧夾鉗、輔助緩解裝置組成。主動(dòng)式液壓制動(dòng)系統(tǒng)由司機(jī)室操作部件、主動(dòng)式電液控制單元（AEHU）、主動(dòng)式電子制動(dòng)控制單元（EBCU）、主動(dòng)式盤(pán)式夾鉗組成。其中從株洲分公司組裝交出的產(chǎn)品主要有：液壓?jiǎn)卧⒁簤簥A鉗、蓄能器組成、手動(dòng)泵組成等產(chǎn)品，其中，液壓?jiǎn)卧鸵簤簥A鉗為流水線生產(chǎn)。

（1）四模塊主動(dòng)制動(dòng)夾鉗，型號(hào)為YJQ-1，如圖1所示。

圖1 四模塊主動(dòng)夾鉗

（2）四模塊被動(dòng)式液壓夾鉗，型號(hào)為YJQ-2，如圖2 所示。

圖2 四模塊被動(dòng)夾鉗

1.1.2 五模塊低地板有軌電車(chē)項(xiàng)目

（1）五模塊主動(dòng)制動(dòng)夾鉗，在四模塊主動(dòng)制動(dòng)夾鉗基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)，主要差異部件為制動(dòng)夾鉗鉗體，僅由于接口尺寸不同對(duì)鉗體安裝接口進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，如圖3 所示。

圖3 五模塊主動(dòng)制動(dòng)夾鉗

（2）五模塊被動(dòng)制動(dòng)夾鉗YJQ-4 如圖4 所示。與四模塊被動(dòng)式液壓夾鉗相比，增加了自動(dòng)補(bǔ)償磨耗功能。

圖4 五模塊被動(dòng)制動(dòng)夾鉗

1.1.3 長(zhǎng)沙磁浮列車(chē)增購(gòu)項(xiàng)目

長(zhǎng)沙磁浮列車(chē)增購(gòu)項(xiàng)目制動(dòng)系統(tǒng)采用純液壓制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整車(chē)的常用、保持、緊急等制動(dòng)功能，制動(dòng)系統(tǒng)主要由司機(jī)室操作部件、電子制動(dòng)控制單元（EBCU）、液壓支撐單元及電液控制單元（EHU）、制動(dòng)夾鉗組成。其中液壓?jiǎn)卧鸵簤簥A鉗為流水線生產(chǎn)。液壓夾鉗如圖5 所示。

圖5 YJQ-5 型制動(dòng)夾鉗

制動(dòng)夾鉗同樣有左右之分，體現(xiàn)在外觀上進(jìn)油孔及銘牌粘貼位置不同，如圖6 所示。

圖6 YJQ-5 型制動(dòng)夾鉗（左）（右）區(qū)分

1.2 工藝流程

由于不同型號(hào)液壓制動(dòng)夾鉗結(jié)構(gòu)不同，造成組裝工序的區(qū)別如圖7、8、9 所示。例如YJQ-1 型制動(dòng)夾鉗與YJQ-2 型制動(dòng)夾鉗的區(qū)別之一為是否具有蓄能缸，因此被動(dòng)制動(dòng)夾鉗組裝工藝多出蓄能缸裝配與鉗體管路裝配；YJQ-4 型與YJQ-2 型制動(dòng)夾鉗相比增加了自動(dòng)補(bǔ)償磨耗功能，因此增加了制動(dòng)杠桿的裝配工序；YJQ-5 型制動(dòng)夾鉗無(wú)主動(dòng)與被動(dòng)的區(qū)分，通過(guò)液壓力推動(dòng)主動(dòng)塊再帶動(dòng)被動(dòng)塊夾緊F 軌達(dá)成制動(dòng)效果，結(jié)構(gòu)與低地板輕軌列車(chē)制動(dòng)夾鉗完全不同，因此組裝工序區(qū)別較大，等等。

圖7 YJQ-1 型制動(dòng)夾鉗工藝流程

圖8 YJQ-2 型制動(dòng)夾鉗工藝流程

圖9 YJQ-4 型制動(dòng)夾鉗工藝流程

圖10 YJQ-5 型液壓夾鉗工藝流程

圖11 通用底座

2 通用化組裝

2.1 通用工裝類(lèi)型

工裝的基本功能是實(shí)現(xiàn)工件的定位和夾緊，由定位元件、夾緊裝置、連接元件等組成。其中夾緊裝置按照專門(mén)化程度，可分為專用夾具、通用夾具、成組夾具或可調(diào)通用夾具、自動(dòng)線夾具或組合夾具等5 大類(lèi)，之中可實(shí)現(xiàn)通用化的3 種夾具特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 通用化夾具特點(diǎn)

經(jīng)過(guò)分析比較，液壓夾鉗組裝流水線工裝更適合運(yùn)用流水線部分底座通用、夾鉗固定機(jī)構(gòu)可更換、類(lèi)似自動(dòng)線夾具與組合夾具相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)既可以滿足加工產(chǎn)品在流水線生產(chǎn)的效率，又具有生產(chǎn)不同型號(hào)產(chǎn)品的靈活度。

2.2 通用化組裝

株洲分公司現(xiàn)有三類(lèi)項(xiàng)目的液壓（電液）單元產(chǎn)品在制，一共包含五種產(chǎn)品：磁浮電液控制單元、磁浮液壓支撐單元、低地板主動(dòng)式液壓?jiǎn)卧?、低地板被?dòng)式液壓?jiǎn)卧?、輔助緩解單元。在組裝生產(chǎn)過(guò)程中，現(xiàn)有生產(chǎn)方式仍為臺(tái)位式集中作業(yè)，未實(shí)現(xiàn)工位制節(jié)拍化生產(chǎn)。各車(chē)型液壓?jiǎn)卧慕Y(jié)構(gòu)、尺寸的差異，導(dǎo)致需要多個(gè)工裝平臺(tái)才能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，而多套工裝平臺(tái)會(huì)占據(jù)車(chē)間較大的生產(chǎn)場(chǎng)地，增加物流路線造成浪費(fèi)，并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)工裝的快速轉(zhuǎn)換。因此新建液壓?jiǎn)卧M裝流水線設(shè)計(jì)為能同時(shí)滿足五種液壓制動(dòng)產(chǎn)品組裝生產(chǎn)的流水線。為實(shí)現(xiàn)該要求，需進(jìn)行工裝通用化的設(shè)計(jì)，充分考慮各種產(chǎn)品的相似性和不同點(diǎn)，在壓緊與定位裝置能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)流水線多型號(hào)混線生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析，針對(duì)部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了部件的定位方式和夾緊方式，并綜合考慮工裝的通用化要求，最終確定了液壓?jiǎn)卧ㄓ没ぱb的設(shè)計(jì)方案。

通用化組裝目的是減少工裝切換時(shí)間，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高流水線利用率。常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)通用性的方式有：通過(guò)定位和夾緊的可調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)工裝的通用性；增加工位實(shí)現(xiàn)工裝的通用性；采用工裝部件功能集成實(shí)現(xiàn)工裝的通用性。

例如，液壓制動(dòng)夾鉗通用型組裝工裝采用“下部通用底座+上部工裝夾具”結(jié)構(gòu)。下部底座可在V 型導(dǎo)軌上移動(dòng)，減少工件在不同工位流轉(zhuǎn)時(shí)重復(fù)定位夾緊的動(dòng)作；底座可360°水平旋轉(zhuǎn)，平均分布8 個(gè)止擋位置，并能90°翻轉(zhuǎn)；底座頂部為一個(gè)通用平臺(tái)，用于安裝不同產(chǎn)品的工裝夾具，在生產(chǎn)不同產(chǎn)品時(shí)進(jìn)行整體更換。

由于產(chǎn)品按照項(xiàng)目所需產(chǎn)品型號(hào)與臺(tái)車(chē)數(shù)交出，為避免成品區(qū)產(chǎn)品積壓，生產(chǎn)計(jì)劃需要以各項(xiàng)目需求數(shù)為參考按項(xiàng)目編制。同一個(gè)低地板項(xiàng)目中有主動(dòng)、被動(dòng)兩種功能帶來(lái)的兩種型號(hào)液壓制動(dòng)夾鉗需要生產(chǎn)，在通用化設(shè)計(jì)時(shí)歸為一類(lèi)使用對(duì)象進(jìn)行考慮。總體原則為：同一項(xiàng)目的不同產(chǎn)品組裝無(wú)需更換工裝，不同項(xiàng)目之間工裝可快速切換。

3 總結(jié)與展望

從生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看，現(xiàn)有工裝目前仍存在著不足之處，工裝未完全適配通用不同項(xiàng)目的產(chǎn)品。在通用化組裝研究中，工裝通用化是其中重要內(nèi)容，國(guó)內(nèi)外均進(jìn)行了有益的探索研究。

3.1 工裝的“并行工程”研制模式

在國(guó)外，已有高速動(dòng)車(chē)組司機(jī)室控制臺(tái)項(xiàng)目工裝設(shè)計(jì)采用了“并行工程”模式[2]，極大減少產(chǎn)品的制造周期?！安⑿泄こ獭蹦Ｊ郊礊楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)和工裝設(shè)計(jì)同時(shí)實(shí)施的設(shè)計(jì)模式。在使用“并行工程”模式設(shè)計(jì)工裝時(shí)，工裝分為兩部分：一部分是標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，與產(chǎn)品數(shù)據(jù)相互獨(dú)立，或是只需要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；另一部分是特殊結(jié)構(gòu)，需要產(chǎn)品的最終設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，獨(dú)立于產(chǎn)品數(shù)據(jù)或只需要基本數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造周期長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可以與產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@一部分與最終產(chǎn)品無(wú)關(guān)，或者只需知道產(chǎn)品的整體尺寸就能完成設(shè)計(jì)；依賴最終產(chǎn)品數(shù)據(jù)的精確尺寸、制造周期短的特殊結(jié)構(gòu)部件則在最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后確定。因此，設(shè)計(jì)工裝中采用“并行工程”模式能縮短從設(shè)計(jì)到正式投產(chǎn)的工作周期。

3.2 基于數(shù)字孿生的工裝管理

數(shù)字孿生是一種集成多尺度和多學(xué)科屬性的技術(shù)，其特點(diǎn)是實(shí)時(shí)同步和高精度。利用數(shù)字孿生技術(shù)提供的產(chǎn)品高精模型，將實(shí)物制造階段數(shù)字化，既能減少試件制造成本，又能在確保設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證保密性的前提下提高工裝開(kāi)發(fā)效率。此方式需要數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)梳理和數(shù)據(jù)管理等信息系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)模型構(gòu)建，對(duì)生產(chǎn)單元智能智造建設(shè)水平要求較高[3-6]。