軌道車(chē)輛數(shù)字化制造技術(shù)平臺(tái)應(yīng)用探索

1、 軌道車(chē)輛數(shù)字化制造技術(shù)平臺(tái)應(yīng)用探索 摘要：全三維的數(shù)字化樣機(jī)來(lái)方便管理整車(chē)空間分配和重量質(zhì)心控制，能方便快捷地調(diào)整設(shè)計(jì)方案，并可以快捷方便地轉(zhuǎn)化二維工程圖等工作，滿足后期制造應(yīng)用的需要，減少對(duì)實(shí)物樣機(jī)的依賴從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。關(guān)鍵詞：軌道車(chē)輛；數(shù)字化制造；1現(xiàn)狀隨著人力成本不斷上升，制造業(yè)的生產(chǎn)成本頻頻上漲，加之消費(fèi)者對(duì)商品多樣化與個(gè)性化的需求不斷增加等因素，制造企業(yè)的利潤(rùn)越來(lái)越低，如何增加利潤(rùn)成了制造企業(yè)最為關(guān)心的話題。在工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，曾作為“第一利潤(rùn)源”的資源領(lǐng)域與“第二利潤(rùn)源”的人力領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展與應(yīng)用后，這兩個(gè)領(lǐng)域所能創(chuàng)造的利潤(rùn)已所剩無(wú)幾，尋找新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)迫

2、在眉睫。1970年，日本西澤修教授在其著作流通費(fèi)用不為人知的第三利潤(rùn)源中，認(rèn)為物流可以為企業(yè)提供大量直接或間接的利潤(rùn)。此后，物流領(lǐng)域的潛力越來(lái)越受到眾多企業(yè)管理者的重視。相關(guān)研究表明，在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，加工和制造的時(shí)間占比僅為5%9%，其余90%多的時(shí)間都消耗在存儲(chǔ)與運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)物流環(huán)節(jié)中，物流費(fèi)用占到生產(chǎn)總成本的50%。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的2015年全國(guó)物流運(yùn)行情況通報(bào)中顯示，2015年度的物流成本占全國(guó)GDP的16%，而同期歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的這一數(shù)據(jù)僅為10%。拋開(kāi)高速收費(fèi)、稅費(fèi)過(guò)高等因素之外，國(guó)內(nèi)企業(yè)在物流，尤其是生產(chǎn)物流領(lǐng)域中的技術(shù)管理水平與國(guó)際先進(jìn)水平存在差距也是其中一個(gè)重要的原因。因此，

3、目前越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)制造企業(yè)開(kāi)始重視生產(chǎn)物流，并把生產(chǎn)物流管理作為企業(yè)戰(zhàn)略管理的一個(gè)新的著眼點(diǎn)，同時(shí)積極采取物流優(yōu)化策略，來(lái)尋找新的利潤(rùn)空間，從而增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。梳理文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，國(guó)外學(xué)者在生產(chǎn)物流方面的研究起步較早，主要集中在物料搬運(yùn)設(shè)備的選擇、作業(yè)排程以及物料搬運(yùn)設(shè)計(jì)與設(shè)施布局之間的相互影響等方面。而國(guó)內(nèi)學(xué)者主要從生產(chǎn)物流計(jì)劃模式、廠內(nèi)物料配送、供應(yīng)鏈環(huán)境下的生產(chǎn)物流以及物流技術(shù)裝備與信息系統(tǒng)的運(yùn)用等四個(gè)方面展開(kāi)了相關(guān)的研究。地鐵車(chē)輛是城市交通邁向現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志，也是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和形象建設(shè)的重要組成部分。各個(gè)城市的地鐵車(chē)輛大多融合當(dāng)?shù)爻鞘刑厣跋嚓P(guān)業(yè)主需求，是一種典型的定制化生產(chǎn)產(chǎn)品。

4、地鐵車(chē)輛制造過(guò)程中，零部件眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工序繁瑣，這些特點(diǎn)使得離散定制生產(chǎn)的管理實(shí)踐具有一定的復(fù)雜性。在針對(duì)離散制造企業(yè)生產(chǎn)物流的研究中，學(xué)者們主要是生產(chǎn)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化及發(fā)展?fàn)顩r來(lái)進(jìn)行研究的。但是如何利用當(dāng)今的信息技術(shù)來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)物流，同時(shí)降低成本并將其運(yùn)用到具體的制造企業(yè)中，特別是軌道交通行業(yè)的研究則很少。2基于單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源的設(shè)計(jì)制造技術(shù)平臺(tái)構(gòu)想軌道交通車(chē)輛的發(fā)展趨勢(shì)特點(diǎn)是小批量訂單式生產(chǎn)，交付周期越來(lái)越短，個(gè)性化需求眾多。如何充分利用成熟車(chē)型產(chǎn)品平臺(tái)，快速實(shí)現(xiàn)高性能、高質(zhì)量、低成本的個(gè)性化派生設(shè)計(jì)和制造，是現(xiàn)代軌道交通裝備企業(yè)必須面對(duì)的課題。而本文涉及的構(gòu)建單一數(shù)據(jù)源的設(shè)計(jì)制造技術(shù)平

5、臺(tái)，就是結(jié)合當(dāng)前兩化融合的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，提出的解決方案構(gòu)想與實(shí)施探索。通過(guò)設(shè)計(jì)、工藝和制造信息化平臺(tái)的優(yōu)化應(yīng)用，整合公司現(xiàn)有產(chǎn)品、技術(shù)，建立企業(yè)知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)的共享與重用；實(shí)現(xiàn)模塊化、個(gè)性化的快速定制開(kāi)發(fā)；也為虛擬仿真驗(yàn)證提供必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；在提高產(chǎn)品性能的同時(shí)，提高產(chǎn)品可制造、可維護(hù)性能。2.1系統(tǒng)架構(gòu)與平臺(tái)設(shè)計(jì)南車(chē)株機(jī)公司設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)采用TC系統(tǒng)，制造環(huán)節(jié)采用ERP系統(tǒng)（包含一定的MES功能），已經(jīng)應(yīng)用多年，但是工藝采用傳統(tǒng)的CAPP，一直與設(shè)計(jì)和生產(chǎn)脫節(jié)。經(jīng)過(guò)廣泛的調(diào)研，選用TCM進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)與管理，并將設(shè)計(jì)、工藝整合成產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)（PLM）。其次，

6、梳理應(yīng)用多年的ERP/MES系統(tǒng)，將PLM平臺(tái)與ERP/MES系統(tǒng)無(wú)縫高效集成搭建企業(yè)單一數(shù)據(jù)源的設(shè)計(jì)制造技術(shù)平臺(tái)；并實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)到工藝文件、工藝模型、加工程序，再到生產(chǎn)、維護(hù)維修的數(shù)字化制造業(yè)務(wù)流程。主要業(yè)務(wù)模型設(shè)計(jì)如下：設(shè)計(jì)方面：逐步探索自頂向下設(shè)計(jì)模式，在NX/TC環(huán)境下建立標(biāo)準(zhǔn)化的三維設(shè)計(jì)環(huán)境和各類產(chǎn)品設(shè)計(jì)模板，以靈活、快速、高效的方式對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行建模和修改，提高設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，改變現(xiàn)有三維幾何模型加二維圖的制造信息表達(dá)模式，應(yīng)用NXPMI工具，將產(chǎn)品幾何信息、產(chǎn)品制造信息全部集成在三維模型上表達(dá)，逐步取消二維圖紙。利用NX/TC協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)在虛擬環(huán)境下進(jìn)行三維設(shè)計(jì)分析與仿真

7、驗(yàn)證，開(kāi)展數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性和效率。工藝方面：引入TCM模塊，工藝與設(shè)計(jì)基于TC系統(tǒng)一體化，開(kāi)展三維結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)體系及工藝資源的數(shù)據(jù)平臺(tái)化管理。以三維設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)BOM、設(shè)計(jì)文件為輸入，進(jìn)行三維工藝設(shè)計(jì)和工藝仿真，按照工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系輸出三維工藝設(shè)計(jì)文件、工藝BOM。用TC系統(tǒng)集成的NX進(jìn)行三維工裝設(shè)計(jì)、CAM數(shù)控加工仿真。同時(shí)，積極探索TC系統(tǒng)與焊接、裝配、鈑金、彎管等仿真軟件集成，構(gòu)建工藝仿真驗(yàn)證與設(shè)計(jì)平臺(tái)形成反饋閉環(huán)。生產(chǎn)制造：采用ERP/MES系統(tǒng)，通過(guò)中間數(shù)據(jù)庫(kù)與TC系統(tǒng)集成，打通設(shè)計(jì)BOM、工藝BOM、制造BOM數(shù)據(jù)鏈。ERP/MES系統(tǒng)接收TC系統(tǒng)工藝設(shè)

8、計(jì)的一次流程劃分和原材料拆分、工藝路線、工序材料定額和工序工時(shí)定額、以及設(shè)計(jì)/工藝變更等數(shù)據(jù)；然后根據(jù)項(xiàng)目計(jì)劃和工藝數(shù)據(jù)，下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)資源配置。將TC、CAPP、ERP三個(gè)系統(tǒng)的物料編碼在物料編碼平臺(tái)統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)物料計(jì)劃、采購(gòu)、生產(chǎn)、物流、成本的流程化管理。以項(xiàng)目管理為主線，開(kāi)展生產(chǎn)計(jì)劃、作業(yè)排程、物料配送、完工情況等生產(chǎn)制造管理；其次與EHR中的組織、人員同步，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)人員管理。2.2建立合理的三維設(shè)計(jì)流程以三維設(shè)計(jì)代替二維設(shè)計(jì)，工作模式上的改變勢(shì)必造成工作流程上有所變化，實(shí)現(xiàn)完全的三維設(shè)計(jì)首要而關(guān)鍵的問(wèn)題在于摸索出一套較為合理的整車(chē)三維設(shè)計(jì)流程，探索出一套適合軌道車(chē)輛整車(chē)三維設(shè)

9、計(jì)使用的設(shè)計(jì)思路和方法。在三維設(shè)計(jì)中，裝配過(guò)程比較符合生產(chǎn)過(guò)程，而設(shè)計(jì)過(guò)程是自上向下的，也就是逐步細(xì)化的過(guò)程，也是一個(gè)設(shè)計(jì)信息的逐步繼承和完善過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)符合設(shè)計(jì)思路的三維設(shè)計(jì)流程，必須利用搭建好的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，加之標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)環(huán)境和規(guī)范的模型管理，實(shí)現(xiàn)整車(chē)模型間的信息傳遞和結(jié)構(gòu)控制，完成自頂向下的三維設(shè)計(jì)。軌道車(chē)輛的設(shè)計(jì)過(guò)程，主要包括概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)等三個(gè)階段，在這三個(gè)階段過(guò)程中，自頂向下（TOP-DOWN）的設(shè)計(jì)理念貫穿其中，通過(guò)自頂向下的設(shè)計(jì)方法，將上一級(jí)的設(shè)計(jì)思路通過(guò)骨架向下級(jí)逐級(jí)進(jìn)行傳達(dá)和細(xì)化。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中就是車(chē)輛總體把相關(guān)設(shè)計(jì)控制向各大部類進(jìn)行傳遞，大部類在細(xì)化設(shè)計(jì)方

10、案后向部件傳達(dá)。同時(shí)，設(shè)計(jì)流程方面還必須重點(diǎn)考慮后續(xù)設(shè)計(jì)更改的方便性和靈活性，所以針對(duì)不同的設(shè)計(jì)階段、不同的骨架和不同的子結(jié)構(gòu)，必須使用不同的裝配模式和裝配參照。2.3方案設(shè)計(jì)數(shù)字化樣機(jī)總體架構(gòu)的關(guān)鍵之一是要抓住方案設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)。相比于方案設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)階段與車(chē)輛幾何實(shí)體相關(guān)的總體參數(shù)較少，各分包商亦只有前期類似項(xiàng)目的基本方案。方案設(shè)計(jì)需要對(duì)總體幾何參數(shù)分解展開(kāi)，劃分主要裝配層次。劃分的原則是要以車(chē)輛各專業(yè)設(shè)計(jì)分工為原則，盡量簡(jiǎn)化或區(qū)域化接口，以便控制車(chē)輛內(nèi)部及外部設(shè)計(jì)接口。規(guī)劃和建立方案設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的模型，要保證各個(gè)總體參數(shù)以及分解的各個(gè)方案設(shè)計(jì)參數(shù)能完整地傳遞到后期的詳細(xì)施工設(shè)計(jì)中，保證了參數(shù)能完整傳遞就保證了后期的數(shù)字化樣機(jī)能及時(shí)回溯修改，相關(guān)的設(shè)計(jì)修改才能最大限度地由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，從而節(jié)省時(shí)間并減少人為失誤。車(chē)輛外部設(shè)計(jì)接口與車(chē)輛內(nèi)部各專業(yè)之間的設(shè)計(jì)接口都要合理表達(dá)，才能將各級(jí)裝配關(guān)聯(lián)成整體的數(shù)字化樣機(jī)。總結(jié)：新的設(shè)計(jì)方式還帶來(lái)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方式的革新，直觀的三維模型可以讓工藝等部門(mén)更早地參與設(shè)計(jì)過(guò)程，當(dāng)凍