地铁车辆装配工艺及优化

摘要：目前我国各大中城市为缓解城市交通压力，均在大力发展轨道交通产业，对于各城市轨道交通车辆制造企业来说，既面临着机遇也面临着挑战，各企业要在行业竞争中处于优势地位，必须提高产能提升产品质量，而要达到这个目的，必须要对目前的车辆制造工艺进行优化。本文分析了地铁车辆装配工艺现状，对装配工艺的改进和优化进行了探讨。

关键词：地铁车辆、装配、工艺

1.引言

车辆装配作为地铁车辆制造的关键过程，其工艺的合理与否直接影响到车辆品质、生产周期和制造成本。近年来，随着轨道交通行业的快速发展，城轨车辆市场迅速扩大，各车辆制造企业面临着新的机遇与挑战。为了适应行业发展的需要，在竞争中处于优势地位，车辆企业必须对原有的地铁车辆装配工艺进行优化，以实现更大的经济效益和社会效益。

本文分析了地铁车辆装配工艺现状，对装配工艺的改进和优化进行了探讨。

2.地铁车辆装配工艺

地铁车辆装配的工艺路线为：车辆进入装配车间→架车→组装作业→落车→连挂。由于地铁车辆的技术更新快、单个项目的生产量小、车辆结构复杂、搬运不便等特点，因此不便于建立自动化程度较高流水生产线，而是采用固定台位的生产模式，同时由于车下作业较多，采用了高位架车的作业模式。操作者通过设备及工装的辅助将各车辆零部件装配到车体钢结构上，完成整车的生产。

地铁车辆结构复杂，装配工序较多，按照作业位置可以将组装工序分为车上工序、车下工序以及司机室工序三部分类，车上工序主要在车体客室内部和车顶进行，车下工序主要在车体底架下进行，司机室工序主要在司机室内部进行。

2.1车上工序

车上工序可以分为内装、车上电气、车上钳工三部分。内装工序包括座椅、顶板、墙板、地板、扶手安装等，装配的要求主要是突出美观性和功能性；车上电气安装工序主要包括客室电气系统、广播系统、电器柜、照明系统等的安装，装配的要求主要是突出可靠性；车上钳工工序主要包括空调机组、受电弓、门系统及贯通道安装，装配的主要要求是安全性和可靠性。车上工序相互之间以及和车下工序之间根据装配逻辑关系并行或者相互交叉进行，工艺流程如图1。

图1车上工艺流程图2车下工艺流程

2.2车下工序

车下工序主要可以分为车下电气、车下钳工两部分。车下电气安装工序主要包括牵引系统、制动系统（电气）、辅助系统等的安装，车下钳工工序主要包括制动系统（空气）、车钩缓冲装置、中心销的安装。车下工序装配的主要要求是可靠性和安全性，工艺流程如图2。

2.3司机室工序

司机室作为车辆运行的操作、控制中心，其装配工艺的合理与否直接关系到行车安全，按照专业可以分为内装、电气、钳工三部分，工艺流程如图3。

图3司机室工艺流程图4 装配车间班组设置

3.车辆装配工艺优化

对目前地铁车辆的装配工艺优化主要是从提高生产效率和车辆品质，降低制造成本为目的。考虑到对成本的控制以及投入设备寿命周期成本，工艺的优化不是简单的通过增加自动化设备来提高生产过程的自动化程度，而是在目前的工艺方案基础上，通过微量调整工艺布局、适当增加辅助的工装设备、改进工艺方法及等方式来达到优化工艺的目的。下文中探讨了车辆装配工艺的优化的一些思路，实施细节不做讨论。

3.1工艺布局的优化

目前车辆装配多采用固定台位的生产模式，即在车体钢结构进入装配车间后，使用天车将车体起吊后落在马凳上。在整个装配过程中，车体位置保持不动直到装配完成，人员、设备和工装在各个台位之间流动。在这个过程中移动设备及工装花费大量时间，影响了装配效率。

实际上，在车辆装配过程中，各工序对应的都是固定的人员、设备和工具，因此，可以设置若干工位，各工位包含若干工序，车体在依次经过各个工位完成整车的装配。采用这种工艺布局主要需要对目前的工艺布局进行如下优化：

（1）取消马凳架车，在装配车间地面设置多条标准轨道，轨道和车体车间、调试车间相连。采用工艺转向架在轨道上架车及移车，沿着轨道设置若干工位。

（2）根据工序顺序、所需设备、工时将所有装配工序分配到若干工位，在各工位或者工位附近安置工装设备。

（3）车体通过工艺转向架依次经过各个工位，各工序对应的操作者固定在某工位完成装配工作任务。

采用这种工艺布局方式，由于工装设备固定在了某工位，避免了人员、设备的不停移动，提高了工作效率。

3.2装配作业班组设置优化

车辆装配是按照装配工序的先后顺序依次进行，生产组织采用了流水施工的生产组织模式，即各班组在完成第一台车的相应装配工序作业后，立即投入第二台车的装配作业。流水施工的组织形式包括 “无节奏流水施工”、“等节奏流水施工”、“异节奏流水施工”三种，其中“等节奏流水施工”的生产效率最高。但是在目前的车辆装配作业中，尚不能完全实现等节奏流水施工的组织，其中的一个重要原因就是目前装配车间班组的设置问题。

以某装配车间的班组设置为例，共设置了车电、制动钳工、内装三个工段，然后在这三个工段下又分别设置了多个班组，详见图4。

由图4可见，目前的作业班组划分通常是按照专业为主，主要考虑了各个班组所负责工序在专业上的一致性，而较少考虑各班组所完成工序所需工时是否相同，而这是实现等节奏流水施工的必要条件。如果各班组作业所需工时不同，必然无法实现工序交接在时间上的无缝衔接，在工序交接的时候出现上工序尚未完成或者上工序已經完成一段时间的情况。因此，可以对车间班组和工序设置进行调整，使得每个班组完成其负责的工序所需时间均相同，在保证专业性的同时满足等节奏流水施工的需要。

3.3装配作业内容的优化

在目前的装配作业中，每个班组的一天的作业都是从领料开始，在领料过程中耗费大量时间，使得班组每天的实际作业时间无法达到规定的工时。此外部分了解由操作者搬运的过程中难免造成料件的损伤，带来了额外的经济损失。

因此在工艺方案设置的时候应该将领料同装配作业分离，建立物料配送制度，建立专门的物料配送队伍。在各班组开始作业之前将所需料件配送至相应的工位上，操作者只需要在上班伊始就进行工序的装配作业，保证了有效工时，提高了作业效率。

3.4物料的配送及放置的优化

目前的物料配送都是通过叉车、货车甚至手推车进行，当物料到达车间之后料件都是在工序旁边就地摆放，容易造成物料的损伤和车间现场管理的混乱，之所以采用这种物料的配送及放置方式，主要在于目前采用固定台位的生产模式，料件的放置是按照车体所在的位置确定，装配进行到哪个工序就在车体旁放置哪个工序的料件。

当采用流水线布局时，由于已经明确各个工序所在的工位，因此可以设置固定的料件放置工装，同时考虑在车间和库房之间建立自动化或者半自动化的物料输送线，提高配送效率，规范车间现场管理。

3.5增加专用辅助设备、工装

在采用固定台位的车辆装配中，由于人员和设备需要在各台位之间流动，可以提高工作效率但是移动不便的大型辅助工装设备较少。采用流水线布局时，可以在部分工序增加部分专用的辅助设备和工装。

3.5.1空调机组安装设备优化

目前的空调机组安装时操作者通过蹬车梯上到车顶，然后使用天车起吊空调机组至车顶空调机组平台，调整到位后进行安装。这种装配工艺需要长时间占用天车，并且操作者在车顶作业缺乏安全保护措施，存在安全隐患。当采用流水线布局时，可以在空调机组安装的工位设置类车顶作业平台，在该平台上布置专用的空调机组起吊装置，从而达到减少作业人员、提高作业效率、保证操作者的人身安全的效果。

3.5.2车窗安装设备优化

目前的车窗安装通常采用电动升降车作为辅助设备，但是由于电动车的尺寸有限，在车窗的安装过程中，需要绕车体一直移动升降车。因此可以考虑在车窗安装工位设置半固定的作业平台，并在平台上设置固定的风管接口提供涂打车窗密封胶所需的压缩空气。

3.5.3其他工装设备优化

针对车上顶板、二次估计、风道格栅、灯具等安装工序，可以设置料件专用的举升工装，并且设置专用平台放置工装，便于车体转至该工位时可以迅速将工装移动至车内使用。

针对车下设备吊装需要天车、气垫船配合，需要大量人员的情况，可以开发专用工装既可以完成设备的存放，还可以完成设备的举升和安装位置调整。

此外，针对在整个装配过程中的用电情况，可以在各工位旁设置固定的插线板。

3.6落车工艺的优化

车辆落车是车辆装配的最后一个环节，车体和转向架的机械、电气、风路连接质量，关系车辆运行的可靠性和安全性。目前车辆的落车过程为：转向架移动到位→用天车和整车吊具起吊车体→移动车体至转向架上方→调整转向架和车体的位置使其对正→将车体落于转向架上→移出整车吊具→连接转向架和车体间的风管、电缆。目前的地铁车辆落车工艺存在以下问题:

（1）在落车过程中转向架和车体的位置需随时调整，耗费时间较多，并且需要长期占用天车，影响其他工序施工。

（2）使用整车吊具的过程中要十分小心避免吊具和车体擦挂。

（3）起吊车体的过程中需要两台天车进行配合操作，对天车工的技术要求较高，存在一定风险，并且在这个过程中需要的辅助人员较多。

当采用流水线工艺布局时，可以将最后一个工位设置为落车工位，在此工位设置包含车体架车单元和转向架架车单元的固定架车机。

采用固定架车机后的落车过程为：车体通过工艺转向架移动至设定位置→车体架车单元架起车体、车体和工艺转向架分离并移走工艺转向架→转向架移动至设定位置→转向架架车单元架起转向架→连接转向架和车体间的风管、电缆→车体架车单元降下→转向架架车单元降下。

采用固定架车机后不再需要天车配合，只需要将转向架及车体移动至相应位置即可自动完成架车，提高了工作效率及落车质量。

4.结语

目前的地铁车辆装配工艺已经较为成熟，但是仍然存在工人劳动强度大，工作效率较低的問题。通过采用流水线布局等方式优化装配工艺，可以有效的提高装配效率和装配质量，便于车间进行精细化管理，从而实现较好的经济效益和社会效益。

5.参考文献

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[4] 程龙成,韩文民. 基于虚拟流水线的船舶分段建造调度问题研究【J】.价值工程.2011(05)

6.个人简介

张波（1984-），男，重庆人，毕业于西南交通大学，先后从事轨道车辆制造工艺开发、车辆检修研究工作。