大功率机车检修基地的系统集成设计体系

邢天祥

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

1 概述

大功率交流机车的应用，极大地缓解了我国货运的“瓶颈”问题。随之配套的检修技术也需要我们重新研究和思考，我国传统的车型是直流牵引技术，面对目前大功率机车的交直交牵引技术，检修工艺、检修模式也没有可参考性。结合我国的特殊国情和运营需求，需要一整套符合我国国情的检修工艺、检修模式、检修装备。根据我国铁路分布及运营需求，我国正在建设天津、广州、哈尔滨、武汉、上海五大大功率机车检修基地，规划建设成都、西安基地，以满足机车检修需要，这些基地的设计、建设、管理都需要一整套全新的体系。

2 检修基地的特殊性及存在问题

目前，我国投入使用的大功率机车车型主要有HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD2、HXD2B、HXD3、HXD3B、HXD3C、HXN3、HXN5 等，根据地区范围配属的车型各基地需要现实兼容修，由于各车型特性不同，检修工艺、检修装备、检修需求等都存在差异，以转向架和轮轴检修为例，转向架有两轴转向架和三轴转向架;构架形式又分为“目”字型“月”字型“日”字型;轮轴有带制动盘和不带制动盘;牵引箱和抱轴箱有整体式的和分体式等。

由于机车的复杂性，决定了检修基地设计的复杂性;另外，由于我国铁路的特殊性，决定了我国的大功率机车检修基地是世界上规模较大的机车基地，同时也是技术先进，兼容性强的检修基地，传统的设计方法很难适应，因此，需要在设计中进行系统集成规划。

3 检修基地系统设计体系

严格地说，检修基地的系统设计体系是系统设计与计算机技术在铁路基地设计上的结合。在实践中，我们探索出一套利用现代化的计算机技术，实现检修基地的全新设计模式，作为检修基地设计的解决方案，在路内首次实现了检修基地的系统化设计。

首先，利用虚拟现实技术，按1∶1的比例建立HXN3、HXN5型机车整车模型，并能够实现机车的全拆、全解、全组装，把机车分解到部件，重要部件分解到零件，甚至分解到螺丝、螺母，同时也能把零件组装成部件，把部件组装成机车，这在国内铁路行业尚属首次，也是系统化设计的前提和基础;然后按1∶1的比例建立检修基地、检修库房的模型，并把检修流程的全过程在计算机上进行动态模拟，保证各环节畅通，最后，用三维设计、工业化设计和工程仿真的手段实现了整个检修车间所有装备在计算机上的设计、制造、安装和调试过程动态模仿，最大限度地保证了检修装备现场使用的可靠性，并且用信息化技术将多专业的检修内容集成在一起，实现了设备间的功能、参数、软件等接口的匹配。这样的系统设计方式，摆脱了传统设计中，各个环节脱节的现象，同时，利用现代的计算机技术进行模拟、动态仿真，可以事先发现检修工艺的缺陷、设备缺陷等，避免了事后检验。

系统规划设计分为工艺设计环节、工位设计环节、工装设备设计环节，保证系统规划设计的合理性。

工艺设计环节需要对车型的分解、修理、检测、组装、试验等各细节的需求进行充分研究，同时对所有车型进行统计、分析，找出检修的个性和共性的需求，根据该需求进入工位设计环节。

工位设计环节:为了避免工位的重复设置，又要保证流水检修的顺畅，同时还要解决各车型检修个性的需求，实现检修的共有、备用和功能的互补，就需要对检修布局规划、物流规划进行柔性的设计，将检修量、生产节拍、作业工时、物流、人流等综合因素同时考虑，而且还要针对投资总额和中长期的需求进行功能的预留。

工装设备设计环节:工艺和布局的合理性是通过工装设备来现实，工装设备研究和确定环节是最关键和最重要的环节，工装设备的功能直接控制着工艺和布局的变化，同时也决定着投资额度的变化。因此，需要对国内外各档次的工装设备进行研究和比选。

在系统规划过程中，工艺设计、工位设计、工装设备设计三大环节形成了一个闭形循环体系，三者之间彼此关联、彼此制约，直至达到循环畅通即整体规划完成。

4 系统集成的创新体系

传统思路理解检修基地就是由多个专业厂家将专业设备提供给检修基地安装即可，但传统的建设模式都是在原基础上改造或小规模的新增，对于这么大规模的建设在全世界也是少有的，简单传统的拼积木式的建设模式势必造成各环节间脱节。经过对国内检修行业的解析和对国外检修模式的研究，检修基地项目就必须进行系统集成。所谓的系统集成，可以简单地理解成一个由各个部件组合起来的有机整体，不能单纯关注单工序单设备的功能实现，而要更多的以铁路系统安全维护、检修检测等整体性和系统性的将技术、工程、管理的集成相结合，提供全周期的系统解决方案。

4.1 技术集成

技术集成是在将整个检修基地在设计的过程看作一套整体的系统，车间内的每一项检修流水线作为其中的一个技术单元，充分考虑到技术单元和整体系统间以及技术单元之间的有机联系，使每一项检修装备协调一致，保证工序间的作业。其中，转向架检修是整个机车和车辆检修中最复杂，涉及技术面最广，使用设备最多的部分，也是对机车和车辆运营安全影响最大的一个环节。尤其是大功率机车的检修，更是要求自动化程度高，检修作业量大，装备的技术先进和不同车型的兼容，通过整套流水化的自动输送系统和信息化管理系统，将清洗、分解、测量、抛丸、探伤、喷涂、组装、试验等检修技术集成起来，整套体系要从以下几个方面统筹规划，才能够实现所有作业的联控和一致。

通过对不同车型的检修规程的研究，结合检修量，设计检修工艺流程并配置检修装备，并根据检修能力、实际工作时间和作业习惯进行合理布局;对不同的检修作业内容，调研国内外最先进的检修技术，并与相关成熟的设备厂家进行技术交流，使设备满足整个检修工艺的实现;结合设备布局，对检修装配和拆卸下来的部件进行统一的物流通道规划，使其达到作业畅通;将检修工艺、设备布局、物流通道规划作为输入条件，系统研究流水线及每台设备，并且通过三维设计将每台设备在计算机上设计出来，并且进行联调、联试，测试它的功能和实用性，并同时制定接口管理计划，解决设备间的接口问题，才能保证在实际中的使用，并实现流水修的检修作业模式。

4.2 工程集成

工程集成是建立在技术集成的基础之上，工程集成是将所有技术集成设备的部件进行统一规划，并且借助工业化设计的手段实现设备和整个车间的色彩、标识和风格的统一，并且为具体施工提供指导，减少现场施工的协调工作，实现最高的工作效率。工程集成主要从以下几方面进行考虑。

(1)对设备使用的主要元器件统一品牌，进行标准化规划，如:液压站、工控机、显示器、汽缸、接触器、开关、阀门等，方便整个车间的备品备件的管理和部件维修。

(2)对所有设备的布线:风、水、电、气和信息管线的布设统一规划，方便施工和日常的检修维护。

(3)对所有设备的盖板、扶梯和地坑风格统一，美观大方;每个工位的信息采集方式和位置统一，每个工位的作业操作牌位置形式统一。

(4)统一工控机的造型、颜色和品牌，使整个车间作业整齐，操作方法易于掌握;液压站使用统一的品牌，用统一的外罩进行修饰，便于维护和管理。

(5)每条作业线的标识方式和风格统一，每条作业线都有一个指示牌，在主通道内可以清楚地识别不同作业线区域;对车间的整体管理的标识统一，例如转盘、小车、地坑等需用警戒线标识，设备的作业区域用黄色线标识等。

(6)所有设备的附属件放置的位置统一，工件存放架和工具存放架的造型、颜色统一，与车间整体的风格一致，搬运车的选型和使用经济，配置数量合理，实现使用中可共用和互换。

(7)使用三维的基础设计，在计算机上实现整个车间真实的基础再现，保证设备基础之间合理布设，设备基础和管线之间合理布设和设备基础和建筑基础的合理布设，消除因没有处理好之间基础关系产生的隐患。

(8)在设备入场前制定统一的设备入场计划，对设备存放、吊运、安装和调试进行统一的规划和安排，达到现场的有序和高效。

(9)在整套体系设计中制定出接口管理计划，减少施工中的接口对接工作，保证整套系统在最短的时间内完成。

(10)对设备的资料和培训进行统一安排，提前做好规划和准备，保证与用户使用和管理的有效配合。

4.3 管理集成

管理集成突出的特点就是利用集成的原理将复杂的管理赋予智能的概念，使操作者通过统一的硬件设施的配置实现管理技术和信息技术的相互融合与综合集成，以实现日常检修作业的高效性和经济性。具体体现如下。

(1)通过每个工位统一设置的信息射频卡，将检修工件进行检修的信息录入到管理信息系统中，并结合历史档案对检修内容和工件的检修状态进行自动分析，给出一个合理的检修结论，保证整个车间的检修作业有序进行。

(2)检修信息的自动录入在管理系统中实现了轴颈和轴承，车轴和车轮，轮对和构架，转向架与车体的智能选配，达到了工件间的最佳配合。

(3)在管理系统中设置安全联控装置，保证工件的完整作业过程不受下一个工件的影响，保证工件和设备的安全。

(4)通过信息化管理实现了检修工件和备件、配件的物流管理和寿命管理。

(5)部件统一品牌的选用为操作的标准化和通用化提供了可能，并且减少了备品的数量，使设备维护更加方便。

(6)系统集成以全面项目管理为表现形式，通过对系统的设计、设备供货、施工、检测和集成试验及试运行，最终以“交钥匙”工程总承包方式进行交接验收，达到系统及设备最优化匹配，良好的性价比，满足合同的要求。通过设备集成技术，严格选择供货商和设备，满足设备的性能和技术指标，保证设备的质量，并以较为合理的价格订货，提高性价比，实现设备集成的目标，即“最优化匹配”。

5 系统集成模式的特点

深入分析系统集成模式有以下几个显著特点:

(1)技术系统集成要以满足未来运输需求为根本出发点，通过系统内各子系统技术方案的比选和对总体技术方案的整体优化，不追求子系统最好，但要实现整体最优的建设目标。性能价格比的高低是系统集成能否成功实施的重要因素。

(2)系统集成不是简单的设备选购，而应体现在技术创新方面。对国内设备进行研究，对国外先进技术进行借鉴，并形成了各自的技术标准体系。

(3)系统集成包含技术集成、工程集成、管理集成等方面，是一项综合性的系统工程。技术集成是系统集成技术指标实现的关键，工程集成是系统集成成功实施的保障，管理集成是系统集成最终效果的体现。

(4)技术、设备、人力、设计、施工、管理等各种资源得到充分整合，大大减少了接口环节，最大化地避免工程中不可预见的各种缺陷、弊端和遗憾。

6 结语

系统集成不是简单的1+1=2的概念，它是一种技术的创新，是对投资成本的节约，并实现1+1＞2效果。除了将单项技术有效集成和组织之外，还达到了将工程和管理再创新的过程，是目前最适合我国铁路建设任务重，时间紧，专业化程度高的需求，是完全适合国家“支撑发展，引领未来”的战略方向的，属于重要的技术与体系创新，并具有普遍的指导意义。

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