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对铁路货车产品开发的实践与探讨

发表时间:2008/5/30  特约撰稿人: 朱全敏 来源:e-works
本文介绍了铁路货车产品开发“并行工程”的项目背景,分析了铁路货车开发中存在的问题,阐述了“并行工程”项目的目的和意义。

1.1 项目背景

    齐齐哈尔车辆厂主型产品为铁路货车和铁路起重机,作为中国铁路货车产品设计制造的最大骨干企业,其产品水平基本代表中国铁路货车产品水平,其规模和能力居中国乃至亚洲同行之首。

    齐齐哈尔车辆厂虽然取得了一定的成绩,然而,从产品水平和开发手段来看,该厂与世界先进水平相比还存在较大差距。例如,美国和欧洲国家的一些铁路机车车辆产品制造企业已经使用三维技术和并行工程方法开发铁路机车车辆产品。而该厂仍然采用二维技术和传统的产品开发模式。

    齐齐哈尔车辆厂的主要产品为铁路货车,随着市场竞争机制的不断完善,对其产品性能提出的要求越来越高,如列车运行速度要提高,车辆自重要降低,车辆载重要增加,列车的运行品质要达到一定的水平,等等。从此次汶川大地震来看,发生在5.12的“宝——成铁路”109隧道中油罐车、平板车燃烧塌方的重大事故,究其原因,铁路货车的速度慢、质量差是一个因素。此外,铁路产品用户提出的交货期越来越短,品种也在不断增加,批量越来越小,基本形成了大批量少品种与小批量多品种共存的局面,而且有些铁路货产品由于开发周期短而取消了样车试制环节,这造成该厂承担的市场风险越来越大。此外,该厂目前仍然采用传统的产品开发模式,缩短产品开发周期与保证交货期,主要靠增加劳动力投入、加班加点来实现,产品开发劳动强度非常繁重。因此快速、及时为用户开发出高水平和高质量的铁路货车产品,降低企业经营风险以及产品开发人员的劳动强度,就显得尤为重要。

    面对铁路货车产品严峻的市场竞争形势,齐齐哈尔车辆厂也进行了一些技术革新。但是从国内外企业发展来看,改进产品开发过程会比改进生产过程获得的效益更大,因此研究在日趋激烈的市场竞争条件下如何改进铁路货车产品开发过程就更为重要,并行工程就是在这种背景下提到该厂的议事日程上来的。

    在齐齐哈尔实施并行工程已具备了相应的技术基础,早在“七五”期间,该厂就开始研究如何在产品开发中应用CAD技术,来提高产品的市场竞争能力。在“八五”期间和“九五”初期,产品CAD的开发应用又上了一个新台阶,不仅建立了一套工作站为主、微型机为辅的产品CAD系统,而且开发与应用队伍以及应用范围得到迅速扩大。此外,该厂自90年开始了CAPP和工艺CAD的应用研究工作,现已初步形成了微机CAPP和工艺CAD的应用环境。工艺CAD与CAPP系统在该厂新产品开发、对外招标及重大技术改造等项目的工艺准备和工艺、工装设计中,发挥了较大作用,为该厂新产品开发作出了应有的贡献。

    1.2 存在的问题

    从齐齐哈尔以往的铁路货车产品开发经验来看,影响产品开发周期与水平的主要因素如下:

1.铁路货车的结构强度分析、刚度分析及动力学性能分析不尽人意。。
2.冲压模具设计与制造周期长。
3.铸钢件生产准备周期长、试制费用高、成品率低。
4.计算机辅助产品开发需要从CAx上升到DFx。
5.缺乏数字化产品主模型。
6.缺乏产品数据管理系统,不能对产品数据及其开发过程进行有效监控和管理。
7.该厂现行产品开发采用部门制,设计完成产品设计后交给工艺处进行工艺设计,工艺设计完成后进行产品试制。
    这种部门制不利于在产品开发的上游阶段全面考虑下游的一些因素,从而导致修改次数多,产品开发周期长。

    对于以上存在的问题,齐齐哈尔车辆厂对并行工程的功能需求主要表现在三个方面:

    1.改进产品开发过程
齐齐哈尔车辆厂现行的产品开发流程是串行的。串行的产品开发流程形成了产品设计、生产准备、样机试制、实验、运用考验大循环,从而导致以下的问题:

1)产品开发周期长,一般为3~5年;
2)产品开发信息流是单向的,下游的设计结果不能及时反馈给上游进行设计评价和修改,产品设计质量差;
3)产品设计与工艺准备的好坏直接反映在最终产品上,这种大循环不易控制产品质量,造成实物修改次数和产生废品的可能性增大,从而增加了产品的开发成本。

    采用并行工程的方法可以有效地克服这些缺陷,并带来如下益处:

1)产品开发周期缩短30~40%;
2)在产品开发的早期充分考虑冲压件、铸钢件等类零件的可制造性问题,以及结构件的强度、刚度以及动力学性能等问题,从而能够大大减小设计错误,提高设计质量。
3)产品开发下游人员可以提前了解上游设计意图,能够提前开展下游工作。
4)产品设计的修改请求偶尔来自工艺装备制造、样机试制、鉴定性试验、运用考验阶段,可以降低实物制造,修改次数以及产生废品的可能性,进而降低产品的开发成本。

    2.建立集成的产品开发团队

    该厂现行产品开发采用部门制,这种部门制不利于在产品开发的上游阶段全面考虑下游的一些因素,从而导致修改次数多,产品开发周期长。建立集成产品开发团队,可以有效地避免这些缺陷。

    3.基于数字化产品模型实现产品开发过程的集成与并行

    该厂基于数字产品化模型实现产品开发过程的集成与并行包括三个方面:其一是按照某种标准如STEP标准提供的产品建模工具,描述产品整个生命周期中的信息,从而促进该厂不同的计算机应用系统间的信息集成与产品数据交换与共享;其二是计算机辅助设计工具(CAx/DFx)的应用,借助于产品数字化模型,在产品开发周期,利用CAx工具,分析产品的性能,并根据分析结果,及时对产品进行再设计,以避免在产品开发的后期进行返工,并减少实物实验的次数。利用DFx工具,评价产品的可制造性和装配性能,以缩短产品的制造周期,减低产品的制造成本;第三是利用PDM管理产品生命周期中的各种数据和工作过程。

    1.3 项目的目的和意义

    并行工程的概念在国外自1986年首次被提出以来,经过近几年的研究与实践,已取得了长足的进展。并行工程已被列为21世纪制造业的一个重要经营运行模式。到目前为止,并行工程已从研究到尝试初步走向工程应用,并行工程典型应用包括:航空领域:波音777、737-X,麦道Northrop B-2轰炸机;汽车领域:Ford 2000C3/P、Chrysler Viper、Renault等;电子领域:Simens、DEC、HP、IBM、GE等;机械领域:ABB。这些应用均取得了十分显著的经济效益,平均缩短产品开发周期30~70%,同时大幅度减低产品开发成本,提高产品开发质量。今后一个时期内,各种新技术和方法将不断为并行工程的实施带来强大的支持,促进并行工程的应用。

    齐齐哈尔并行工程是863/CIMS主题重大关键技术攻关项目“并行工程”攻关成果的推广应用项目。国内在并行工程的关键技术方面已进行了攻关。从1995年开始,863/CIMS主题重大攻关项目“并行工程”经过两年多的攻关,在并行工程总体技术以及一些关键技术方面取得了重要的成果,具体表现如下:

1)提出了一种集成化、并行化的产品开发过程,开发了相应的建模与仿真工具;
2)提出了集成产品开发团队的建立与实施模式,实现了网络环境中的协作产品开发;
3)实现了全数字化产品定义,基于STEP标准和产品数据管理系统进行集成化与并行化产品开发;
4)提出了一套实施并行工程的参考模式,包括企业问题分析、产品开发过程重组、集成产品开发团队的建立和管理、全数字化产品定义以及计算机工具的应用等。

    1997年末,经有关专家鉴定,863/CIMS主题重大攻关项目“并行工程”被鉴定为世界先进水平。本项目在攻关成果的基础上,结合齐齐哈尔车辆厂的实际,旨在解决影响该厂产品开发的瓶颈问题,并建立该厂铁路货车产品开发的并行体系。该项目的实施对促进863/CIMS主题重大关键技术的深入研究以及加强理论研究与实际相结合都具有十分重要的意义。

    本项目的实施所带来的社会效益也是非常明显的。首先,由于并行工程的实施,将大大提高该厂的铁路货车产品的质量水平。由于该厂是我国的铁路货车的主要生产厂商,因此,该厂的并行工程的实施将带动我国铁路货车的总体水平的提升,促进我国铁路货运业的发展。其二,实施并行工程可提高该厂的产值、利润和利税。其三,可带动我国制造业的持续发展。其四,可为我国国企提供改革提供一种思路。

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