刘希超 张成林 孙俊亚 李松
天津中车唐车轨道车辆有限公司，天津市 东丽区 300000
摘要：现阶段，我国的轨道交通工程建设越来越多，轨道交通装备的应用也越来越广泛。针对多品种、小批量、定制化轨道交通装备的创新需求，文章开展全三维模块化创新设计、仿真与性能优化、数据驱动的生产组织和管理、运行维护健康管理等多方法创新集成应用，并构建面向轨道交通装备设计、制造、服务的创新模式和方法体系，实现从被动地满足客户的需求，到主动、高质量地提供定制化与多品种的轨道交通装备产品。
关键词：轨道交通装备；产品全生命周期；创新；方法
引言
进入21世纪以来，通过原始创新、消化吸收再创新，中国轨道交通装备制造业已形成集研发、设计、制造、试验和服务为一体的完整产业体系，以高速动车组为代表的轨道交通车辆技术方面取得了举世瞩目的成就，因此，轨道交通的制造水平某种程度上代表着中国制造技术水平。在国家政策的牵引下，中国轨道交通装备发展迅速，轨道车辆车体主结构用材从最初的普通碳素结构钢到现在新型的复合材料。材料更新换代速度越来越快，质量得到大幅减轻，综合性能大幅提高。高铁的迅速发展反过来又推动了技术进步，对高性能新材料需求也不断提高。但增材制造在中国轨道交通的实际应用仍处于探索阶段，需要进一步加强新技术、新材料的融合应用，推进产业化迅速实施，为轨道交通装备的升级换代提供有力支撑。
1精益生产模式
精益生产的核心在于最大程度避免一切浪费，实现生产质量上的零缺陷及销售过程中的零库存。该生产模式的优越性不只意味着生产过程的快捷与便利，在产品研发工作、配套采购工作、产品营销模式及生产过程中的管理工作等方面也有所体现。就当前制造业乃至整个工业已知的生产模式中，精益生产在各方面的表现均是最优的，这也就意味着精益生产作为一种生产模式必然会在未来一段时间内发展到被整个世界运用及推广。精益生产的创新包括了生产系统架构、生产人力资源优化、生产组织完善及市场供需关系等方面内容，而这些创新内容则使得生产系统开始具备较强的可塑性及适应性，能够在很大程度上随用户的需求进行调整，确保用户在不同时段及不同状况下的需求均能够得到满足；与此同时，精益生产模式使得传统生产模式中原本无用及冗余的部分得到有效清除及裁撤，并在此基础上形成了新的生产管理方式，节约及环保的特点。精益生产模式与传统生产方式最大的不同在于该生产模式更加适用于种类较多、规模较小的生产要求，对生产的准时化做出了很大程度的规范，主要是通过优化整个生产过程使生产作业在提升生产效益的同时最大限度降低生产成本。
2创新方法体系框架
针对多品种、小批量轨道交通装备的设计、生产制造、运行维护的创新需求，本文基于适应新形势下以客户服务为中心、快速高效制造的要求，提出建立面向轨道交通装备领域的创新方法应用流程并进行典型产品的示范。按照轨道交通装备产品创新需要经历的典型生命周期，分为体系规范层、数据与知识库层、创新方法层、创新工具平台层、应用对象层等五个层次。体系规范层涵盖了轨道交通装备设计、制造、生产、运行和维护各个阶段需要执行的体系、标准和规范，是产品创新的基础。数据与知识库层用以建设包括轨道交通装备的基于模型的工程定义（modelbaseddefinition，MBD）标准、标准化模块、专业知识库、运维服务库、创新方法知识库在内的数据与知识库，为上层活动提供数据支撑。其中，创新方法知识库为创新方法集提供数据支撑和指导，创新方法集通过迭代创新产生新的创新方法知识库。创新方法层用以建立轨道交通装备的三维设计创新方法、集成化仿真方法、智能化生产方法、健康管理方法，形成创新方法集。创新工具平台层用以建成三维数字化设计平台、一体化仿真与优化平台、数据驱动的生产管理平台、智能运维平台、创新服务平台，提供系统化的工具和平台。
应用对象层以创新工具集为依托，选择转向架、轮对、制动器等关键部件和重载机车、磁浮车辆等产品为对象，实现生产企业和运行企业的应用示范。轨道交通装备设计、制造、服务集成创新方法针对日益增加的定制化轨道交通装备创新需求，立足于多品种、小批量轨道交通装备的产品设计、生产制造和运行维护三个主要阶段的集成方法研究，开展全三维模块化创新设计方法、仿真与性能优化方法、数据驱动的生产组织和管理方法、运行维护健康管理方法的研究与集成应用，构建轨道交通装备生命周期集成创新模式和方法体系，建立辅助创新的轨道交通装备一体化知识库，并在转向架、制动器、轮对等部件和机车、磁浮车辆、储能车、城轨车辆等装备中进行应用示范，提高轨道交通装备行业的产品设计、生产制造和运行维护能力，实现为全社会提供安全高效运输服务的目标。
3成形精度
材料厚度、单位和公差的控制决定了增材制件的精度。与传统减法制造相比，增材制造最大区别在于制造材料是一个逐层增加的过程，控制增加的材料单位直接决定了成形金属结构的最小精度。现有增材制造工艺中，利用激光束或电子束在熔化金属粉末的熔池对成形精度有重要影响。激光光斑或电子束直径、扫描速度、材料性能的有效控制是提高精度的关键。随着激光、电子束和光学投影技术的发展，未来的两项关键技术的发展方向为：一是激光光斑控制直接制造更多的微小金属，逐点扫描方式可提高精度到纳米级；另一个是平面投影技术光固化成形，投影控制单元随着液晶显示技术的发展，分辨率逐渐提高，增加的材料单元越来越小，从而可以实现高精度、高效率的制造。
4注重过程的循序渐进
精益生产模式下的生产工作及管理工作具有持续性、整体性的特点，因而也就体现出了一定程度的渐进性，这也就意味着精益生产模式的运用不是立竿见影的，而是要在潜移默化的过程中逐渐掌握该生产模式生产及管理工作的精髓，并将之延伸到每一个细节。因此，在实际应用过程中相关企业应着手创建出一个完善的团队，以推动精益生产模式的应用。为使精益生产模式能够覆盖到企业全部相关部门，因此团队的成员应当从这些相关部门中选出并确保各有侧重，由这些选出的成员针对各自部门存在的问题、急需改善的内容进行调查，并提供相应的调查数据，之后根据调查结果及需要满足的生产、管理需求，制定相应的应用计划并予以实验，再对比需求及实验结果之间的差异进行有区别的调整，最后将调整后的应用方案投入实施，并使相关方案及内容具备相应的流程及标准化水平，确保精益生产模式能够以循序渐进的方式渗透入企业的生产过程中。
结语
综上所述，创新是发展的第一动力，创新方法的运用和推广已成为轨道交通领域抢占制高点的关键。本文研究的方法是对提升我国轨道交通装备行业自主创新能力的有利探索，在全球竞争时代能有效助力国内轨道交通行业设计、制造、工艺水平提升，保持良好的竞争优势。
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