基于并行工程的跨座式单轨车辆换轮流程优化探析

何泽勇 任光胜 江恒

摘要：本文在对跨座式单轨交通车辆双轴转向架换轮作业过程实行全方位调研和探索，能够科学加强单轨车辆换轮的自身效率，运用并行工程（CE）的设计观念对换轮流程予以调整和优化，并以此作为出发点和着手点，在此基础上设计出更加科学、高效、合理的换轮流程。采用新的换轮流程可以最大限度地提高换轮作业的工作效率，节省换轮时间约62%。

关键词：跨座式单轨；转向架；换轮；并行工程

DOI：10.12433/zgkjtz.20240351

一、城市轨道交通发展现状

我国已经建成最长的跨座式单轨交通线路，且实现了单轨最长线路、最多编组、最复杂交通路线、最小发车间隔和最大运能的高效运营。

跨座式单轨车辆采用充氮钢丝橡胶轮胎的方式，受温度、摩擦等因素影响，在车辆运行一段时间后就要更换橡胶轮胎。目前，换轮装置对单列车辆换轮时间为1～2小时，对整列车进行走行轮胎更换需要一天时间。以重庆市3号线为例，单轨列车采用双轴转向架结构形式，此类转向架结构形式与原来单轴转向架结构较为繁琐。因此，调整的复杂程度更高，所花费的时间成本和人力成本也更高。

二、现有换轮流程分析

（一）转向架与车体结构概述

与地铁运行方式不同，跨座式单轨是通过单根轨道支撑，横跨在轨道梁上运行的轨道交通制式，车辆的行走功能由转向架实现，车体的核心点在轨道梁的上层区域。车厢直接镶嵌在空气弹簧中，将转向架和车体连接，在中心销螺栓和配套螺母的连接下，确保车厢与转向架融合在一起。图1是单轨双轴转向架结构图。

（二）现有流程分析

跨座式单轨转向架换轮作业主要分为以下三个步骤：首先将单轨列车的车体与底部的转向架进行分离；然后对转向架上的轮胎更换；最后将拆卸下来的转向架重新安装至车体。整个换轮作业大致需要花费255min（不考虑轮胎充气静置时间）。

单轨车辆换轮前需由牵引电机牵引至指定检修位，该工作过程由至少3名工作人员配合完成，其中一名工作人员操作牵引车在指挥员的指挥下完成牵引车与单轨车辆的对钩，完成后观察员通过对讲机引导工作人员操作牵引机至指定检修位。拆卸时，先拆卸中心销，再拆卸其它部件，然后用沉降梁将转向架从轨道降至水平地面，确保与检修梁45°并齐，还要把转向架运输到指定的换轮工位。

转向架被推移至检修工位后，将沉降梁与检修梁用插销连接固定，此时走行轮胎还在与检修梁梁面融合，这有利于轮胎的替换，通过枕木的帮助把转向架垫提高到指定高度，保证走行轮胎与梁面分开，图2是轮胎拆卸步骤流程时间分配。

组合时，先把转向架从检修工位转移出来，角度约45°，待与轨道梁并列时，沉降量逐渐上升，到达相应效果后，即可安装中心销螺栓，随后与车体的管线融合在一起，待整体完装后，使装置逐渐下降，撑起车体，再由牵引电机将车辆牵引出库。图3是转向架与车体组时间分配。

三、CE的流程再造与优化

（一）并行工程概述

并行工程（Concurrent Engineering）作为一种新型智能化、一体化集成技术，将制造技术和互联网技术有效融合，由计算机系统、现代集成制造系统技术过渡得出。在互联网时代下，数据库的信息愈加丰富，使得很多资源都受到了直接限制，比如设计、制造产品等。在现实具体设计开发阶段，要充分考虑产品的制造、维修等全寿命周期管理技术，告别传统的不科学观念，减少串联方法的设计和工艺制造活动。

（二）并行作业优化设计观念

并行工程理论的核心思想在于从全局角度出发，整合各部门之间的资源，将作业程序之间的步骤流程、技术资源进行优化协调。相比传统的串行工程，并行工程具有人力成本低、生产周期短的特点。

串行作业模式是指各个作业流程之间有严格的先后顺序，如果发现两项作业之间的周期出现交集或重合的状况，叫作并行作业，依照两作业起始和结束的关联也被称为绝对并行式作业、并行开始式作业和一般并行式作业。图4所示为作业模式类型。

多项设计开发流程的优化在一定程度上取决于作业之间各个流程之间的关联，为此，要全面掌握多个项目之间的关系。如果作业A与作业B之间的关系与二者之间的周期不产生关系，就要以A和B之间的常见模式进行，完成设计和规划工作；若作业A的流程结束时间恰巧与B相连，那么A与B之间的关系就需重新定位，不断观察A的流程周期，以便作出科学判断，工作完成后需要认真核对整个流程，一些流程在结束后要进行记录，以便为其他作业过程打下良好基础。

（三）流程再造与优化方案

近年来，跨座式单轨车辆一般都运用换轮作业方式串行模式开展工作，使工作流程简单化，全部更换过程按照流程先后开展，在完成了上一个流程后才可以执行下一个流程的任务，各个流程之间的工作相互独立，耗费了大量的时间成本，增加了换轮时间，进而影响轨道交通运营。为了提高换轮效率，本文利用并行工程的思想进行优化。

现阶段，换轮流程主要可以分成三个阶段：第一阶段为转向架和车体的分离；第二阶段为走行轮的更换；第三阶段为转向架和车体的重新组合，这三个阶段有严格的先后顺序，各个流程之间的操作以常见的并行方式推动。例如，在转向架与车体分离上，车体支撑装置上升和拆卸车体、转向架管线都是独立的个体，且前后起始与结束时间均无冲突，可以规划为并行作业模式。图5是转向架与车体分离的整体步骤。

换轮胎时，准备起重设备和吊装工具为后续拆卸行走轮胎做准备。轮胎的拆卸前，必须先拆卸完楔块和密封垫，由于拆除楔块所用的时长基本上与提前准备吊具所花时间相等，为此，把多个步骤都划分到绝对并行作业范围中，需要注意的是，要卸下螺母，以便顺利完成操作。同样，新轮胎检查和迁移以及转动轴检查和迁移也规划为绝对并行式作业。图6所示为轮胎更换的部分优化流程。

转向架与车体组合实践中要紧闭裙板，并转移到沉降梁指定区域中，将其固定在安装中心螺栓和安装转向架与车体之间，或者划分到并行作业模式中。如图7所示，被称之为转向架与车体组合部分流程。

四、 换轮作业高效流程

本文在原有换轮流程的基础上运用并行工程的思想，对换轮作業的各个环节进行分析，主要目的是进一步设计出具有科学性、合理性的换轮流程，运用新型的模式使转向架与车体分离时间由原来50min缩短至35min，更换轮胎时间由原来160min缩短至88min，转向架与车体重新组合由原来45min缩短至34min，总的换轮流程时间缩短98min。以一列6编组的双轴转向架单轨车辆为例，采用新的换轮流程将节省19.6h作业时间。新换轮流程总体时间分配如图8所示。

五、总结与展望

综上所述，转向架换轮作业全部流程进行了实地调研，并采用并行工程的思想，进一步对单轨换轮的多类流程予以创新和优化，在系统的换轮流程下，全面提高效率62%左右。此外基于目前的换轮流程方案，后续优化将以人工智能技术为基础引入智能化设备，利用智能化设备将换轮作业整合成为具备自我感知、自主决策、自动执行和实时监测能力的智能系统，同时对换轮流程作出调整，以适应智能换轮流程并进一步提升换轮效率。

参考文献：

[1]中车浦镇庞巴迪运输系统有限公司. INNOVIA Monorail 300 跨座式单轨简介[R].2017.

[2]张西洋，闫文云，姜斌，刘国田，毕越宽等.并行工程在转向架系统研发与制造的应用[J].机车车辆工艺，2022，

（02）：44-46.

作者简介：何泽勇（1970），男，本科，四川省南充市西充县人，工程师，主要研究方向为轨道交通车辆，跨座式单轨。