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铁路与轨道交通 |
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案例分析：铁路货车产品开发并行工程 |
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作者：徐国明 李福 |
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“铁路货车产品开发并行工程”是国家863/CIMS主题并行工程攻关成果民口应用工程项目。齐齐哈尔铁路车辆（集团）有限责任公司（以下简称齐车公司）的规模和能力居亚洲之首，连续7年被评为国家最大工业企业和全国500家最佳经济效益企业。然而，从产品水平和开发手段来看，齐车公司与世界先进水平相比还存在较大差距，一些问题一直制约着齐车公司铁路货车产品的开发周期和水平。主要表现在：
● 齐车公司现行产品开发采用部门制和串行开发模式；
● 缺乏数字化产品主模型；
● 缺乏产品数据管理系统；
● 计算机辅助产品开发需要从CAx上升到CAx与DFx的结合；
● 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如人意；
● 冲压模具设计与制造周期长；
● 铸钢件生产准备周期长、试制费用高、成品率低。
体系结构及内容
“齐车公司铁路货车产品开发并行工程”的总体结构如右下图所示，它包括三个分系统：
图 总体结构图
1．产品开发管理分系统
管理分系统包含产品开发过程建模与改进、团队运作管理、工作流程管理和产品数据管理4个功能模块。这些功能覆盖了产品并行开发过程中的过程建模、分析、改进与监控，实现了产品开发工作流程的管理和产品数据管理。此外，组建了产品开发团队，其中，澳大利亚粮食漏斗车开发团队就是根据项目的实际需求，在产品开发过程分析、建模与改进的基础上建立的。
2．工程设计分系统
工程设计分系统由与产品开发相关的一些关键技术功能模块组成。该分系统包括产品二维和三维设计系统、冲压与铸造模具设计系统、产品协同设计协调与冲突仲裁、数字化产品建模与CAD/CAM信息集成、工装模具制造仿真系统、计算机辅助工程分析（CAE）等功能模块。以信息集成和CAD/CAM为基础，扩展面向成本的设计(DFC)和CAE功能;基于STEP标准实现了产品信息集成。
3．支撑环境分系统
该分系统包括产品数据管理和网络两个子系统。齐车公司产品开发的各环节在产品数据管理系统（PDM）的支持下，实现了产品开发过程和数据的集成。PDM子系统一部分功能直接由商用Windchill PDM系统提供，另一部分功能需在Windchill PDM平台上进行二次开发。PDM子系统需包含文档管理、产品结构配置管理、零件库管理、数据流程管理和变更过程管理、应用系统集成等功能。
网络与数据库是并行工程的支持平台。齐车公司的技术中心、冷工艺部、热工艺部、工装模具分厂、公司办等在网络与数据库系统的支持下联网，实现数据共享、分布式处理和信息集成，建立了Client/Server结构的计算机系统和广域网络环境，使异地分布的产品开发队伍能够通过PDM和群组协同工作系统进行产品开发。
经济效益和社会效益
并行工程的实施不仅可以给齐车公司带来可观的直接和间接的经济效益，而且可以给齐车公司带来巨大的社会效益。
实施并行工程的直接经济效益是非常显著的。它提高了产品开发队伍的运作效率，改进了产品开发过程，降低了铁路货车产品设计、工装设计、工艺方案的返工次数，减少静强度和动力学试验1～2次，快速报价时间缩短50%，冲压件试制次数减少3～4次，铸钢件制造等较大的工艺调整可以避免，局部工艺调整可以降低50%，从而使每个铸钢件可缩短试制周期50天，总的产品开发周期缩短30%～40%，取得总的经济效益4169万元。产品试制费用每年将节省645万元，即在减少产品试验方面，每年节约试验费用可达325万元，在减少冲压件试制次数和缩短铸钢件试制周期方面，每年减少试制费用320万元。
实施并行工程的社会效益也是十分可观的，不仅大大提高了齐车公司铁路货车产品的质量与水平，增加了产值、利润和利税，而且能够提高我国铁路货车的总体水平，促进我国铁路货运行业的发展。虽然本项目是针对铁路货车产品开发的，但是本项目的经验成果对其他制造业有着同等重要的价值，对我国整个制造业的发展具有重要的参考价值，为我国国企信息化的发展提供了一条极有价值的思路。
该项目的成功实施主要在以下方面取得了成绩：
(1) 建立了高水平的并行化铁路货车产品开发体系。实现了并行化产品开发，缩短产品开发周期30%～40%；降低了产品开发成本，提高了齐车公司的铁路货车产品的质量，取得了显著的应用效果。当年节约产品开发费用500多万元，赢得出口额约3000万元。
(2) 对铁路货车产品开发过程进行了建模、分析与改进。组建了产品开发中心，实现了产品开发的团队化。
(3)基于Windchill软件建立了支持铁路货车产品开发的并行工程集成框架等，实现了铁路货车产品开发的信息集成、过程集成和应用软件集成。
(4) 实现了用三维软件Pro/E进行铁路货车产品设计、冲压和铸造模具设计，采用特征技术建立了数字化产品模型，实现了基于STEP的钣金CAD/CAPP的产品信息集成。提出了产品协同设计的协调模型，开发了协调和冲突化解软件，在铁路货车关键部件转向架设计中发挥了十分重要的作用。
(5) 利用商用软件实现了铁路货车的结构强度、刚度、冲压成型、铸造过程及动力学性能分析,缩短了设计周期，提高了设计质量,并开发了产品报价系统，在产品方案设计阶段即可进行产品成本评估与产品价格估算，实现了快速准确的报价。
“铁路货车产品开发并行工程”项目首次在国内铁路货车制造领域系统地、全面地研究与应用了并行工程的理论和方法，解决了许多关键技术，充分体现了并行工程的特色，并通过在多个产品开发中的应用，取得了明显的经济效益与社会效益。该项目在过程管理、协调管理系统、产品数据管理、CAE应用、产品报价系统等方面有创新，达到了同行业20世纪90年代国际先进水平。(end)
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(12/11/2004) |
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