內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品技術(shù)平臺建設(shè)路徑探析

李培功 仲懷清

摘 要：通過分析中國內(nèi)燃機(jī)車制造企業(yè)面臨的全球化競爭挑戰(zhàn)，提出在內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品規(guī)劃和技術(shù)管理層面應(yīng)對挑戰(zhàn)的具體措施。總結(jié)歸納出內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品技術(shù)平臺的建設(shè)路徑以及具體的實(shí)施步驟，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品從訂單設(shè)計(jì)到訂單配置的技術(shù)跨越。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品技術(shù)平臺；模塊庫；模塊化設(shè)計(jì)；重用；訂單配置

隨著鐵道行業(yè)近10年來的高速發(fā)展，中國軌道交通裝備越來越多地參與國際化競爭。按近年的銷售臺份統(tǒng)計(jì)，在內(nèi)燃機(jī)車市場中GE公司與EMD公司占有主要份額，其后就是中國市場的兩家主要制造商——中國南車和中國北車。截止到2014年，南北車面向海外市場交付機(jī)車?yán)塾?jì)近千臺。在市場提供巨大商機(jī)的同時(shí)，國內(nèi)內(nèi)燃機(jī)車制造企業(yè)及內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品本身均面臨更為具體和苛刻的挑戰(zhàn)。

1 國內(nèi)內(nèi)燃機(jī)車行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)市場每年內(nèi)燃機(jī)車的采購量大概在200-300臺左右，隨著鐵路電氣化率的逐年上升，內(nèi)燃機(jī)車的市場總體容量呈現(xiàn)不斷萎縮的狀況。市場的變化促使相關(guān)制造企業(yè)更多的尋求出口業(yè)務(wù)的支撐，由于出口機(jī)車的目標(biāo)市場分布區(qū)域廣，用戶需求多樣化，致使出口內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品具有小批量、多品種的特點(diǎn)，給企業(yè)在交期、質(zhì)量及成本方面均帶來巨大的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)前國內(nèi)大部分企業(yè)還主要以訂單設(shè)計(jì)（DTO）的方式進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)。在產(chǎn)品規(guī)劃階段缺乏對于客戶需求的足夠分析與提煉，難以做到需求的結(jié)構(gòu)化管理。另一方面，由于對產(chǎn)品譜系與技術(shù)特性的缺乏了解，在規(guī)劃產(chǎn)品時(shí)，往往很少考慮到零部件標(biāo)準(zhǔn)化與重用性的問題，并且由于設(shè)計(jì)者主觀經(jīng)驗(yàn)背景的不同，帶來了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與零部件類型的多樣化。這樣的內(nèi)部多樣性使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的復(fù)雜性不斷增加，生產(chǎn)線重用性降低，部件類型激增導(dǎo)致的庫存增加等等，反過來又增加了產(chǎn)品規(guī)劃的復(fù)雜度，使得產(chǎn)品規(guī)劃完全淹沒于無法調(diào)和的海量信息之中，項(xiàng)目的交期難以滿足、產(chǎn)品質(zhì)量損失風(fēng)險(xiǎn)較大且成本控制難以見效。

近年的數(shù)據(jù)表明中國企業(yè)平均每年出口的內(nèi)燃機(jī)車為100-150臺，其中大部分項(xiàng)目的交期為8-12個(gè)月，除去物料采購、生產(chǎn)制造的周期，研發(fā)周期基本縮短為2-4個(gè)月。內(nèi)燃機(jī)車結(jié)構(gòu)復(fù)雜、接口眾多，由近上萬個(gè)零部件組裝而成，在2-4個(gè)月的周期內(nèi)明顯難以完成正常的研發(fā)流程。

另外，由于企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識沒有得到系統(tǒng)有效的管理，知識的共享困難，缺乏知識的積累機(jī)制和工具實(shí)現(xiàn)，大量的產(chǎn)品知識和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)停留在工程技術(shù)人員的大腦中，成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及失敗的設(shè)計(jì)教訓(xùn)無法得到有效的傳承，導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量不高、設(shè)計(jì)更改增加。

一個(gè)產(chǎn)品的成本在設(shè)計(jì)階段就已被確定70%左右，可以說設(shè)計(jì)的水平很大程度上決定了產(chǎn)品的競爭力。傳統(tǒng)的訂單設(shè)計(jì)方式意味著車型種類的增加將使得零部件數(shù)量激增且相關(guān)度較低，無法實(shí)現(xiàn)有效的重用，這些因素將直接增加產(chǎn)品的復(fù)雜性、延長工程時(shí)間、增加供應(yīng)商數(shù)量，進(jìn)而給項(xiàng)目帶來巨大的成本壓力。

2 應(yīng)對挑戰(zhàn)的措施

在全球化競爭的大背景下，中國企業(yè)在展現(xiàn)蓬勃活力的同時(shí)也深刻體會到與歐美傳統(tǒng)軌道交通裝備制造巨頭的差距。上述面臨的挑戰(zhàn)迫使國內(nèi)企業(yè)就技術(shù)如何更快更好地為市場服務(wù)等命題做了諸多的探索。通過近年來眾多出口項(xiàng)目的摸索與實(shí)踐，同時(shí)結(jié)合與歐美先進(jìn)企業(yè)的交流合作，基本上形成了應(yīng)對內(nèi)燃機(jī)車行業(yè)挑戰(zhàn)的產(chǎn)品規(guī)劃及技術(shù)管理層面的措施，即進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品技術(shù)平臺建設(shè)。

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的介紹，經(jīng)過最近20年的發(fā)展，目前世界主要機(jī)車車輛制造公司都建成了自己的機(jī)車車輛平臺，少的有1～3種，多的達(dá)10～11種。這些機(jī)車產(chǎn)品平臺體現(xiàn)了工業(yè)化發(fā)展進(jìn)入了新的境界、新的高度，每個(gè)平臺均被各自的企業(yè)視為“核心機(jī)密”，當(dāng)然這里還包括了研發(fā)機(jī)車平臺產(chǎn)品所涉及到的技術(shù)、方法和工具等。同行業(yè)的西門子和龐巴迪近年來通過產(chǎn)品技術(shù)平臺的建立，有效地改善了價(jià)值鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，采用這些措施已成為這些領(lǐng)軍企業(yè)引領(lǐng)市場的共識。

3 產(chǎn)品技術(shù)平臺核心內(nèi)涵及建設(shè)目標(biāo)

產(chǎn)品技術(shù)平臺是信息化管理系統(tǒng)與產(chǎn)品（系統(tǒng)、零部件）模塊庫平臺的有機(jī)整合。它的基本原理是通過信息化設(shè)計(jì)平臺如（PDM）管理，將納入技術(shù)平臺的系統(tǒng)和零件（模塊庫）進(jìn)行重用和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高質(zhì)量、低成本和短的交貨期。

同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)平臺扮演一個(gè)知識交互與傳播的角色，它可以加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師與產(chǎn)品技術(shù)平臺專家的經(jīng)驗(yàn)分享，加強(qiáng)總體設(shè)計(jì)師和子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的協(xié)同，是產(chǎn)品研發(fā)與模塊開發(fā)協(xié)同一個(gè)平臺。因此可以說產(chǎn)品技術(shù)平臺是實(shí)現(xiàn)企業(yè)知識、經(jīng)驗(yàn)的傳承利用和不斷聚集企業(yè)知識的最佳載體。

產(chǎn)品技術(shù)平臺建設(shè)的根本目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速、高效集成，最終實(shí)現(xiàn)從訂單設(shè)計(jì)（DTO）到訂單配置（CTO）。

4 內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品技術(shù)平臺建設(shè)路徑

產(chǎn)品技術(shù)平臺建設(shè)是一項(xiàng)基礎(chǔ)性、長期性的工作，要始終能反映企業(yè)的最新技術(shù)成果，滿足市場的需求。國內(nèi)內(nèi)燃機(jī)車制造企業(yè)均有各自企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)史，形成了各自不同的內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品研發(fā)基礎(chǔ)。但總體來講，內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品技術(shù)平臺建設(shè)的目標(biāo)和內(nèi)涵是趨于一致的，工作的對象無外乎既有產(chǎn)品以及面向未來市場需求所需研發(fā)的產(chǎn)品。在借鑒不同行業(yè)的成熟經(jīng)驗(yàn)及同行業(yè)先進(jìn)案例的基礎(chǔ)上，作者結(jié)合自身工作經(jīng)歷，將內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品技術(shù)平臺的建設(shè)路徑總體歸納為以下四大步驟：

（1）基于企業(yè)既有產(chǎn)品及未來市場需求，通過梳理、分析和重新規(guī)劃、設(shè)計(jì)，構(gòu)建以產(chǎn)品子系統(tǒng)、零部件為基礎(chǔ)的模塊化件庫。

（2）通過信息化手段（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)），將納入平臺的系統(tǒng)和零部件（模塊庫）進(jìn)行優(yōu)化，使其具備模塊化特征亦即標(biāo)準(zhǔn)化的接口策略。

（3）通過在具體產(chǎn)品研發(fā)過程中對優(yōu)化后系統(tǒng)和零部件（模塊庫）的重用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速集成。

（4）通過產(chǎn)品技術(shù)平臺的不斷筑高（亦即模塊件庫的不斷完善及創(chuàng)新），構(gòu)建滿足市場需求的內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品譜系，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從訂單設(shè)計(jì)到訂單配置的跨越。

5 內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品技術(shù)平臺建設(shè)實(shí)施步驟

5.1 既有產(chǎn)品實(shí)施步驟

基于企業(yè)既有產(chǎn)品，圍繞標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的分級選用、零部件級模塊的簡統(tǒng)整合及成本系數(shù)設(shè)置、基礎(chǔ)模塊庫的建立等層面，自下而上地豐富平臺的內(nèi)涵。主要工作是梳理、分析、規(guī)范及簡統(tǒng)。

5.1.1 規(guī)范通用件、標(biāo)準(zhǔn)件的選用準(zhǔn)則

根據(jù)企業(yè)采購、工藝、生產(chǎn)等部門提供的物資目錄、通用工裝設(shè)備、模具規(guī)格（如彎管模、壓型模、鑄模等），確定管材、板材、型材等通用件的設(shè)計(jì)優(yōu)選規(guī)格，形成優(yōu)選系列及備用系列。建立上述通用件庫，供設(shè)計(jì)人員選用。凡超出以上優(yōu)選規(guī)格部分，按照審批矩陣嚴(yán)格控制。

加強(qiáng)對企業(yè)已建成標(biāo)準(zhǔn)件庫的應(yīng)用管理，除特殊情況外，必須在已有標(biāo)準(zhǔn)件庫中進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)。

5.1.2 提高系統(tǒng)及部件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)水平

梳理既有機(jī)車系統(tǒng)、部件數(shù)據(jù)，對實(shí)現(xiàn)同一功能的系統(tǒng)、部件進(jìn)行對比、分析、簡統(tǒng)，形成優(yōu)選的系統(tǒng)、部件數(shù)據(jù)庫。通過對優(yōu)選數(shù)據(jù)庫中可兼容系統(tǒng)、部件的搭配組合，形成快速響應(yīng)用戶需求的產(chǎn)品。

5.2 面向未來市場需求所需研發(fā)產(chǎn)品的實(shí)施步驟

以滿足目標(biāo)市場需求為導(dǎo)向，對于全新研發(fā)的產(chǎn)品實(shí)施整合、分散、再整合的深入模塊化設(shè)計(jì)，自上而下地進(jìn)行產(chǎn)品平臺的規(guī)劃以及相應(yīng)部件的模塊化設(shè)計(jì)。

5.2.1 整合

分析機(jī)車要實(shí)現(xiàn)的功能，將機(jī)車主要功能分解為各子功能，配置實(shí)現(xiàn)各子功能的系統(tǒng)及其所包含的部件，將零部件整合為功能模塊。

5.2.2 分散

分析各功能模塊的特性，從提高預(yù)組裝程度、可獨(dú)立測試、提高可維修性、提高互換性等方面分析，重新劃分結(jié)構(gòu)模塊的必要性，如柴油機(jī)、轉(zhuǎn)向架此類功能模塊已無必要進(jìn)行重新劃分和定義。

根據(jù)上述分析的結(jié)論，對于有必要重新劃分的模塊，制定模塊化策略，確定接口定義，規(guī)范輸入、輸出接口，形成標(biāo)準(zhǔn)的接口要求。制定模塊策略和定義標(biāo)準(zhǔn)接口是最為核心的工作，策略及接口定義的是否得當(dāng)，將直接關(guān)系模塊的兼容性和被兼容性，進(jìn)而影響后續(xù)的模塊被整合能力亦即產(chǎn)品的快速集成能力。此兩項(xiàng)工作需重點(diǎn)突破。

按照制定的模塊化策略和定義的標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行模塊的細(xì)化設(shè)計(jì)工作，輸出模塊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

5.2.3 再整合

通過具體研發(fā)任務(wù)的沉淀，形成選擇范圍較廣的系統(tǒng)或部件模塊化數(shù)據(jù)庫，可進(jìn)行菜單式選擇，通過對數(shù)據(jù)庫中可兼容模塊的組合，快速實(shí)現(xiàn)機(jī)車子功能或部分功能，通過這些功能的組合，最終搭建完整的機(jī)車產(chǎn)品，整合過程見圖1。

5.3 構(gòu)建具有核心內(nèi)涵的內(nèi)燃機(jī)車譜系

通過上述工作的實(shí)施可以看出產(chǎn)品技術(shù)平臺建設(shè)的核心是模塊化設(shè)計(jì)和模塊庫建設(shè)。美國和歐洲國家的一些鐵路機(jī)車制造企業(yè)，已經(jīng)廣泛使用模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用模塊化的產(chǎn)品開發(fā)模式并行開發(fā)功能與策略獨(dú)立的模塊實(shí)體，以此為基礎(chǔ)通過配置方式快速響應(yīng)前端客戶的需求。模塊庫是面向特定市場范圍的產(chǎn)品系列（產(chǎn)品族）所共享的核心資源的集合。通過模塊庫對模塊研發(fā)進(jìn)行全生命周期的管理，也是企業(yè)的設(shè)計(jì)知識管理庫。

在形成企業(yè)的基礎(chǔ)模塊庫建設(shè)后，可以圍繞機(jī)車功能、運(yùn)用特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)，通過對模塊庫中模塊的不斷重用，打造機(jī)車整車級的平臺，同時(shí)完成對模塊庫的不斷完善和創(chuàng)新。形成客運(yùn)、貨運(yùn)、調(diào)機(jī)及內(nèi)燃動車等產(chǎn)品“譜”，并以此“譜”為基礎(chǔ)，通過動力單元、冷卻單元及走行部單元等的不同組合形成不同功率等級的同一系產(chǎn)品，如2000、4000、6000系（類似SUV、轎車的分類作為汽車產(chǎn)品的“譜”，3、5、7系作為汽車產(chǎn)品的“系”）。最終形成可滿足不同市場需求的內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品譜系規(guī)劃。

6 結(jié)束語

從價(jià)值鏈分析，產(chǎn)品技術(shù)平臺建設(shè)不僅可以減少產(chǎn)品的研發(fā)、制造和試驗(yàn)周期，快速組合出各種產(chǎn)品，也可以降低采購和制造成本，同時(shí)，還能提高產(chǎn)品的可靠性和可維護(hù)性。模塊化設(shè)計(jì)也使產(chǎn)品更易于實(shí)現(xiàn)工位化、節(jié)拍化制造。在產(chǎn)品小批量，大批次化日趨明顯的前提下，實(shí)現(xiàn)菜單化的設(shè)計(jì)和制造才是企業(yè)發(fā)展之路。內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品技術(shù)平臺建設(shè)更是中國內(nèi)燃機(jī)車制造企業(yè)應(yīng)對全球化競爭的重要手段，是其他競爭對手無法復(fù)制的技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：李培功（1982-），男，甘肅臨潭人，工程師。

仲懷清（1969-），男，江蘇寶應(yīng)人，教授級高級工程師。