内燃机车产品技术平台建设路径探析

李培功 仲怀清

摘 要：通过分析中国内燃机车制造企业面临的全球化竞争挑战，提出在内燃机车产品规划和技术管理层面应对挑战的具体措施。总结归纳出内燃机车产品技术平台的建设路径以及具体的实施步骤，实现内燃机车产品从订单设计到订单配置的技术跨越。

关键词：产品技术平台；模块库；模块化设计；重用；订单配置

随着铁道行业近10年来的高速发展，中国轨道交通装备越来越多地参与国际化竞争。按近年的销售台份统计，在内燃机车市场中GE公司与EMD公司占有主要份额，其后就是中国市场的两家主要制造商——中国南车和中国北车。截止到2014年，南北车面向海外市场交付机车累计近千台。在市场提供巨大商机的同时，国内内燃机车制造企业及内燃机车产品本身均面临更为具体和苛刻的挑战。

1 国内内燃机车行业面临的挑战

据不完全统计，国内市场每年内燃机车的采购量大概在200-300台左右，随着铁路电气化率的逐年上升，内燃机车的市场总体容量呈现不断萎缩的状况。市场的变化促使相关制造企业更多的寻求出口业务的支撑，由于出口机车的目标市场分布区域广，用户需求多样化，致使出口内燃机车产品具有小批量、多品种的特点，给企业在交期、质量及成本方面均带来巨大的风险。

当前国内大部分企业还主要以订单设计（DTO）的方式进行产品的研发。在产品规划阶段缺乏对于客户需求的足够分析与提炼，难以做到需求的结构化管理。另一方面，由于对产品谱系与技术特性的缺乏了解，在规划产品时，往往很少考虑到零部件标准化与重用性的问题，并且由于设计者主观经验背景的不同，带来了产品结构与零部件类型的多样化。这样的内部多样性使得产品设计与验证的复杂性不断增加，生产线重用性降低，部件类型激增导致的库存增加等等，反过来又增加了产品规划的复杂度，使得产品规划完全淹没于无法调和的海量信息之中，项目的交期难以满足、产品质量损失风险较大且成本控制难以见效。

近年的数据表明中国企业平均每年出口的内燃机车为100-150台，其中大部分项目的交期为8-12个月，除去物料采购、生产制造的周期，研发周期基本缩短为2-4个月。内燃机车结构复杂、接口众多，由近上万个零部件组装而成，在2-4个月的周期内明显难以完成正常的研发流程。

另外，由于企业的产品设计知识没有得到系统有效的管理，知识的共享困难，缺乏知识的积累机制和工具实现，大量的产品知识和设计经验停留在工程技术人员的大脑中，成功的设计经验以及失败的设计教训无法得到有效的传承，导致设计质量不高、设计更改增加。

一个产品的成本在设计阶段就已被确定70%左右，可以说设计的水平很大程度上决定了产品的竞争力。传统的订单设计方式意味着车型种类的增加将使得零部件数量激增且相关度较低，无法实现有效的重用，这些因素将直接增加产品的复杂性、延长工程时间、增加供应商数量，进而给项目带来巨大的成本压力。

2 应对挑战的措施

在全球化竞争的大背景下，中国企业在展现蓬勃活力的同时也深刻体会到与欧美传统轨道交通装备制造巨头的差距。上述面临的挑战迫使国内企业就技术如何更快更好地为市场服务等命题做了诸多的探索。通过近年来众多出口项目的摸索与实践，同时结合与欧美先进企业的交流合作，基本上形成了应对内燃机车行业挑战的产品规划及技术管理层面的措施，即进行内燃机车产品技术平台建设。

据相关文献的介绍，经过最近20年的发展，目前世界主要机车车辆制造公司都建成了自己的机车车辆平台，少的有1～3种，多的达10～11种。这些机车产品平台体现了工业化发展进入了新的境界、新的高度，每个平台均被各自的企业视为“核心机密”，当然这里还包括了研发机车平台产品所涉及到的技术、方法和工具等。同行业的西门子和庞巴迪近年来通过产品技术平台的建立，有效地改善了价值链的各个环节，采用这些措施已成为这些领军企业引领市场的共识。

3 产品技术平台核心内涵及建设目标

产品技术平台是信息化管理系统与产品（系统、零部件）模块库平台的有机整合。它的基本原理是通过信息化设计平台如（PDM）管理，将纳入技术平台的系统和零件（模块库）进行重用和优化，实现产品的高质量、低成本和短的交货期。

同时，产品技术平台扮演一个知识交互与传播的角色，它可以加强产品设计师与产品技术平台专家的经验分享，加强总体设计师和子系统设计师的协同，是产品研发与模块开发协同一个平台。因此可以说产品技术平台是实现企业知识、经验的传承利用和不断聚集企业知识的最佳载体。

产品技术平台建设的根本目标是实现产品的快速、高效集成，最终实现从订单设计（DTO）到订单配置（CTO）。

4 内燃机车产品技术平台建设路径

产品技术平台建设是一项基础性、长期性的工作，要始终能反映企业的最新技术成果，满足市场的需求。国内内燃机车制造企业均有各自企业的产品研发史，形成了各自不同的内燃机车产品研发基础。但总体来讲，内燃机车产品技术平台建设的目标和内涵是趋于一致的，工作的对象无外乎既有产品以及面向未来市场需求所需研发的产品。在借鉴不同行业的成熟经验及同行业先进案例的基础上，作者结合自身工作经历，将内燃机车产品技术平台的建设路径总体归纳为以下四大步骤：

（1）基于企业既有产品及未来市场需求，通过梳理、分析和重新规划、设计，构建以产品子系统、零部件为基础的模块化件库。

（2）通过信息化手段（产品数据管理系统），将纳入平台的系统和零部件（模块库）进行优化，使其具备模块化特征亦即标准化的接口策略。

（3）通过在具体产品研发过程中对优化后系统和零部件（模块库）的重用，实现产品的快速集成。

（4）通过产品技术平台的不断筑高（亦即模块件库的不断完善及创新），构建满足市场需求的内燃机车产品谱系，最终实现产品从订单设计到订单配置的跨越。

5 内燃机车产品技术平台建设实施步骤

5.1 既有产品实施步骤

基于企业既有产品，围绕标准件、通用件的分级选用、零部件级模块的简统整合及成本系数设置、基础模块库的建立等层面，自下而上地丰富平台的内涵。主要工作是梳理、分析、规范及简统。

5.1.1 规范通用件、标准件的选用准则

根据企业采购、工艺、生产等部门提供的物资目录、通用工装设备、模具规格（如弯管模、压型模、铸模等），确定管材、板材、型材等通用件的设计优选规格，形成优选系列及备用系列。建立上述通用件库，供设计人员选用。凡超出以上优选规格部分，按照审批矩阵严格控制。

加强对企业已建成标准件库的应用管理，除特殊情况外，必须在已有标准件库中进行选择设计。

5.1.2 提高系统及部件的模块化、标准化设计水平

梳理既有机车系统、部件数据，对实现同一功能的系统、部件进行对比、分析、简统，形成优选的系统、部件数据库。通过对优选数据库中可兼容系统、部件的搭配组合，形成快速响应用户需求的产品。

5.2 面向未来市场需求所需研发产品的实施步骤

以满足目标市场需求为导向，对于全新研发的产品实施整合、分散、再整合的深入模块化设计，自上而下地进行产品平台的规划以及相应部件的模块化设计。

5.2.1 整合

分析机车要实现的功能，将机车主要功能分解为各子功能，配置实现各子功能的系统及其所包含的部件，将零部件整合为功能模块。

5.2.2 分散

分析各功能模块的特性，从提高预组装程度、可独立测试、提高可维修性、提高互换性等方面分析，重新划分结构模块的必要性，如柴油机、转向架此类功能模块已无必要进行重新划分和定义。

根据上述分析的结论，对于有必要重新划分的模块，制定模块化策略，确定接口定义，规范输入、输出接口，形成标准的接口要求。制定模块策略和定义标准接口是最为核心的工作，策略及接口定义的是否得当，将直接关系模块的兼容性和被兼容性，进而影响后续的模块被整合能力亦即产品的快速集成能力。此两项工作需重点突破。

按照制定的模块化策略和定义的标准接口进行模块的细化设计工作，输出模块设计数据。

5.2.3 再整合

通过具体研发任务的沉淀，形成选择范围较广的系统或部件模块化数据库，可进行菜单式选择，通过对数据库中可兼容模块的组合，快速实现机车子功能或部分功能，通过这些功能的组合，最终搭建完整的机车产品，整合过程见图1。

5.3 构建具有核心内涵的内燃机车谱系

通过上述工作的实施可以看出产品技术平台建设的核心是模块化设计和模块库建设。美国和欧洲国家的一些铁路机车制造企业，已经广泛使用模块化产品设计方法，运用模块化的产品开发模式并行开发功能与策略独立的模块实体，以此为基础通过配置方式快速响应前端客户的需求。模块库是面向特定市场范围的产品系列（产品族）所共享的核心资源的集合。通过模块库对模块研发进行全生命周期的管理，也是企业的设计知识管理库。

在形成企业的基础模块库建设后，可以围绕机车功能、运用特点及结构，通过对模块库中模块的不断重用，打造机车整车级的平台，同时完成对模块库的不断完善和创新。形成客运、货运、调机及内燃动车等产品“谱”，并以此“谱”为基础，通过动力单元、冷却单元及走行部单元等的不同组合形成不同功率等级的同一系产品，如2000、4000、6000系（类似SUV、轿车的分类作为汽车产品的“谱”，3、5、7系作为汽车产品的“系”）。最终形成可满足不同市场需求的内燃机车产品谱系规划。

6 结束语

从价值链分析，产品技术平台建设不仅可以减少产品的研发、制造和试验周期，快速组合出各种产品，也可以降低采购和制造成本，同时，还能提高产品的可靠性和可维护性。模块化设计也使产品更易于实现工位化、节拍化制造。在产品小批量，大批次化日趋明显的前提下，实现菜单化的设计和制造才是企业发展之路。内燃机车产品技术平台建设更是中国内燃机车制造企业应对全球化竞争的重要手段，是其他竞争对手无法复制的技术。

参考文献

[1]陈笃.产品技术平台建设-不能复制的企业核心竞争力[R].北京：中国南车中央研究院，2013.

[2]韩才元，王元珠.关于构建我国机车车辆产品技术平台的设想[J].内燃机车，2007（1）.

作者简介：李培功（1982-），男，甘肃临潭人，工程师。

仲怀清（1969-），男，江苏宝应人，教授级高级工程师。