結構化工藝設計及仿真在鐵路客車中的應用研究

李鵬宇

（長春軌道客車股份有限公司信息化部,長春 130000）

0 前言

隨著我國制造技術不斷發展，加上軌道交通產業迅速膨脹，使得軌道交通經濟快速的成為了我國的經濟支柱。軌道交通產業在社會中的地位越來越高，加上人們生活水平不斷提高，這也使得人們對軌道客車的要求越來越高，不僅在原有的安全基礎上，還需要朝著人性化、功能多樣化等方面不斷的改進和完善，實現這些優化和改進，必須要依靠更為先進和更為高效的設計制造體系才能夠達成，其中制造信息化技術將成為鐵路客車設計所必須依賴的工具。

1 結構化工藝設計

（1）結構化工藝結構的建立。建立結構化工藝結構是鐵路客車結構化工藝設計的前提和基礎，建立結構化工藝結構能夠對鐵路客車的關聯部件、工裝工具、臺位、班組等之間的裝配關系進行隨時的查看，從而能夠對整體鐵路客車的裝配動態、裝配優缺點等進行掌握，進而進行有效的優化。

目前結構化工藝設計中的三維結構化工藝設計技術運用的較為廣泛，其主要以EBOM為基礎，在Teamcenter軟件中的MSE模塊中實現，目前的工藝結構的建立主要有兩種：一是人工手動建立，手動建立起時根據客車的要求，零部件的特點、工藝特點、安裝特點進行針對性的建立；二是從工藝資源庫中根據同類型的鐵路客車和采用的典型工藝為模板進行自動結構創建，再根據實際情況對系統建立的不完善的地方進行修改或完善。工藝結構的整體結構如下：先根據客車的節點建立起總工藝，總工藝中包含子工藝，每項子工藝中又有總工序，總工序中包含了子工序，子工序中的每個零部件都分配了對應的工序，當工藝結構建立后則生成MBOM。

（2）零部件工藝的設計。結構化工藝結構建立后，接下來的工作則是對零部件的設計，零部件的工藝設計需要緊密的和鐵路客車的整體工藝關聯，如關聯相關的工裝、班組、臺位等。

（3）三維工裝設計。三維工裝設計作為整個設計工藝中的重要內容，在未來也必將成為了設計的趨勢。利用MSE進行二次開發能夠建立起工裝設計文件類型、工裝對象以及工裝設計任務書，從而實現基于CATIA三維工裝的設計。

（4）報表的輸出。當工藝設計人員將整個客車的結構化工藝設計完成時，系統的報表輸出功能能夠將設計人員的各項設計數據打印出來，通過報表生成將鐵路客車的設計信息以報表的形式展現出來，如零部件的工藝參數、裝配序列、工藝要求等，然后將報表作為用于生產的依據。

2 模擬仿真

當基于EBOM工藝設計任務完成后，設計的內容是否能夠真實的滿足實際生產成為了考核設計是否科學、完善的重要內容，通過以往的經驗來看，曾經的二維CAD圖紙無法滿足模擬仿真驗證，鑒于該情況，本文就選擇三維數字化工藝設計由計算機來實現模擬的裝配仿真和驗證。Tecnomatix就是一套數字化制造較為科學完善的方法，其能夠幫助鐵路客車制造企業將客車、資源、使用的工藝等信息全面的關聯在一起，任何一個零部件的參數出現變化均能夠在對應的元素上表現出來，從而讓設計工藝人員能夠準確的掌握鐵路客車在制造過程中的所有信息，從而做出相應的完善工作。以下就以某鐵路客車的典型工藝進行模擬的裝配和仿真，具體步驟如下：一是先建立起模擬的裝配場景，模擬裝配場景根據以往實際裝配的經驗上建立，模擬裝配場景需要具有代表性，能夠反映出了真實的裝配問題；二是建立起所有鐵路客車的工藝資源關聯和行為模型，獲取工藝資料庫分類結構中和需要進行仿真工序相關的工具、工裝等，對所有需要使用到的資源進行行為建模；三是實現模擬裝配，模擬裝配仿真采用的技術是上述提到的三維數字化模型，先進行數據重構，然后在根據工藝資源庫中的實際零部件的工藝技術參數、裝配的流程，并充分的結合裝配的施工臺位、班組以及設備工裝等進行模擬仿真，然后利用模擬裝配干涉檢驗功能對模擬裝配組件與組件間、裝配組件與工裝工具間的關系進行干涉檢測，以檢驗出鐵路客車設計中各組件是否具有可裝配性。當設計中的各組件可裝配性完全符合要求時則還需要模擬裝配過程中裝配人員的可操作性和舒適性，從中來檢測裝配人員是否難以操作、是否容易疲勞、是否受到空間限制等，最后根據所有的模擬仿真結果對組件的設計進行優化，在滿足鐵路客車實際要求和工藝技術要求的同時讓裝配人員操作起來更加簡便和更加舒適。

3 結束語

本文主要分析了在Teamcenter環境下和Tecnomatix環境下的結構化工藝設計和仿真，結構化工藝設計的優勢在于使鐵路客車在整個設計時流程和步驟較為明確，能夠有效的減少工藝設計的周期，提高設計的效率，而模擬仿真則可以對結構化工藝設計進行驗證，檢測設計是否滿足實際的要求，在此基礎上對設計進行優化和完善，以有利于制造出性能更優越的鐵路客車。

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