铁路机辆设备工程工艺设计的哲学思想

铁路机辆设备是承担机车、车辆、动车组检修的场所，一个机辆设备工程几乎囊括了铁路行业所有专业，机辆设备工程是铁路工程典型的缩影，折射了铁路技术的专业性、复杂性、系统性和先进性[1]。

机辆设备工程设计以工艺设计为主体，相关专业协同设计而成，工艺设计是决定机辆工程设计成败与优劣的关键内容。如何开展工艺设计、做好工艺设计，是设计工程师必须面对的问题。

1.设计工程师的困惑

铁路机辆设备工艺设计主要包括机辆选型、工作量计算、交路设计、工艺流程、设备选型、总图布局、生产厂房设备布置等内容。设计工程师一般采用执行规范、继承成熟经验等方法开展设计工作，但常常会遇到困惑。

（1）执行规范

在工程活动中，设计工程师必须在一定的约束条件下开展工程设计。这种约束主要表现为设计规范，执行设计规范是设计工程师的基本准则，但是，执行规范的设计成果未必是优秀的作品。

（2）继承成熟经验

工程设计离不开继承，在设计中经常沿用先辈的成熟经验。但是，面对铁路的快速发展、技术的日新月异、运营单位的个性化差异，简单照搬成熟经验成果显然是比较肤浅的做法。

（3）执行审批意见

审批意见是工程设计的主要依据，但审批意见是对主要规模和方案的规定和约束，若简单止步于审批意见，未做进一步延伸细化设计，最终的设计成果可能无法很好地适应运营生产。

（4）遵从业主的意愿和要求

设计工作受业主委托，设计内容应遵从业主的意愿和要求。但业主的部分需求可能是片面的，不加评判和分析地满足业主所有需求，会使得工程设计缺乏合理性和可行性。

设计工程师在面对复杂的工程追问和反思时，到底是简单照搬成熟的成果还是在继承中创新？是一味追求技术刚性还是原则中有人性化变通？常常会不自觉地陷入到技术中心论和人类论而感到困惑，无法实现理性自觉[2]。如果从工程哲学角度去研究，探究工艺设计的本源，追问工艺设计价值，或许可以豁然开朗。

2.工艺设计本体论

工程设计体现了系统集成与构建，工程设计是对多变量、多目标、多重约束条件的复杂性问题进行综合研究。对设计而言，从单一技术性研究到综合性研究的发展，必然要求研究的视角或范式也发生转变，以重新揭示设计的本质，这就需要进行以设计为对象的哲学研究，对设计作为哲学认知的根本性和基础性问题的研究[3]。

在铁路机辆设备工程中，工艺设计也称机辆检修工艺，是工艺流程设计和工艺装备设计的总称，包括机辆检修过程和方法，以及设备选型。工艺设计是以机辆检修工艺为内涵，以机辆装配技术、设备技术、生产管理为外延[4]。工艺设计的概念体现了内涵与外延的统一。

从发展史论分析，工艺设计基于机辆制造技术，并配套检修装备技术而综合集成的一门工程设计专业。工艺设计与技术的发展息息相关，机辆检修从上世纪的“计划预防修为主”理念到现在“以计划预防修为基础，逐步实施状态修、换件修和主要零部件专业化集中修”的理念，体现了机辆制造技术的发展[5]。以机辆整备装备为例，上世纪以人工检查为主到现在以自动化动态检测设备为主，展现了检修装备技术的发展。

从工程技术分析，工艺设计是以机辆检修技术为核心，相关专业技术辅助集合而成的一门工程专业设计，体现了工程的系统性。工艺设计具有工程设计的一般性，即创造性、复杂性、选择性、妥协性、思辨性，还具有总体性、故障安全性等特殊性[6]。工艺设计在机辆设备工程设计中扮演总体规划的角色，工艺专业直接面对生产运营，不能因部分设备及设施的故障导致生产瘫痪，需考虑故障导向安全性。

从价值论分析，工艺设计是以机辆检修目的为价值导向的，例如，动车运用所工艺设计目的是实现动车组存车、整备、一二级修、临修、镟轮作业。

从设计内容角度分析，合理规划布点，实现机辆检修、整备等功能；计算工作量，根据地形条件、投资等因素确定设计规模，实现检修能力；完善总平面布置方案，优化工艺流程，实现检修效率最大化。

从设计成果角度分析，工艺设计是以房建、线路、设备及设施为载体，工艺流程为灵魂建立起来的大厦。工艺设计的表象是总平面布置图、厂房设备平面布置图等设计成果，实质是布置图中隐含的工艺流程。提高布置图表象质量，可以提高设计成果的感性价值；重视工艺流程顺畅、高效、节能性，可以为设计成果的理性品牌价值增值。

3.工艺设计价值论

科学研究是以追求真理为导向，而工程设计是以实现价值为目的[7]。工艺设计是以机辆检修目的为价值导向的，检修是一种社会化的劳动，体现了人类的基本需求。那么，机辆检修目的是什么呢？工艺设计的价值是什么呢？从工艺设计本体论可以得出，其主要体现在三个方面：功能、能力、效率[6]。

3.1 工艺设计价值之一：是否具备需求的功能

功能是技术在工程物中的价值实现，体现了机辆检修的客观性和人类需求的多样性[8]。

功能表征了工程的本质属性，工程因具备某种功能而有存在价值。机辆设备工程具备哪些功能？工艺设计中应实现什么功能？按照机辆设备功能性质，可分为以下几类。

表1 机辆设备工程功能类别[9]-[13]

按照服务范围，可以分为：本线检修需求、枢纽检修需求。按照设计年度，可以分为：初期、近期或远期检修需求。

确定功能，应满足以下几个原则：

（1）规范性

我国铁路规范由铁道国家标准、铁道行业标准、总公司技术标准三级规范组成[14]。规划的机辆设备应满足相关规范，使得功能具备合法性。

（2）节能性

各个机辆设备工程布点应考虑节能因素，不可分布太多。交流机车检修段、动车段应全路集中规划，按区域设置；机务段、客车段、货车段一般按照铁路局以及枢纽需求考虑，一个枢纽一般设一个；机务折返段、客车整备所、动车运用所按照始发车站作业量，按需设置；救援设备按照服务范围设置。

（3）可实施性

各个机辆设备工程的建设应具备可实施性。部分工程受地形条件限制无法承担拟定的功能，需调整功能。比如动车运用所一般承担相邻客站始发动车组检修作业，随着路网建设，始发动车组增加，需扩建动车运用所，若因用地限制而又无法扩建时，则需要调整由枢纽内其他动车运用所分担其检修作业。

（4）时效性

考虑到路网的分期建设，机辆设备工程的功能也相应调整，比如某个机务折返所，近期只承担折返作业，远期预留增加临修或C1～C3修功能。

（5）完整性

工艺设计因具备完整性，也即按照设计方案建设的工程物可以完成所有的检修作业，若设计中因缺少某个局部设施，使得建成后的工程无法完整生产，那么这种设计是不成功的。

（6）正向和反向设计辩证统一

对于成熟类机辆设备工程，多采用“规范要求→工艺设计”的正向设计实现功能；对于探索性机辆设备工程，还需按照“运营需求→工艺设计”方向设计思路[6]，面向生产需求，论证设计方案。在实际的项目设计中，一般需综合采用正向和反向设计方法，体现了辩证统一性。

3.2 工艺设计价值之二：是否达到预期的检修能力

能力反应了人工物满足其功能的有效性程度。规划的机辆设备工程承担检修能力是否适应相应路网机辆运营维修需求。

按照相关规范，核算工作量，根据地形条件、投资等因素确定设计规模，以折射其能力。

表2 机辆设备规模表[9]-[13]

能力设计，应满足以下原则：

（1）均衡性[15]

工艺流程由多个工序组成，比如机车整备作业包括：轮对诊断、洗车、上砂、上水、入棚检查（补充油脂、检测、检查）、列车直供电试验，司机试验等。根据短板效应，某个子模块规模大的机辆设备工程，实际生产能力不一定大。以科学计算为基础，深入研究工艺工序、时间节拍、生产管理，理论和实际相结合，均衡设计，方能实现整体能力最大化。

（2）前瞻性

检修能力不能只满足于现状，应按照远期规划、近期建设的原则，考虑铁路路网规划发展、机辆检修需求的发展。对于工艺设计技术不确定或不成熟的工程，在不影响铁路运营的情况下，尽量缓建。若无法缓建，要按最小规模设计，预留扩建条件，为后期优化设计提供机会。

3.3 工艺设计价值之三：是否实现生产效率最大化

效率可以定义为人工物满足其功能和为此作出努力之间的比率。只有具备高效率，才能够实现产能最大化。

效率设计，应满足以下原则：

（1）物流距离短

生产过程存在大量的零部件拆卸、搬运等，应将物流距离缩减至最短，仓储区应靠近生产区；大门位置设置合理，便于物料运输；减少物流交叉干扰；配置合理的吊运工具，快速运输；物料运输方式可采用轨道平车、自动运输线等，提高运输速度。

（2）人行便捷

生产间休与生产场所靠近设置，根据机辆设备规模以及总平面布置情况，合理选择生活场所集中与分散设置方案。充分考虑人性化需求，使得人员走行便捷、舒畅。

（3）装备适用

先进的设备不一定能带来高效率，追求先进的同时首先要考虑设备的可靠性和适用性。检修装备应便于工人操作、简单适用、维修方便。

（4）信息共享

充分采集数据、挖掘数据，实现信息共享；快速检测、检修和生产管理。生产效率的最大化需面向生产需求，进行详尽的现场调研、分析评判，筛选有效数据，并融入设计之中。

4.结论

设计哲学研究揭示了对工程设计技术发展规律问题的深刻认识，运用理性认识，把握自然和社会发展规律[16]，本文从发展史、工程技术、价值论、设计内容、设计成果等方面探究了工艺设计本质，从功能、能力、效率三个方面探讨工艺设计价值，可激发技术创新，指导铁路工程设计，具有一定的实践性和实用价值。