內燃機車產品技術平臺建設路徑探析

李培功 仲懷清

摘 要：通過分析中國內燃機車制造企業面臨的全球化競爭挑戰，提出在內燃機車產品規劃和技術管理層面應對挑戰的具體措施。總結歸納出內燃機車產品技術平臺的建設路徑以及具體的實施步驟，實現內燃機車產品從訂單設計到訂單配置的技術跨越。

關鍵詞：產品技術平臺；模塊庫；模塊化設計；重用；訂單配置

隨著鐵道行業近10年來的高速發展，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計，在內燃機車市場中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車累計近千臺。在市場提供巨大商機的同時，國內內燃機車制造企業及內燃機車產品本身均面臨更為具體和苛刻的挑戰。

1 國內內燃機車行業面臨的挑戰

據不完全統計，國內市場每年內燃機車的采購量大概在200-300臺左右，隨著鐵路電氣化率的逐年上升，內燃機車的市場總體容量呈現不斷萎縮的狀況。市場的變化促使相關制造企業更多的尋求出口業務的支撐，由于出口機車的目標市場分布區域廣，用戶需求多樣化，致使出口內燃機車產品具有小批量、多品種的特點，給企業在交期、質量及成本方面均帶來巨大的風險。

當前國內大部分企業還主要以訂單設計（DTO）的方式進行產品的研發。在產品規劃階段缺乏對于客戶需求的足夠分析與提煉，難以做到需求的結構化管理。另一方面，由于對產品譜系與技術特性的缺乏了解，在規劃產品時，往往很少考慮到零部件標準化與重用性的問題，并且由于設計者主觀經驗背景的不同，帶來了產品結構與零部件類型的多樣化。這樣的內部多樣性使得產品設計與驗證的復雜性不斷增加，生產線重用性降低，部件類型激增導致的庫存增加等等，反過來又增加了產品規劃的復雜度，使得產品規劃完全淹沒于無法調和的海量信息之中，項目的交期難以滿足、產品質量損失風險較大且成本控制難以見效。

近年的數據表明中國企業平均每年出口的內燃機車為100-150臺，其中大部分項目的交期為8-12個月，除去物料采購、生產制造的周期，研發周期基本縮短為2-4個月。內燃機車結構復雜、接口眾多，由近上萬個零部件組裝而成，在2-4個月的周期內明顯難以完成正常的研發流程。

另外，由于企業的產品設計知識沒有得到系統有效的管理，知識的共享困難，缺乏知識的積累機制和工具實現，大量的產品知識和設計經驗停留在工程技術人員的大腦中，成功的設計經驗以及失敗的設計教訓無法得到有效的傳承，導致設計質量不高、設計更改增加。

一個產品的成本在設計階段就已被確定70%左右，可以說設計的水平很大程度上決定了產品的競爭力。傳統的訂單設計方式意味著車型種類的增加將使得零部件數量激增且相關度較低，無法實現有效的重用，這些因素將直接增加產品的復雜性、延長工程時間、增加供應商數量，進而給項目帶來巨大的成本壓力。

2 應對挑戰的措施

在全球化競爭的大背景下，中國企業在展現蓬勃活力的同時也深刻體會到與歐美傳統軌道交通裝備制造巨頭的差距。上述面臨的挑戰迫使國內企業就技術如何更快更好地為市場服務等命題做了諸多的探索。通過近年來眾多出口項目的摸索與實踐，同時結合與歐美先進企業的交流合作，基本上形成了應對內燃機車行業挑戰的產品規劃及技術管理層面的措施，即進行內燃機車產品技術平臺建設。

據相關文獻的介紹，經過最近20年的發展，目前世界主要機車車輛制造公司都建成了自己的機車車輛平臺，少的有1～3種，多的達10～11種。這些機車產品平臺體現了工業化發展進入了新的境界、新的高度，每個平臺均被各自的企業視為“核心機密”，當然這里還包括了研發機車平臺產品所涉及到的技術、方法和工具等。同行業的西門子和龐巴迪近年來通過產品技術平臺的建立，有效地改善了價值鏈的各個環節，采用這些措施已成為這些領軍企業引領市場的共識。

3 產品技術平臺核心內涵及建設目標

產品技術平臺是信息化管理系統與產品（系統、零部件）模塊庫平臺的有機整合。它的基本原理是通過信息化設計平臺如（PDM）管理，將納入技術平臺的系統和零件（模塊庫）進行重用和優化，實現產品的高質量、低成本和短的交貨期。

同時，產品技術平臺扮演一個知識交互與傳播的角色，它可以加強產品設計師與產品技術平臺專家的經驗分享，加強總體設計師和子系統設計師的協同，是產品研發與模塊開發協同一個平臺。因此可以說產品技術平臺是實現企業知識、經驗的傳承利用和不斷聚集企業知識的最佳載體。

產品技術平臺建設的根本目標是實現產品的快速、高效集成，最終實現從訂單設計（DTO）到訂單配置（CTO）。

4 內燃機車產品技術平臺建設路徑

產品技術平臺建設是一項基礎性、長期性的工作，要始終能反映企業的最新技術成果，滿足市場的需求。國內內燃機車制造企業均有各自企業的產品研發史，形成了各自不同的內燃機車產品研發基礎。但總體來講，內燃機車產品技術平臺建設的目標和內涵是趨于一致的，工作的對象無外乎既有產品以及面向未來市場需求所需研發的產品。在借鑒不同行業的成熟經驗及同行業先進案例的基礎上，作者結合自身工作經歷，將內燃機車產品技術平臺的建設路徑總體歸納為以下四大步驟：

（1）基于企業既有產品及未來市場需求，通過梳理、分析和重新規劃、設計，構建以產品子系統、零部件為基礎的模塊化件庫。

（2）通過信息化手段（產品數據管理系統），將納入平臺的系統和零部件（模塊庫）進行優化，使其具備模塊化特征亦即標準化的接口策略。

（3）通過在具體產品研發過程中對優化后系統和零部件（模塊庫）的重用，實現產品的快速集成。

（4）通過產品技術平臺的不斷筑高（亦即模塊件庫的不斷完善及創新），構建滿足市場需求的內燃機車產品譜系，最終實現產品從訂單設計到訂單配置的跨越。

5 內燃機車產品技術平臺建設實施步驟

5.1 既有產品實施步驟

基于企業既有產品，圍繞標準件、通用件的分級選用、零部件級模塊的簡統整合及成本系數設置、基礎模塊庫的建立等層面，自下而上地豐富平臺的內涵。主要工作是梳理、分析、規范及簡統。

5.1.1 規范通用件、標準件的選用準則

根據企業采購、工藝、生產等部門提供的物資目錄、通用工裝設備、模具規格（如彎管模、壓型模、鑄模等），確定管材、板材、型材等通用件的設計優選規格，形成優選系列及備用系列。建立上述通用件庫，供設計人員選用。凡超出以上優選規格部分，按照審批矩陣嚴格控制。

加強對企業已建成標準件庫的應用管理，除特殊情況外，必須在已有標準件庫中進行選擇設計。

5.1.2 提高系統及部件的模塊化、標準化設計水平

梳理既有機車系統、部件數據，對實現同一功能的系統、部件進行對比、分析、簡統，形成優選的系統、部件數據庫。通過對優選數據庫中可兼容系統、部件的搭配組合，形成快速響應用戶需求的產品。

5.2 面向未來市場需求所需研發產品的實施步驟

以滿足目標市場需求為導向，對于全新研發的產品實施整合、分散、再整合的深入模塊化設計，自上而下地進行產品平臺的規劃以及相應部件的模塊化設計。

5.2.1 整合

分析機車要實現的功能，將機車主要功能分解為各子功能，配置實現各子功能的系統及其所包含的部件，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，從提高預組裝程度、可獨立測試、提高可維修性、提高互換性等方面分析，重新劃分結構模塊的必要性，如柴油機、轉向架此類功能模塊已無必要進行重新劃分和定義。

根據上述分析的結論，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，規范輸入、輸出接口，形成標準的接口要求。制定模塊策略和定義標準接口是最為核心的工作，策略及接口定義的是否得當，將直接關系模塊的兼容性和被兼容性，進而影響后續的模塊被整合能力亦即產品的快速集成能力。此兩項工作需重點突破。

按照制定的模塊化策略和定義的標準接口進行模塊的細化設計工作，輸出模塊設計數據。

5.2.3 再整合

通過具體研發任務的沉淀，形成選擇范圍較廣的系統或部件模塊化數據庫，可進行菜單式選擇，通過對數據庫中可兼容模塊的組合，快速實現機車子功能或部分功能，通過這些功能的組合，最終搭建完整的機車產品，整合過程見圖1。

5.3 構建具有核心內涵的內燃機車譜系

通過上述工作的實施可以看出產品技術平臺建設的核心是模塊化設計和模塊庫建設。美國和歐洲國家的一些鐵路機車制造企業，已經廣泛使用模塊化產品設計方法，運用模塊化的產品開發模式并行開發功能與策略獨立的模塊實體，以此為基礎通過配置方式快速響應前端客戶的需求。模塊庫是面向特定市場范圍的產品系列（產品族）所共享的核心資源的集合。通過模塊庫對模塊研發進行全生命周期的管理，也是企業的設計知識管理庫。

在形成企業的基礎模塊庫建設后，可以圍繞機車功能、運用特點及結構，通過對模塊庫中模塊的不斷重用，打造機車整車級的平臺，同時完成對模塊庫的不斷完善和創新。形成客運、貨運、調機及內燃動車等產品“譜”，并以此“譜”為基礎，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品，如2000、4000、6000系（類似SUV、轎車的分類作為汽車產品的“譜”，3、5、7系作為汽車產品的“系”）。最終形成可滿足不同市場需求的內燃機車產品譜系規劃。

6 結束語

從價值鏈分析，產品技術平臺建設不僅可以減少產品的研發、制造和試驗周期，快速組合出各種產品，也可以降低采購和制造成本，同時，還能提高產品的可靠性和可維護性。模塊化設計也使產品更易于實現工位化、節拍化制造。在產品小批量，大批次化日趨明顯的前提下，實現菜單化的設計和制造才是企業發展之路。內燃機車產品技術平臺建設更是中國內燃機車制造企業應對全球化競爭的重要手段，是其他競爭對手無法復制的技術。

參考文獻

[1]陳篤.產品技術平臺建設-不能復制的企業核心競爭力[R].北京：中國南車中央研究院，2013.

[2]韓才元，王元珠.關于構建我國機車車輛產品技術平臺的設想[J].內燃機車，2007（1）.

作者簡介：李培功（1982-），男，甘肅臨潭人，工程師。

仲懷清（1969-），男，江蘇寶應人，教授級高級工程師。