大功率機車檢修基地的系統集成設計體系

邢天祥

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

1 概述

大功率交流機車的應用，極大地緩解了我國貨運的“瓶頸”問題。隨之配套的檢修技術也需要我們重新研究和思考，我國傳統的車型是直流牽引技術，面對目前大功率機車的交直交牽引技術，檢修工藝、檢修模式也沒有可參考性。結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。根據我國鐵路分布及運營需求，我國正在建設天津、廣州、哈爾濱、武漢、上海五大大功率機車檢修基地，規劃建設成都、西安基地，以滿足機車檢修需要，這些基地的設計、建設、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，根據地區范圍配屬的車型各基地需要現實兼容修，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，以轉向架和輪軸檢修為例，轉向架有兩軸轉向架和三軸轉向架;構架形式又分為“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。

由于機車的復雜性，決定了檢修基地設計的復雜性;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模較大的機車基地，同時也是技術先進，兼容性強的檢修基地，傳統的設計方法很難適應，因此，需要在設計中進行系統集成規劃。

3 檢修基地系統設計體系

嚴格地說，檢修基地的系統設計體系是系統設計與計算機技術在鐵路基地設計上的結合。在實踐中，我們探索出一套利用現代化的計算機技術，實現檢修基地的全新設計模式，作為檢修基地設計的解決方案，在路內首次實現了檢修基地的系統化設計。

首先，利用虛擬現實技術，按1∶1的比例建立HXN3、HXN5型機車整車模型，并能夠實現機車的全拆、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，這在國內鐵路行業尚屬首次，也是系統化設計的前提和基礎;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模擬，保證各環節暢通，最后，用三維設計、工業化設計和工程仿真的手段實現了整個檢修車間所有裝備在計算機上的設計、制造、安裝和調試過程動態模仿，最大限度地保證了檢修裝備現場使用的可靠性，并且用信息化技術將多專業的檢修內容集成在一起，實現了設備間的功能、參數、軟件等接口的匹配。這樣的系統設計方式，擺脫了傳統設計中，各個環節脫節的現象，同時，利用現代的計算機技術進行模擬、動態仿真，可以事先發現檢修工藝的缺陷、設備缺陷等，避免了事后檢驗。

系統規劃設計分為工藝設計環節、工位設計環節、工裝設備設計環節，保證系統規劃設計的合理性。

工藝設計環節需要對車型的分解、修理、檢測、組裝、試驗等各細節的需求進行充分研究，同時對所有車型進行統計、分析，找出檢修的個性和共性的需求，根據該需求進入工位設計環節。

工位設計環節:為了避免工位的重復設置，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，實現檢修的共有、備用和功能的互補，就需要對檢修布局規劃、物流規劃進行柔性的設計，將檢修量、生產節拍、作業工時、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留。

工裝設備設計環節:工藝和布局的合理性是通過工裝設備來現實，工裝設備研究和確定環節是最關鍵和最重要的環節，工裝設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，需要對國內外各檔次的工裝設備進行研究和比選。

在系統規劃過程中，工藝設計、工位設計、工裝設備設計三大環節形成了一個閉形循環體系，三者之間彼此關聯、彼此制約，直至達到循環暢通即整體規劃完成。

4 系統集成的創新體系

傳統思路理解檢修基地就是由多個專業廠家將專業設備提供給檢修基地安裝即可，但傳統的建設模式都是在原基礎上改造或小規模的新增，對于這么大規模的建設在全世界也是少有的，簡單傳統的拼積木式的建設模式勢必造成各環節間脫節。經過對國內檢修行業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集成。所謂的系統集成，可以簡單地理解成一個由各個部件組合起來的有機整體，不能單純關注單工序單設備的功能實現，而要更多的以鐵路系統安全維護、檢修檢測等整體性和系統性的將技術、工程、管理的集成相結合，提供全周期的系統解決方案。

4.1 技術集成

技術集成是在將整個檢修基地在設計的過程看作一套整體的系統，車間內的每一項檢修流水線作為其中的一個技術單元，充分考慮到技術單元和整體系統間以及技術單元之間的有機聯系，使每一項檢修裝備協調一致，保證工序間的作業。其中，轉向架檢修是整個機車和車輛檢修中最復雜，涉及技術面最廣，使用設備最多的部分，也是對機車和車輛運營安全影響最大的一個環節。尤其是大功率機車的檢修，更是要求自動化程度高，檢修作業量大，裝備的技術先進和不同車型的兼容，通過整套流水化的自動輸送系統和信息化管理系統，將清洗、分解、測量、拋丸、探傷、噴涂、組裝、試驗等檢修技術集成起來，整套體系要從以下幾個方面統籌規劃，才能夠實現所有作業的聯控和一致。

通過對不同車型的檢修規程的研究，結合檢修量，設計檢修工藝流程并配置檢修裝備，并根據檢修能力、實際工作時間和作業習慣進行合理布局;對不同的檢修作業內容，調研國內外最先進的檢修技術，并與相關成熟的設備廠家進行技術交流，使設備滿足整個檢修工藝的實現;結合設備布局，對檢修裝配和拆卸下來的部件進行統一的物流通道規劃，使其達到作業暢通;將檢修工藝、設備布局、物流通道規劃作為輸入條件，系統研究流水線及每臺設備，并且通過三維設計將每臺設備在計算機上設計出來，并且進行聯調、聯試，測試它的功能和實用性，并同時制定接口管理計劃，解決設備間的接口問題，才能保證在實際中的使用，并實現流水修的檢修作業模式。

4.2 工程集成

工程集成是建立在技術集成的基礎之上，工程集成是將所有技術集成設備的部件進行統一規劃，并且借助工業化設計的手段實現設備和整個車間的色彩、標識和風格的統一，并且為具體施工提供指導，減少現場施工的協調工作，實現最高的工作效率。工程集成主要從以下幾方面進行考慮。

(1)對設備使用的主要元器件統一品牌，進行標準化規劃，如:液壓站、工控機、顯示器、汽缸、接觸器、開關、閥門等，方便整個車間的備品備件的管理和部件維修。

(2)對所有設備的布線:風、水、電、氣和信息管線的布設統一規劃，方便施工和日常的檢修維護。

(3)對所有設備的蓋板、扶梯和地坑風格統一，美觀大方;每個工位的信息采集方式和位置統一，每個工位的作業操作牌位置形式統一。

(4)統一工控機的造型、顏色和品牌，使整個車間作業整齊，操作方法易于掌握;液壓站使用統一的品牌，用統一的外罩進行修飾，便于維護和管理。

(5)每條作業線的標識方式和風格統一，每條作業線都有一個指示牌，在主通道內可以清楚地識別不同作業線區域;對車間的整體管理的標識統一，例如轉盤、小車、地坑等需用警戒線標識，設備的作業區域用黃色線標識等。

(6)所有設備的附屬件放置的位置統一，工件存放架和工具存放架的造型、顏色統一，與車間整體的風格一致，搬運車的選型和使用經濟，配置數量合理，實現使用中可共用和互換。

(7)使用三維的基礎設計，在計算機上實現整個車間真實的基礎再現，保證設備基礎之間合理布設，設備基礎和管線之間合理布設和設備基礎和建筑基礎的合理布設，消除因沒有處理好之間基礎關系產生的隱患。

(8)在設備入場前制定統一的設備入場計劃，對設備存放、吊運、安裝和調試進行統一的規劃和安排，達到現場的有序和高效。

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

(10)對設備的資料和培訓進行統一安排，提前做好規劃和準備，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雜的管理賦予智能的概念，使操作者通過統一的硬件設施的配置實現管理技術和信息技術的相互融合與綜合集成，以實現日常檢修作業的高效性和經濟性。具體體現如下。

(1)通過每個工位統一設置的信息射頻卡，將檢修工件進行檢修的信息錄入到管理信息系統中，并結合歷史檔案對檢修內容和工件的檢修狀態進行自動分析，給出一個合理的檢修結論，保證整個車間的檢修作業有序進行。

(2)檢修信息的自動錄入在管理系統中實現了軸頸和軸承，車軸和車輪，輪對和構架，轉向架與車體的智能選配，達到了工件間的最佳配合。

(3)在管理系統中設置安全聯控裝置，保證工件的完整作業過程不受下一個工件的影響，保證工件和設備的安全。

(4)通過信息化管理實現了檢修工件和備件、配件的物流管理和壽命管理。

(5)部件統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量，使設備維護更加方便。

(6)系統集成以全面項目管理為表現形式，通過對系統的設計、設備供貨、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，達到系統及設備最優化匹配，良好的性價比，滿足合同的要求。通過設備集成技術，嚴格選擇供貨商和設備，滿足設備的性能和技術指標，保證設備的質量，并以較為合理的價格訂貨，提高性價比，實現設備集成的目標，即“最優化匹配”。

5 系統集成模式的特點

深入分析系統集成模式有以下幾個顯著特點:

(1)技術系統集成要以滿足未來運輸需求為根本出發點，通過系統內各子系統技術方案的比選和對總體技術方案的整體優化，不追求子系統最好，但要實現整體最優的建設目標。性能價格比的高低是系統集成能否成功實施的重要因素。

(2)系統集成不是簡單的設備選購，而應體現在技術創新方面。對國內設備進行研究，對國外先進技術進行借鑒，并形成了各自的技術標準體系。

(3)系統集成包含技術集成、工程集成、管理集成等方面，是一項綜合性的系統工程。技術集成是系統集成技術指標實現的關鍵，工程集成是系統集成成功實施的保障，管理集成是系統集成最終效果的體現。

(4)技術、設備、人力、設計、施工、管理等各種資源得到充分整合，大大減少了接口環節，最大化地避免工程中不可預見的各種缺陷、弊端和遺憾。

6 結語

系統集成不是簡單的1+1=2的概念，它是一種技術的創新，是對投資成本的節約，并實現1+1＞2效果。除了將單項技術有效集成和組織之外，還達到了將工程和管理再創新的過程，是目前最適合我國鐵路建設任務重，時間緊，專業化程度高的需求，是完全適合國家“支撐發展，引領未來”的戰略方向的，屬于重要的技術與體系創新，并具有普遍的指導意義。

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