标准化原理是中国标准动车组统型优化实施的基础

标准化原理是中国标准动车组统型优化实施的基础

根据中国高铁快速发展和“境外”活动的要求，中国积极推动车架的标准化和规范化，成功开发出符合中国标准车水平的完全自主知识产权。在中国标准动车组统型的优化实施过程中，标准化五大原理，即统一化原理、互换性原理、通用化原理、系列化原理和模块化原理，始终贯穿其中，为系统化、科学化、规范化推进中国标准动车组统型工作提供了重要的理论指导。1标准物质的基本原则1.1应用标准化的效益中国国家标准GB/T20000.1-2014将标准化定义为：“为了在既定范围内获得最佳秩序，促进共同效益，对现实问题或潜在问题确定共同使用和重复使用的条款以及编制、发布和应用文件的活动。标准化的主要效益在于为了达到预期目的（包括但不限于品种控制、可用性、兼容性、互换性等），改进产品、过程或服务的适用性，促进贸易、交流以及技术合作。”所谓标准化统型，是运用标准化手段对现有产品规格、结构、性能等进行统一，以尽可能少的品种（型号）来满足较长时期和一定范围内全部使用要求的规范化工作。1.2标准化基本原理及在标准化原理上的应用,形成了标准化基本原理，提出并确定标准化原理和标准化原理第一标准化的五个原理看似相互独立，实则相辅相成，统一化原理是标准化原理的本质和核心；互换性原理是标准化原理的基础和依据；通用化、系列化、模块化原理是统一化原理的具体形式。1.2.1统一设计概念的应用途径统一化原理：对具有等效功能的标准化对象（物质的、文字的）或其技术要素（尺寸、参数），进行合理归并、精选，使之达到通用互换或成为共同遵循的依据统一化原理的应用很广泛，最一般的方法是通过标准的制定和实施，来达到概念、产品、技术等的统一，如制定和实施术语标准来统一概念，制定和实施产品标准来统一产品的性能和质量，制定和实施工艺设计标准来统一设计技术和制造技术等。1.2.2产品单元的不加任何改变或修改就能取代另一产品单元互换性原理：在满足同样使用要求的条件下，通过一定途径或方法，可以使某一产品单元不加任何改变或修改就能代替另一产品单元互换性原理是产品能被重复使用和共同使用的基本条件。互换性的实质是使零部件的尺寸、形状、性能、作用相同，彼此可以互相替换1.2.3应用对象的确定通用化原理：以互换性为基础，对产品或系统的共性和相似特征，经归并、选优、统一，找出其最佳的物理特性或典型结构，尽可能扩大同一对象的使用范围，实现最大限度的重复使用或共同使用通用化原理的应用对象主要包括：分系统层次产品、设备级产品和零部件产品等通用产品单元。通用化是指同一功能、同一规格产品之间的相互替代，主要表现为接口统一化和功能统一化。在生产活动中，使用通用产品单元，有利于减少重复劳动、节约资源，以及缩短产品研制、生产、维修周期。由于零部件产品是组成复杂产品的基本单元，数量大，对其进行加工势必要消耗大量研制、生产资源，因此，零部件产品通用化的应用最为广泛1.2.4产品标准化的基本原理系列化原理：从产品使用要求和发展规律出发，将同一功能产品的主要参数或规格按一定数系或要求作合理规划，并对其型式和结构进行统一，使产品有序发展并形成一定序列系列化原理是通用化原理的进一步发展。系列化是指对同一类产品的基本参数、型式、品种、规格等进行合理安排和科学规划的标准化形式。产品系列化设计一般有2种方式1.2.5．通用单元标准化模块化原理：对产品进行功能分析和结构分解的基础上，划分并设计、生产一系列不同功能、不同结构和参数规格的能重复使用和共同使用的通用单元（通用模块），并补充专用单元和零部件，组合形成新产品模块化是在通用化、系列化基础上发展而来的更高层次的标准化形式，具有接口互换性和功能互换性。为了满足日益增长的个性化需求，采用柔性化生产、模块化组装等技术进行大规模定制，可以有效提高资源利用率，降低生产、运维成本，实现通用化、系列化带来的规模经济效益。2中国标准车的整体设计2.1crh系列动车组的问题2004年以来，我国生产制造了CRH1、CRH2、CRH3、CRH5型动车组，建立了中国高速动车组设计、制造和验证平台。2007年以来，自主创新研制了“和谐号”CRH380型新一代动车组，为我国高速铁路提供了充足的装备保证。尽管我国在动车组技术领域取得了长足进步，但面对我国地域广阔、环境复杂和长距离、高强度运行需求，CRH系列动车组在运用过程中暴露出了一系列亟待解决的问题(1）自主创新能力亟待提高。CRH系列动车组大部分部件均已实现国产化，但由于我国高速铁路建设起步较晚，技术储备不足，一些核心技术和关键装备对外依存度较高，自主创新能力亟待进一步提高。(2）技术标准不统一。CRH系列动车组在不同的技术平台上进行研制，多种技术标准共同运行，技术性能和参数要求上存在诸多不同，在旅客界面、操作界面、运用界面及维修界面等差异较大，不能实现互联互通，甚至不能相互救援，动车组备用率高。比如定员不统一，影响动车组相互备用；司机操纵台不统一，影响司机驾驶；列车宽度不统一，影响站台设计；列车车钩不统一，影响相互联挂、救援。(3）运用维护维修成本高。CRH系列各型动车组结构差异大，修程修制不统一，维护检修零部件尚未统型，运用部门备品备件品种多，加大了维护难度，提高了维修成本，对铁路的经营效益产生较大影响。2.2中国标准动车组：将高铁“走出去”根据我国高速铁路发展的技术特点和动车组的运用需求，亟需开展标准化统型工作，研制具有完全自主知识产权的中国标准动车组，持续增强自主创新能力，助力高铁“走出去”；建立统一技术标准体系，实现互联互通；降低运用维护检修成本，提高运营效率。2.2.1中国标准动车组：从“中国制造”向“中国创新”转型坚持引进消化吸收先进技术和自主创新相结合的原则，持续增强我国动车组自主创新能力，全面系统掌握动车组关键核心技术，研制具有完全自主知识产权的中国标准动车组，打造具有世界先进水平的中国标准动车组技术平台。根据世界各国高铁运营需求，量身设计具有国际竞争力的系列化动车组产品和成套技术解决方案，促进动车组由“中国制造”向“中国创新”跨越。同时，以中国标准动车组出口为突破口，带动线路工程、通信信号、牵引供电等高铁成套技术和产品“走出去”，积极拓展国际市场，全面打造中国高铁品牌，助力中国高铁“走出去”。2.2.2中国标准动车组技术标准基于高速动车组研发、试验、运营、维护等经验和数据，通过自主创新，建立统一的中国标准动车组技术标准体系，以相同速度等级中国标准动车组具备重联运行功能，不同速度等级中国标准动车组具备相互救援能力为目标，从动车组旅客界面、操作界面、运用界面和维护界面等方面进行统型优化，实现互联互通互操作。2.2.3降低运用维护检修成本，提高运营效率中国标准动车组实现互联互通的同时，通过关键零部件统型设计，实现零部件通用互换和修程修制统一化，打破零部件供应垄断的局面，有利于减少备品备件数量，降低运用维护检修成本，提高运营效率。3中国高速动车组技术标准的研究与实践中国国家铁路集团有限公司（原中国铁路总公司，以下简称“国铁集团”）在融合既有四大CRH系列动车组技术平台优点的基础上，坚持自主创新，以安全性、可靠性、舒适性、节能环保为前提，以市场需求为导向，以“标准统一、互联互通”为设计原则，采用正向设计思路，加强顶层设计，构建和完善中国高速动车组标准体系，自主研制不同速度等级、适应不同环境需求的动车组系列化产品，打造具有完全自主知识产权、世界先进水平的中国标准动车组技术平台。自2012年起，速度350km/h中国标准动车组统型工作，在方便运用、降低全寿命周期成本、进一步提高安全冗余等方面加大了创新力度，按照顶层设计、自主研制、试验验证3个阶段3.1中国标准动车组顶层技术指标中国标准动车组统型顶层设计框架主要包括：服务框架、功能框架和物理框架3个部分，如图2所示，标准化原理贯穿始终，为中国标准动车组统型提供理论依据。(1）服务框架：基于用户需求，提出中国标准动车组的顶层需求。以路网规划、动车组技术发展和客流运输的实际需求为出发点，通过调研分析，梳理总结既有动车组运用问题，提出中国标准动车组的顶层技术指标和总体技术条件。(2）功能框架：基于用户服务，明确中国标准动车组的系统功能。通过建立统一的技术标准体系，对中国标准动车组服务功能、运用维护等进行标准化统型，实现不同型号动车组的互联互通互操作功能，满足相同速度等级动车组重联运营、不同速度等级动车组相互救援的要求。(3）物理框架：基于系统功能，定义中国标准动车组的物理子系统及其实现方式。中国标准动车组车体、转向架、牵引系统、辅助供电系统、制动系统、网络控制系统、高压系统等，均采用模块化设计方法，通过设置最小可更换单元，实现关键部件通用互换。3.2车联网技术攻关中国标准动车组样车研制项目由国铁集团主导组织实施，中国铁道科学研究院集团有限公司技术牵头，中车集团（原中国南车、中国北车）及其相关企业设计制造，西南交通大学、北京交通大学、中国科学院等高校和科研院所技术支持，产学研用联合攻关，协同创新3.2.1中国标准动车组技术标准统为更好地适应中国自然地理环境、铁路运营需要、旅客出行习惯及动车组运用维修需求，基于高速动车组研发、试验、运营、维护的经验和数据，通过系统分析既有CRH系列动车组技术性能，构建了体系完整、结构合理、先进科学的中国标准动车组技术标准体系，涵盖动车组基础通用、车体、走行装置、司机室布置及设备、牵引电气、制动及供风、辅助电气系统、车内环境控制、给水和卫生设备、列车网络、控制诊断和监测系统、应急及防护、运用维修等13大类标准，如图3所示。在所采用的254项重要标准中，中国标准（包括中国国家标准、行业标准、国铁集团企业标准等技术标准）占比高达84%3.2.2中国标准动车组关键部件的标准化设计通过分析既有CRH系列动车组各零部件的结构、原理、参数、寿命周期、检修维护、供应商等基本情况，对比不同动车组技术平台优缺点，系统研究动车组关键部件的接口技术，并依据中国标准动车组技术标准体系，对中国标准动车组车体、转向架、高压牵引、辅助电气、制动、网络控制、旅客信息、车内环境控制、给水卫生、车内设施、驾驶设施11大系统共96项关键零部件进行了标准化设计，统一了尺寸、功能、性能、接口、备品备件等，实现了中国标准动车组关键部件互换性，优化了旅客界面、操作界面、运用界面和维护界面，提升了动车组维护检修经济性。3.2.3通用化：互联互通基于我国动车组运用环境和运营需求，重点研究动车组外部接口、相互救援与重联、检修与维护等技术，实现了中国标准动车组平台通用化，即互联互通互操作。互联是前提，通过统一前端车钩、过渡车钩、救援连接器等机械接口，实现物理互联；互通是基础，通过统一列车级网络初运行标准、通信协议、故障诊断代码规范、列车级硬线控制电路、安全环路、BP救援转换装置等电气接口，实现逻辑互通；互操作是互联互通的最终目标，通过统一司乘操作界面、控制指令输出、工作模式、降速处理等措施，实现重联互操作。3.2.4体系并完善系列产品为满足日益增长的铁路客运需求，按照产品系列化设计要求，以中国标准动车组样车为基型产品，积极推进系列化中国标准动车组研制，持续完善中国标准动车组“家族”体系，逐步研发了不同速度等级、不同编组形式、不同动力牵引模式、适应各种运行环境需求的中国标准动车组系列产品CR400(350km/h）、CR300(250km/h）、CR200(160km/h)3.2.5先进制造技术开发中国标准动车组生产制造严格执行标准化管理，通过制定、发布、实施及修改各项生产标准，建立了生产制造标准体系，同时，借助信息化、自动化、智能化技术手段，采用柔性工装生产线、模块化组装技术、管路加工技术、数字测量技术、变形控制技术、残余应力控制技术、数字化调试技术等先进制造技术，将设计、工艺、物流、质量、生产、设备等各环节纵向集成、横向交互贯通，实现生产过程的优化控制、智能调度、状态监控、质量管控，确保中国标准动车组性能指标达到先进性、可靠性、安全性、可维修性、环境适应性等要求。3.3试验证实3.3.1整车技术性能试验验证2015年6月中国标准动车组样车下线以来，在大西高速综合试验线、郑徐高铁、哈大高铁开展了中国标准动车组型式试验、运用考核和科学试验，试验考核指标全部符合标准规范和运用要求，中国标准动车组安全性、舒适性及各项性能指标以及运用适应性、稳定性、可靠性、制造质量均达到设计要求，整车技术性能指标实现较大提升，设计寿命由20年提高到30年3.3.2统型零部件互换性试验验证为进一步深化中国标准动车组统型工作，在中国标准动车组96项零部件统型成果的