结构化工艺设计在高铁列车中的运用分析

2022-11-24张天昊李新玲

中国科技纵横 2022年18期

张天昊李新玲

（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春 130062）

0.引言

中国高铁的飞速发展，给人们出行带来了巨大的便利。随着高铁列车人流量的增多，相关部门对高铁的安全性提出了更高的要求，应不断进行列车制作技术的改进和优化，应用结构化工艺设计，提高列车设计水平和制作体系，对于我国高铁列车的发展有重要的意义，有利于促进我国交通的发展。

1.结构化工艺设计的特点

1.1 独特性

结构化工艺是工厂仿真的基础，通过结构化工艺设计，利用工厂仿真软件，进行工厂产能仿真、局部仿真和瓶颈工位分析。结构化工艺是ERP生产计划的基础，也是APS的基础，能够通过大数据进行分析，从而找到合理的加工和装配参数，改善加工工艺，提升产品的质量。结构化工艺设计中包括很多新型的生产技术，结构化工艺流程的项目繁多，而且每项流程都有其独特性，因此在高铁列车中应用的结构化工艺设计同样具有独特的技术。很多结构化工艺设计的基础资料一般是由相关单位制定的，并不完整，在具体的运用中还需根据相关的专业进行完善。如果根据相关单位的基础资料进行设计，并不应用结构化设计，就会导致基础资料数据失去原有的准确性[1]。在进行高铁列车设计和装配时，如果不按照结构化工艺设计的流程进行，同样会影响实际的操作效果，进而影响高铁列车的质量。

1.2 难度性

结构化工艺设计工作量大，同时工作难度也不小，因为其设计对准确性的要求很高，所以在操作时需加倍小心，不容有失。结构化工艺设计在高铁列车上的运用，需要耗费大量的人力、物力和时间，不仅需要进行平常的生产操作，而且还需要涉及高铁施工，所以对技术的要求很高，在作业时耗费精力较多。因为高铁列车的制作工艺要求较高，所以在进行结构化工艺设计时，应按照国家规定的标准进行，这就需要消耗大量的资金，并需要很多高素质的技术人员参与，但是很多时候资金和技术人员可能会出现不足的情况，给列车制作工作增加了不小的难度，如果制作人员的水平较差，还可能给高铁列车的制作留下隐患。因此，在结构化工艺设计开始之前，应进行充分的准备，将资金、人员预备齐全，并进行合理的规划，保证制作过程中不会出现问题，还应对设计过程中可能出现的风险进行预判，并制订应急预案，避免给高铁列车制作产生不良影响。

2.结构化工艺设计的保障

2.1 设计结构的工艺性审查

结构化工艺设计在进行高铁列车制作时，需要工艺工程师全程参与，并对设计的产品性能和可操作性进行审查，审查的项目包括设计图纸的准确性和物料清单的合理性，从而确定产品结构、结构化工艺施工方法、施工材料、零件加工方法等的科学性，确保整个高铁列车建设的质量和安全性。工艺性审查方法是应用三维数字化技术，对结构化工艺设计进行更加直观的审查，因为可以做到产品设计和工艺性审查在同一平台进行，所以能够在产品设计的同时对结构化工艺设计进行审查，及时发现设计中存在的问题，再采取有针对性的措施将问题解决掉，实现对设计的有效监督[2]。因此，在结构化工艺设计中，应用工艺性审查对设计进行监督，可以提高设计的质量，促进施工的顺利进行。

2.2 工艺路线的划分及审核

结构化工艺设计的工艺路线关系到高铁列车的材料采购和制造方法的确定，所以在设计完成后的数字化模型非常重要。在建模完成以后，需由工程师利用EBOM结构及三维模型作为基础对工艺路径进行划分，并应用BOM技术在设计中添加的工艺备注信息，在审核完成以后发布出去。根据工艺完成的不同状态，备注显示的数据信息呈现出不同的颜色，在版本更新时要对数据信息进行控制，在后续信息变更之后更改备注信息。

3.结构化工艺设计在高铁列车中的运用

3.1 零部件的设计

在高铁列车中的结构化工艺设计中，工作人员首先需要对高铁内部的结构有着准确的了解，保证在高铁内部零件出现问题之时，能够第一时间找出所在的原因，并及时进行修复；其次，高铁内部是由多种零部件构成的，每一个零部件都有着不同的作用，如果高铁内部某一零部件由于日常的磨损，从而造成了高铁列车的故障，那么将会直接影响到高铁的正常运行；最后，工作人员需要根据高铁零件的位置设计出可能会出现隐患的零件结构图，在零件结构图的使用下，将高铁零部件的使用问题有效解决。然而，在实际的高铁零部件的设计中，工作人员需要具有专业的技术，并将自身的技术手段应用在高铁列车的零部件设计中，在技术的使用下，零部件的设计逐渐转变为专业性问题。工作人员需要运用专业的技术手段将高铁内部的零部件关系巧妙地联系到一起，才能将零部件设计中的问题准确地展现出来。因此，为了保证高铁内部零部件的稳定性，必须要加强工作人员对零件构造方面知识的培训工作，以提高高铁运行的稳定性。

3.2 结构设置

为了提高高铁列车的稳定性，工作人员需要加强高铁内部结构构造设置的日常维护工作。高铁在运行的过程中，必须要有稳定的内部构造结构，才能避免一些安全事故的发生。同时，结构设置对于工作人员来说也是最基础的环节之一，工作人员必须对高铁内部结构构造有更加全面的了解。在保证了内部结构稳定的情况下，才能有效提升整个高铁列车的稳定性[3]。高铁在运行时也可以感受到来自结构设置带来的影响，比如高铁速度突然加快、高铁速度突然降低都是高铁列车结构设置不同效果造成的。高铁内的工作人员需要对列车的状态及时地查看，对于即将发生的危险需要提前进行预判，避免相关安全隐患的出现。在进行结构设置的过程中，工作人员还需要根据高铁列车出现的不同情况进行组织配件的使用。在组织配件的使用过程中，工作人员需要对不同的问题运用不同的配件进行修复，将高铁列车的安全问题进行有效解决。因此，只有不断优化内部结构设置，才能保证高铁列车的稳定运行。

3.3 报表输出

报表是一种数据综合记录的方式，不仅仅局限在单一领域内，在不同领域中均拥有极高的价值。尤其是在高铁行业中，工作人员需要对每天的高铁运行进行数据记录，通过报表的记录，对不同时段的高铁数据进行有效统计。如果在统计过程中发现数据存在异议，就需要安排工作人员对高铁列车进行全面的检查。在检查的过程中若发现了问题，需要及时进行修复，保证高铁列车运行的稳定性。另外，高铁工作人员在进行列车结构化工艺的设计时，需要将所有的设计记录准确记录下来，之后再通过报表的形式将高铁列车进行全方位的分析。其中，比较常见的报表输出有列车零部件的装配顺序、列车零部件的维修日期、列车零部件的结构优化等。工作人员将主要遇到的问题通过报表的形式准确地表达出来，提高了高铁列车结构化工艺的稳定性。因此，为了提高高铁列车运行的稳定性，需要积极使用报表进行输出，避免一些安全隐患的出现。

3.4 三维工装设计

在高铁列车当中应用结构化工艺设计可以有效实现对三维工装的设计，三维工装的设计是在高铁工艺设计中最为关键的环节之一，在这一过程中如果出现工艺设计问题或者出现较大的误差情况都需要返工重新制作。我国三维工装设计发展较为先进，并且具有较强的科学性和重要的应用意义，在未来的不断发展下也会迎来不断优化和进步[4]。三维工装设计主要是通过软件工程对工装设计文件进行二次建立和开发，同时建立工装对象和明确工装设计任务书等，通过在高铁列车中创建工装设计文件，确定文件类型，并将文件对象进行三维工装设计，将所涉及的数据模型以及文档进行保存。在三维工装设计的电子审签流程结束后，还需要将其进行分类并应用于之后的工艺设计中，保证三维工装设计的顺利进行，使其在高铁列车中发挥重要的作用。

3.5 结构化建模

在工业设计完成后能否直接进行生产应用，是在高铁列车工程师工作过程中所考虑的重点问题。在图纸设计的情况下，难以对工艺设计全过程进行模拟，对于工艺设计的质量难以进行精确的检验。但在结构化建模当中，结合高铁列车在之前的工程经验可以建立起一个全新的结构化模型，呈现工艺设计中的重要信息。结构化建模可以实现将设计与生产同步化处理，对于设计的质量进行验证，检验工艺的效果。在结构化建模下，可以保证所创建的场景具有较强的真实性，并且能够准确地反映出整个工艺设计的过程中存在的一系列问题，且保证信息具有较高的时效性。结构化建模可以将工艺设计过程全方位地展现出来，能够帮助高铁列车相关负责人及时发现并解决在设计中存在的问题。利用结构化工艺设计对工艺设计进行调整和优化，既能够具有较高的精确度和时效性，帮助工作人员迅速找出问题所在，又能够减少在解决问题过程中所消耗的时间成本，节约人力资源和资金成本，并为高铁列车造成最小的损失。

3.6 模型驱动工艺设计

在高铁列车零件加工的过程中会出现许多中间特征，这些中间特征在最终的设计模型中难以体现出来，但是中间特征的存在却会严重影响整个高铁列车工艺设计的直观性。所以在高铁列车中，结合工序模型概念进行模型驱动工艺设计可以有效在零件设计到加工的全过程中，将每一道工序进行规范化，进而生成工序模型，基于工序模型再展开下一道工序的设计和加工，直到整个零件全部加工完毕后结束模型的应用。在对零件设计建模的过程中，需要加强对各个工序加工特征的提取，并根据特征进行编辑，将在工艺设计过程中所涉及的全部工艺信息加入其中[5]，并在零件加工类型和特征的基础上选择合适的加工方法。将在工艺设计过程中所形成的所有加工元整合并对其进行排序，对其进行信息编辑工作。在所有工序设计工作完成之后，再对零件进行热处理、检验以及一系列的辅助工序，并将其中所涉及的工艺信息输入到文件当中，以备在高铁列车工艺设计现场使用。利用模型驱动工艺设计将复杂的工艺分层次处理，简化了工艺设计环节，使工艺设计进一步提高，并且，在模型驱动工艺设计中能够通过工序模型将工艺设计过程直观地展现出来，降低了工艺设计的难度。

4.高铁列车中结构化工艺设计的虚拟仿真

4.1 虚拟仿真的原理

应用结构化工艺设计进行高铁列车的设计和制作过程中，在完成基于EBOM工艺的设计后，其设计是否可以进行直接的生产，还需要工程师进行验证，其验证方法就是应用三维数字化模型进行虚拟装配仿真，从而确定设计的准确性和合理性。原本的验证方法是二维的，在进行验证的过程中需将设计和生产分开，浪费了一定的虚拟装配仿真技术的应用，能够将设计和生产的同步进行，通过虚拟仿真可以在生产的过程中进行设计的改良和优化，从而节省设计时间，验证设计的可行性，提高高铁列车的制作质量，为企业的标准化和集约化生产提供帮助，降低研发和制作的成本。

4.2 构建虚拟装配场景

根据高铁列车的装配经验，在进行模拟场景构建时，需选择一个全新的场景，而且场景的构建应尽可能显示出真实性，并且是独一无二的，虚拟场景应及时反映列车装配中出现的各种问题。在高铁列车的设计和制作过程中，如果在设计时就能发现问题并及时解决，可以减少很多不必要的麻烦，为制造工作减轻负担。构建虚拟装配场景不仅能够快速及时地找出装配中出现的各种问题，还能够对这些问题进行及时的解决，避免造成损失，为工作人员节省时间，也为企业节省了资金，提高经济效益。

4.3 在结构化工艺设计中实现虚拟装配

应用三维模型进行装配仿真主要是根据数字信息进行模型的重新构建，再根据结构化工艺设计的基础数据参数进行零部件的装配，由施工班组、施工设备和施工台位进行联合的模拟仿真，再应用模型装配中的检验功能对模拟装配中所有的装置关系进行监测，从而保证高铁列车装配中的所有配置与列车相匹配，确保列车的配置符合标准的要求，保障列车的安全。

4.4 建立高铁列车的结构化设计与虚拟模型的联系

在设计人员进行结构化工艺设计时，当他们获取到设计资料时就应对资料进行分类，将需要进行仿真虚拟模型流程的装配零部件关联工装工具，并对应用到的所有工艺行为进行建模，确保在建模的过程中不会遗漏一个环节。通过建立高铁列车结构化设计与虚拟建模的联系能够实现数据的实时对比，从而发现设计和装配过程中的问题，为高铁列车的安全性增加保障。