350km高速动车组工装设计制造技术的探讨

王永强， 赵晓鹏， 李宝旺

（北车唐山轨道客车有限责任公司制造技术中心，河北 唐山063035）

0 引言

350 km高速动车组属于结构尺寸大、制造精度要求高的高端产品。为了保证产品制造的准确度，在350 km高速动车组制造中采用了大量的工艺装备。如果按以前公司原有的工装研制模式，在工装的设计、制造上必将占用大量的人力和财力，这样不仅造成产品的制造成本增加，而且还会严重影响新产品研制周期。随着西门子公司先进制造技术的引进，公司在工装设计制造方面的观念也实现了跨越式发展。工装设计制造技术的消化吸收被视为此次制造技术消化吸收成败的主要因素之一。

1350 km高速动车组的工装设计制造技术的转变

1.1 工装设计方法的改进

350 km动车组引进以前，公司的工装设计基本停留在简单的二维计算机辅助设计上。随着350 km高速动车组制造技术的消化吸收，公司在工装设计上已基本实现了工装三维数字化设计。实现了工装设计所需要的数据均从产品数据模型上直接提取，从而提高了工装设计的准确率；同时利用三维软件的参数化功能，使工装以原始数据模型建立参数关系，当原始产品设计数据模型局部数据更改时，只需更新一些工装设计，便完成了工装设计的更改，大大提高了工装的设计效率。例如在司机室总成工装（如图1所示）的设计上，工装的侧面弧度定位板弧度与司机室外形数据完全相同，并建立了相应的参数关系。当司机室外形发生变化时只需要更新已经设计好的工装，工装上的左右12块弧度定位板就会发生相应更改，大大提高了工装的设计效率。

图1 司机室总成工装设计

图2 车顶组焊工装设计

1.2 工装结构上的改进

我国过去的机车车辆工装主要沿袭了前苏联的工装结构，与西方的先进机车车辆企业相比，我们的工装具有体积大、整体重量重、制造周期长、零件的互换性差等缺点［1］。随着350 km高速动车组技术的消化吸收，现在在工装设计时工装的结构变化也非常明显。例如公司原有车顶组焊夹具，由2个25 m长铸铁平台组成，体积非常庞大，工装调整也非常困难。现在的350 km车顶组焊工装（如图2所示）的设计上，采用了SIEMENS公司在工装设计上的模块化的结构。整个工装由10组模块化定位机构、10组模块化压紧机构与2个简单的基础座组成。10组模块化定位机构与10组压紧机构的模块固定在简单的基础座上。整个工装的重量大约12t，比公司原有车顶组焊工装减轻了约1/3的重量，由于定位和压紧模块化部分重量较轻，所以每个模块化部分都可以在基础座上实现自由调整。

把整个工装分若干模块后，由于每个模块体积都相对较小，这样在工装的制造时，每个模块的加工都可以用常见的小型机床来完成，从而大大降低了整个工装的制造难度和制造成本。由于工装中每个模块安装面都经过机床加工，所以在加大了工装互换性的同时还使整个工装精度也大大提高。

1.3 工装通用化设计上的改进

图3 组焊工装模块组成

我公司以前所设计的工装大多与制造工件一一对应，这样不仅增大了产品的研制成本，而且还会使工装的制造周期大大加长，从而严重影响产品制造周期。随着350 km高速动车组制造技术的引进、消化、吸收，现在在工装设计时工装的通用化观念也逐渐加强。例如350 km高速动车组侧墙组焊夹具就是一个典型的通用化工装。此工装可以完成3种不同形状侧墙正反2个工位的焊接工作，相当于以前的6种不同类型的组焊工装。该工装由16个定位卡紧模块组成（如图3所示），其模块化的部分可以方便地完成侧墙的定位、卡紧等工作。在定位卡紧模块中核心部件为可以360°转动的圆辊（如图4所示），该圆辊周圈缝隙处可以安装6组形状各异的定位机构。使用过程中可电气自动控制圆辊的旋转，以保证每组模块化中的圆辊转角的一致性。当圆辊每旋转60°时，16组定位卡紧模块中的圆辊安装的定位机构就组成了一种整套工装的定位机构。从而使整个工装具有了通用性。

图4 定位卡紧模块上核心部件

2 公司未来工装设计制造的发展趋势

2.1 实现工装的“并行工程”研制模式

目前我公司在工装的研制上一直保留传统的“串行工程”模式，即各部门按顺序完成各自的专业工作，这样导致产品从设计到制造需要很长的准备周期，其中工装的设计和制造用时最长［2］。

国外的EADS公司，在350 km高速动车组司机室操作台项目的工装设计上引用“并行工程”模式，大大缩短了操纵台的制造周期。所谓“并行工程”模式，就是在产品设计与工装设计同时进行。使用“并行工程”模式设计工装时，把工装分为独立于产品数据或只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的专用结构件两部分。在产品设计时，结构尺寸大、结构复杂、制造周期长的独立于产品数据或只需要基本数据的标准结构可以和产品一起并行设计，因为这一部分和最终产品没有联系，或者只需知道产品总体尺寸即可完成设计；而尺寸较小、制造周期短的、依赖于最终产品数据的专用结构件，需要在产品设计最终完成才能够确定。从而在工装的研制中采用“并行工程”模式将大大缩减了产品的制造周期。

2.2 工装的完全数字化

所谓工装的完全数字化包括数字化设计、数字化制造、数字化检测。工装的数字化设计是指在三维数字化的环境下，进行工装结构体的零件设计和数字化装配；工装数字化制造是指应用数字化设计的工装模型，采用数字化的加工设备，对工装的关键特征面等进行加工；工装数字化检测是指采用数字化检测设备对数字化设计制造的工装进行检测［3］。

虽然目前我公司在工装设计上实现了最基本的三维数字化设计，但是距离真正实现工装的完全数字化还有很长一段距离。工装完全数字化的实现将对控制产品的制造精度提供有利保证。

3 结语

本文主要介绍了350 km高速动车组制造技术中的在工装设计制造上模式的转变和典型应用实例。随着工装设计制造技术的进一步消化吸收和创新，公司在新产品研制方面将大大减少制造周期和制造成本，从而将大大提高公司产品在市场上的竞争力。

［1］ 张曙光.高速列车设计方法研究［M］.北京：中国铁道出版社，2009.

［2］ 张曙光.CRH5型动车组［M］.北京：中国铁道出版社，2009.

［3］ 王彦喜，闵俊，刘刚.激光跟踪仪在飞机型架装配中的应用［J］.航空制造技术，2010（19）：92-94，97.