（车辆工程专业论文）铁路货车车辆段检修生产系统的优化设计研究.pdf

摘要 摘要 铁路货车作为铁路运输的重要载体，具有品种多、数量多、流动性 强、安全要求高等鲜明特点，其运营过程中的安全性和可靠性完全依靠 于铁路货车车辆段的科学、有效的监控和维护，在铁路跨越式发展的进 程中，货车车辆段如何以更为科学、高效的检修生产系统保证铁路运输 需用货车的数量和质量，成为众多铁路科技人员深刻思索的问题。 本文通过对我国铁路货车生产、检修现状及未来发展的分析，获得 货车车辆段检修生产特性，以兰州西车辆段生产现状为例，在系统布置 设计和搬运系统设计、生产线平衡原则指导下针对现有的检修生产设 施布置、车辆转向架、车体、钩缓检修流水线提出优化改造方案，并对 备品库进行自动化仓库改造进行了重点研究，然后以国际上流行的 f l e x s i m 软件对优化方案进行分析，确定出适合兰州西车辆段的检修生 产系统的改造方案。本文还结合铁路信息化、管理现代化的发展，探索 了适应车辆信息化( i m i s ) 的检修生产系统的综合自动化控制方式，以 及先进制造方式下的车辆段检修生产系统管理理念。 关键词：货车车辆段，s l p ，生产线平衡，优化 a b s t r a c t a b s t r a c t r a i l w a yt r u c ki sa ni m p o r t a n tt r a n s p o r tc a r r i e r i th a s i t s o w nc h a r a e t e r i s t i c ，i n c l u d j n gm u l t j - v a r i e t y ，l a r g eb a t c h ，s t r o n g f l u i d i t ya n dh i g hs a f e t y s oi t so p e r a t i o ns a f e t ya n dr e l i a b i l i t y a r ev e r y i m p o r t a n t t h e s ed e p e n ds c i e n t i f i c ，e f f i c i e n tm o n i t o r a n dm a i n t e n a n c eo ft h er a i l w a yf r e i g h tc a rd e p o t d u r i n gt h e l e a p f r o gd e v e l o p m e n tp r o c e s s ， t h er a i l w a ys c i e n t i s t ss t u d yh o w t oe n s u r et h en u m b e ra n dq u a lit yo ft r u c k s a tf i r s t ，t h er a i1 w a yt r u c kp r o d u c t i o n ，o v e r h a u ls t a t u s e si n c h i n aw e r ea n a l y z e d ，a n dt h ep r o d u c t i o np r o p e r t i e so fr a jl w a y f r e i g h tc a rd e p o tw e r eo b t a i n e d s e c o n d l y ，t h ew h 0 1 es c h e m eo fl a n z o uw e s tr a i1 w a yf r e i g h tc a r d e p o tw a sp r o p o s c db ym e a n so fs l ，pa n da s s e m b l yl i n eb a l a n c e ， s o ar e a s o n a b l es 0 1 u t i o nw a so b t a i n e d e s p e e i a l l y ， t h ea s r sw a s d e s i g n e dt ok e e pm a t e r i a l s t h i r d l y ， t h ea b o v es o l u t i o nw a ss i m u l a t e db y f l e x s i m ， a f a m o u s3 ds i m u l a t i o ns o f t w a r e t h es i m u l a t i o nr e s u l t sd r o v e dt h e m e n t i o n e ds c h e m ew a sr e a s o n a b l ea n de f f i c i 仑n t a t 1 a s t ， w i t ht h ep r o g r e s so ft h er a i1 w a yi n f o r m a t i o na n d m o d e r n i z a t i o n ， t h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o nc o n t r 0 1s t r a t e g yw a s p r o p o s e dt oo v e r h a u lp r o d l l c t i o ns y s t e mo ft h er a i l w a y f r e i g h tc a r d e d o t k e yw o r d s ：t h er a i l w a yf r e i g hlc a rd e p o t ，s l p ， a s s e m b l yl i n e b a l a n c e ， o p t i m t z a t i o n 第一章铁路货车车辆段存在的问题及分析 第一章铁路货车车辆段存在的问题及分析 1 1 铁路货车车辆段检修生产的现状分析 铁路运输自1 9 世纪初正式开始运营以来，一直以其运量大、速度快、 安全、节能等优势作为人类最理想的交通运输方式，在世界各国的经济 发展中起着十分重要的作用，为促进国际经济发展和商贸流通做出了重 要的贡献。由于我国资源分布和工业布局不均衡，长距离、大运量、大 宗货物运输主要依靠铁路。据2 0 0 1 年中国交通年鉴统计结果显示， 我国2 0 0 1 年铁路货运周转量占全国各种运输方式总和的3 1 ，同时随 着我国铁路货运高速重载技术的发展，这一比重呈逐年上升势头。据铁 道郁统计中心公布的数据显示：2 0 0 5 年全国铁路完成货物运输发送量 2 6 8 6 亿吨，同比增长8 2 ，全国铁路完成货物周转量2 0 5 4 5 5 4 亿吨公 里，同比增长7 5 ，我国铁路完成的货物发送量、货运密度和换算周转 量等主要运输指标居世界第一位”1 。 铁路货车作为完成铁路运输的运载工具，其车种、车型也随着世界 交通、物流的发展，不断更新和完善。货车运行速度也由最初的2 0 公里 小时提高到现在的2 0 0 公里川、时。车辆在运行中，由于受到自然条件 的影响，车辆自重和载重的重力作用，以及运行中的冲击和震动等等， 使组成车辆的各个部分，不可避免的发生磨耗、腐蚀、变形以及裂纹等 损伤。1 ，因而降低了车辆的运行性能，给运输安全造成了隐患。因而， 为使车辆经常处于质量良好状态，确保行车安全并延长车辆使用寿命， 必须对铁路车辆进行各种检查和修理工作。由此，如何科学的确定车辆 检修方式，提高车辆检修质量，有效消除车辆隐患，保障车辆运行安全， 得到了世界各国的高度重视。 1 1 1 世界铁路货车生产和检修的现状 1 世界各国铁路货车生产的现状 据世界银行统计，铁路运输车辆总数：货车约3 8 0 万辆一，工业发 达和技术先进的国家，铁路货运普遍向着快速化、重载化、专用化以及 高质量服务的方向发展。北美、欧洲铁路快运货物列车最高运行速度已 达到1 6 0 k m h 。美国、加拿大、巴西、俄罗斯、澳大利亚、南非等国家， 在上世纪6 0 7 0 年代货车轴重已达到了2 7 t 3 5 t 。在货车转向架技术 方面，世界上许多国家为充分利用高速线路和适应快速货物运输的需要， 研制出了多种形式的高速货车转向架。比较成功的有法国的y 3 7 型，德 国的d r r s 型，美国的s w i n gm o t i o n 型，瑞典的s j 型，英国的t f 2 5 型 北京交通大学硕士学位论文 转向架等，其中法国的y 3 7 型转向架最高试验速度达到了2 8 1 8 k 【f i h ， 创造了货车运行速度的世界纪录“。 2 世界铁路货车检修的现状 ( 1 ) 检修制度方面。国际上通行两种检修制度：一种是计划预防修 理制度，另一种是按车辆技术状态修理的制度( 见表卜1 ) 。对于计划预 防修与故障状态修，两者并无先进与落后之分，而是应将其应用到适当 场合，针对不同事物和故障规律，选择使用两者之一或兼而用之”1 。俄 罗斯早期坚持计划预防修理制度，从1 9 9 9 年1 月5 日部令开始实行按 工作量( 走行公里数) 旌修的新制度货车运用规则f b 一6 2 6 号文件”“。 表卜1 两种修理制度的对比表”1 修理 优点缺点使用国家 制度 计划 能够保证车辆规定的使用安排车辆施修时不考虑工 中国、前苏 预防 期限和修理时间，可使车辆作量，也不考虑在装卸和调 联、日本和 修理 施修和对检修劳务、材料及车作业时的状态是否完好， 欧洲大多 制度 资金需求的预测简单准确。降低车辆运营效率。 数国家 降低车辆的检修工作量，最必须采用新技术、新设备、 技术 大限度的提高车辆的使用新材料和新工艺，提高车辆 状态 周转率，充分发挥车辆质量和零部件的可靠性和使用 美国 修理 的内在潜力。寿命，采用先进的检测办 俄罗颠 制度 法，制定合理的监测周期， 对运行状态进行准确监控。 ( 2 ) 不同国家机车车辆检修劳动生产率差距较大。如美国切西滨海 铁路公司( c s x ) 和联合太平洋铁路公司( u p ) 仅用30 0 0 人左右完成30 0 0 多台机车的各级维修任务。而我国同等数量机车维修任务需万人以上， 相比而言我国的劳动生产率较低。1 。 1 1 2 我国铁路货车生产和检修的现状 1 我国铁路货车生产的现状 ( 1 ) 我国铁道车辆的生产实施资格认证和产品认证。在我国生产铁 路车辆的企业须经我国铁路车辆的管理部门铁道部批准，生产的车 型及有关技术条件和图纸也须经铁道部批准。铁路车辆生产企业必须具 备完善的质量保证体系，现铁道部批准的铁路货车整车生产企业为1 8 家 ”。，货车新造能力已达到5 万辆。3 。铁道部在每一家铁路车辆生产企业均 派驻验收代表，负责对车辆整车及关键零、部件的产品质量进行监督、 验收，具备合格验收记录的铁路车辆才能进入铁路营业线运行。 ( 2 ) 我国目前拥有的铁路货车种类和数量。目前，我国国铁货车的 第一章铁路货车车辆段存在的问题及分析 车种有1 4 个，车型有1 3 9 个，自备车的车型有2 1 9 个，其中1 2 5 种车型 是自备车所特有的”“1 。截止到2 0 0 2 年底，中国铁路拥有货物列车4 5 9 0 1 7 辆，国家铁路拥有4 4 6 7 0 7 辆，合资铁路拥有9 8 9 4 辆，地方铁路拥有2 4 1 6 辆。在国家铁路的4 4 万多辆中，有棚车9 1 8 3 5 辆、敞车2 5 7 6 4 2 辆、平 车2 8 0 2 8 辆、罐车3 9 2 5 8 辆、保温车7 7 l l 辆、毒品车1 9 5 6 辆，其他车 2 0 2 7 7 辆“。虽然我国货车种类和数量较多，但是主型车辆配件已标准 化，如走行部、制动、钩缓部分等，互换性强。 ( 3 ) 我国铁路货车今后的发展方向。2 0 0 3 年6 月2 8 日，铁道部召 开了铁路跨越式发展研讨会，全面部署铁路跨越式发展战略，并针对我 国铁路货运现状，决定实施提速重载，这一举措极大地促进了货车技术 的发展。各生产厂家纷纷引进国外先进技术，分别推出了时速为1 2 0 k m 的转k l 型、转k 2 型、转k 3 型、转k 4 型提速转向架，时速1 2 0 k m 的p 。 型行包快运棚车和x 。型集装箱快运专用平车投入使用，由我国自主研发 制造的2 5 吨轴重的c 8 0 、c 7 6 型运煤专用货车在大秦线投入使用“，轴 重2 3 t 的7 0 t 级货车通过线路综合性试验各项性能良好。按照铁道部的 部署，在2 0 0 5 年末之前，各铁路货车制造企业应完成7 0 t 级货车的技术 程序，并形成批量生产能力，从2 0 0 6 年开始，新造铁路货车将全面采用 7 0 t 级新型货车“。2 0 0 5 年底，铁道部决定对转8 a 型转向架进行提速改 造，要求将全路主要干线货车由时速8 0 公里提至1 2 0 公里。目前全路正 在运用的货车有5 0 万辆，其中有1 0 万辆时速已达到1 2 0 公里，有l o 万 辆无法进行提速改造的货车将被逐步淘汰，其他3 0 万辆要用三年的时间 改造成时速1 2 0 公里的货车。 2 我国铁路货车检修的现状 ( 1 ) 车辆修程方面。我国铁路货车车辆的运用维修体制，自建国后 的几十年来基本都沿用前苏联模式，以使用年限来确定修程“。按照铁 路技术管理规程中对于车辆检修的有关规定，“我国铁路车辆实行定期 检修，并逐步扩大实施状态修、换件修和主要零部件的专业化集中修”。 我国目前货车车辆修程，分为厂修、段修、辅修、轴检“。具体检修内 容、达到的目的以及施修地点，如表卜2 。随着近几年车辆技术的发展 和更新，滑动轴承车辆的淘汰，轴检修程已经被取消，辅修车的数量也 是越来越少，逐渐的将被段修和厂修所取代。 ( 2 ) 检修周期方面。随着新造车质量的不断提高，检修单位的生产 技术和管理水平的不断改进，运用车辆的技术状态也处于不断的改善当 中。因此，我国对车辆检修循环结构和检修周期，已作过多次的调整和 变更。表卜3 是铁道部2 0 0 3 年4 月1r 起执行的货车定期检修周期表“”。 北京交通大学硕士学位论文 表卜2 我国货车车辆修程表 内容 检修内容 目的施修地点 修程 对车辆进行全面检查和彻底修恢复车辆的基本技术性车辆修理 厂修理，并进行必要的现代化技术改能，使修理后接近新造车厂、部分车 造。辆水平。辆段 分解检查车辆的走行部、车钩缓保持车辆的基本性能，保 冲装置和制动装置等部件。消除证各部分作用良好，减少 段修故障隐患，修复损坏、磨耗的零车辆运用中的临修，延长 车辆段 部件；按规定更换磨损过限的零车辆的使用寿命，以提高 部件，防止故障扩大。车辆的使用率。 对车辆的制动装置和轴箱油润 保证车辆的制动装置和 辅修装置进行检修，同时对其他部件轴箱油润装置在运用中 检修所 进行辅助性修理。保持良好的状态。 ( 线) 按辅修的要求，对车辆的轴箱油保证下次辅修到期前不 轴检 站修线 润装置和其他部分进行检修。发生轴箱油润装置故障。 表卜3 货车定期检修周期表 厂修 段修 车种、车型 辅修 ( 年) ( 年) n o 、p 】。、p 6 t 等型普碳钢车 51 ，、 p p m 型行包快运车 61 个 棚车 p 6 2 61 5 月 其他型耐候钢棚车9 1 5 c 1 6 、c 1 6 a 、c 6 2 a ( 车号为4 4 开头) 51 c 6 ly 、c 6 ) 、c 6 3 a 、c f 、c 5 d 61 敝车 c 6 2 a ( 车号为4 5 字头开始) 61 5 c 6 l 、c 7 6 a 、c 7 6 b 、c 7 6 c 81 其他型耐候钢敞车91 5 酸碱类罐车、液化石油气罐午、液氯罐车 罐车 等 41 其他型罐车5 1 k 1 3 、k 1 8 、k 】mk f 等型普碳钢车 51 矿石车 其他型耐候钢矿石车 8l u l 5 、u 6 0 、u 6 n w 5l 水泥车 u 6 1w 、u 6 【w 291 5 冰冷车普碳钢车41 4 第一章铁路货车车辆段存在的问题及分析 耐候钢车 6l 集装箱平车 61 5 平车( 含n x 系列) 、家自车、粮食车、守车、长钢 51 轨车、6 0 【的凹型车 毒品车 1 01 1 9 9 6 年以后生产的d 2 2 g 、d 1 2 、d 7 0 、d l o ( 经轴承密 93 封改造) 厂修、段修周期原分别为9 年、1 5 年的不常用专用 1 02 车 其他型不常用专用车、载重9 0 t 以上的车辆 82 1 1 3 我国铁路货车车辆段的设置现状和组织机构 铁路货车车辆段是铁路运输的重要组成部门，是检修车辆的基地。 按照铁路技术管理规程第1 2 8 条规定，“车辆段应设在编组站、国 境站和枢纽，以及货车大量集散和始发终到旅客列车较多的地方。车辆 段应有车辆修理库( 简称修车库) ，车辆停留线，轮对存防线，并有相应 的起重、动力、配件加修、轮对检修、红外线轴温探测系统检修、储油、 废油及污水处理、试验、化验、照明等设备”n 。 在我国，货车车辆段的主要任务根据工作内容可以分为定检和运用 两大部分，定检主要负责铁路货车的段修、临修、事故修等工作，运用 主要负责列检技术作业，包括对始发和到达列车进行技术检查和整修作 业。在2 0 0 5 年3 月铁路生产力布局调整之前，全路有货车检修车辆段 1 1 2 个( 含混合段、运用段和窄轨车辆段) “，2 0 0 5 年3 月生产力布局 重新调整以后，通过资产重组和站段整合，全路共有货车车辆段5 9 个， 站修所1 7 5 个，列检所4 6 5 个“。 在车辆段，段长是企业的第一管理者，在段长的领导下，确保上级 下达的各项指令性计划的完成，副段长、总工程师、各车间、科室分别 对段长负责，分工负责的完成车辆检修工作；各车间和科室是在段长和 主管副段长领导下的基本生产单位和组织服务单位，必须保证段下达的 各项指令性任务和分配的生产财务计划的完成，因此各车间和科室必须 强化基础管理工作，共同抓好生产安全、质量工作。以兰州西车辆段为 例，兰州西车辆段地处陇海、包兰、兰新、兰青四大铁路干线交汇的兰 西枢纽地区，主要承担路内、外货车的厂修、段修、辅修、临修等定检、 运用货车的r 常维修和客货车轮对厂修、罐车洗刷任务，是西北地区最 大的货车检修、轮对检修和铁路罐车洗刷基地。现有职工3 6 9 0 人，管理 跨度1 8 1 0 公里，安全保证区段3 1 9 7 公里。下设1 1 个职能科室、2 3 个 车间、1 3 8 个生产班组。拥有固定资产4 3 7 亿元，各类机械、动力等生 产设备2 0 5 6 台。2 0 0 5 年1 月1 日至1 1 月3 0 日完成路用车厂修2 3 8 辆、 i ! 塞窒望查兰堡主堂篁堡苎 段修7 6 9 4 辆、辅修1 0 。2 5 辆、通过修6 4 7 0 5 2 8 辆；完成外委车厂修1 2 7 7 辆、段修4 2 8 9 辆、辅修4 3 9 4 辆m 1 。其行政组织机构如图1 1 所示脚3 ： 图1 1 兰州西车辆段组织机构图 1 2 铁路货车车辆段存在的问题 1 2 1 货车车辆段的布局不符合铁路运输发展的要求 我国货车车辆段布局特点为：在东北老线较密，在西南密度较小， 但也存在小而全问题。区段站基本均设有列检所“。进入上世纪九十年 代后期，随着一批新建车辆段的建成投产和大批车辆段的扩能改造，全 路货车检修车辆段总数一度上升。由于全路定检到期车辆总量受保有量 制约和新型车辆定检周期延长的影响，几年来增长缓慢，甚至出现了负 增长”1 ，从需检修车辆的总量来看，全路货车检修能力总量已经饱和并 略显过剩。有的车辆段位于运输组织不允许扣检修车的地区( 无装卸作 业的车站、直通编组场) ，如沈阳、郑州、北京、武汉等枢纽地区，出现 了依靠回送车或提前扣不到期的车辆维持f 1 常检修，从某种程度上，影 响了铁路运输的健康有序的发展。 1 2 2 检修设旅及手段更新发展水平参差不齐 按照铁路车辆设备设计规范的要求，车辆段设计原则应着眼于 长远发展，满足3 5 年的发展需要。但由于我国大部分车辆段建段时间 较早，目前铁路跨越式发展进程又快，设施布置己不能满足现有车辆检 修的发展水平。 1 车辆检修设施整体水平落后于车辆技术的发展 按照我国铁路“十一五”规划的部署，从2 0 0 6 年开始，新造铁路货 车将全面采用7 0 t 级新型货车，浴翁式敞车、加长敞车、集装箱平车、 行包快运棚车等新型车辆将陆续投入使用。在铁路货车技术的迅速发展 的今天，依靠车辆段现有的检修设施和工装设备已经严重阻碍了检修工 第一章铁路货车车辆段存在的问题及分析 艺执行率的提高，甚至无法满足多项工艺要求，以至于部分车辆检修不 彻底，存在安全隐患。如k 2 、k 4 转向架的检修工装，铝合金车体的焊接 工艺等等。具体的讲，在检修设施方面存在的问题主要有： ( 1 ) 在车辆不断采用新技术的今天，相应的检修设施未能及时配套 更新，发展缺乏统一性、计划性。货车检修八条流水线于九十年代初投 入使用，曾被铁道部作为先进经验在全路推广。但是时隔十年以后，各 车辆段在一度使用的基础上，未能及时根据车辆结构的新变化对检修手 段进行调整，配件检修手段发展不平衡，大体上呈现出“三强、三弱” 的状态，即：制动配件试验手段强，修理手段弱：轮对、轴承检修手段 强，转向架、钩缓、制动梁等检修手段弱；配件检修手段强，车体检修 手段弱”“。这“三强、三弱”的现状对车辆配件的检修质量构成了隐患。 目前不少车辆段的检修设施布置，仅仅停留于目前而忽略了长远，真正 能满足使用要求、具有长期发展规划的并不多，随着车辆结构的变化更 新淘汰频率快，不仅浪费人力和物力，而且在新型车辆的检修上捉襟见 肘，显现出了设施布置水平、工艺装备水平与车辆技术发展之间的差距。 ( 2 ) 受检修手段不完善的约束，一些技术要求落实不到位，在车辆 配件的检修质量方面仍存在安全隐患。如：缓冲器组装、钩尾销孔、钩 腔及钩腔内部配件等的检修，虽然技术标准已经颁布十几年了，部分工 艺标准仍无法实现；如：钩腔内部防跳台磨耗后，进行焊补后的整形加 修；缓冲器检修工艺垫装车后的拆卸等。 2 先进物流技术在车辆段仅仅处于起步阶段 企业物流是社会物流社会物流系统的基础，是生产型企业的“第三 利润”源泉。目前在我国货车检修车辆段，由于现有的总体或局部的物 流格局不清晰，因而造成：物料流混乱；重复搬运多；生产流程不合理 造成物料流动路径长等生产缺陷，不仅直接阻碍车辆段生产效率的提高， 而且占用大量资金，成为发展的包袱。虽然近几年物流技术在个别车辆 段得到了重视，通过解决企业物流方面存在的瓶颈问题来发掘潜力，提 高企业的经济效益，但是仍然处于起步探索阶段，运用范围极为有限。 3 车辆技术状态检测和动态管理手段落后 近年来，我们在学习借鉴发达国家先进的车辆信息化技术的基础上， 实施推广了5 t 系统，车号自动识别系统、车辆行车安全监控系统，目前 正处于局部试验阶段，短期内还不能成为体系。同时，随着货车车辆运 行速度的提高和运行区间的不断加大，货车车辆的故障分布情况也发生 了变化，现大多集中于车钩分离、制动故障、幅板孔裂纹等等，由于部 分故障属于既有车辆固有的设计缺陷，且缺乏有效的车辆技术状态检测 手段，只能通过人为被动的进行车钩捆绑，估定幅板孔裂纹限定标准等， 来抑制、消除车辆运行故障的发生，不是从根本上迅速的、科学的解决 问题，以至车辆运行安全依然存在严重的安全隐患。 北京交通大学硕士学位论文 1 2 3 检修生产系统信息化发展缓慢 铁路车辆信息化是铁路信息化的重要组成部分，是保障车辆运行安 全、提高生产效率和管理水平的重要手段，是车辆生产力布局调整、修 制改革、装备现代化的重要技术支撑。目前，货车车辆段检修生产系统 信息化存在问题为： 1 咖i s 系统工位级建设发展缓慢 铁路货车检修车辆段信息化建设的最主要的体现形式之一h m i s ( 铁 路货车技术管理信息系统) 。自2 0 0 0 年开始试运行，目前已经在全路各 货车车辆段全面应用。但是经过这几年实际运行，也不断的出现了一些 问题。如工位级建设发展缓慢，在有些工位，数据的采集和处理仍然依 靠人工输入，不仅容易造成新的错误，而且也增加了生产一线职工的工 作负担，这已经对提高车辆段的信息化建设水平和检修能力造成了影响。 2 生产过程自动化建设速度发展缓慢 企业信息化是生产过程自动化与管理信息化的一体化，生产过程自 动化系统能尽善尽美的满足用户对全厂自动化过程与生产管理中的监 测、控制，以及现代化管理的需求，能够做到“全场信息集成”，这对于 货车车辆检修系统的运行安全和产品质量将起到极大的推动作用。为不 断适应车辆技术发展和满足检修工艺的基本要求，车辆系统虽然也对车 辆检修设施、装备进行了一定程度的补强和改造。但是，从车辆段检修 设备的发展水平和车辆新技术的发展速度来看，生产过程自动化建设的 速度仍显缓慢，就目前全路货车车辆段而言，完全实现自动化控制的加 工、检修设备数量还十分有限，和先进制造企业相比较差距较大。 1 。2 4 人员素质和管理水平上与现代企业要求相比存在差距 我国铁路人员素质存在的突出问题是：人才流失严重，尤其在经济发 达地区，技术能力强的人员，大量离开铁路：人才结构不合理，高层次 人才、重点专业人才和生产一线人才短缺；人才素质不够高，一些领导 者缺乏经营管理、铁路建设和技术装备现代化的管理能力；许多专业人 员本专业的基础理论和基本技能功底不够扎实，尤其是缺乏对新技术、 新知识的掌握，难以承担加快铁路发展的专业管理任务”“。 1 3 新时期铁路货车车辆段改革发展方向 1 3 1 通过科学的设施规划和生产组织，提高车辆检修效率 2 0 0 6 年，为了进一步提高机车车辆运用效率，适应铁路局直接管理 站段的要求，铁道部结合机务段、车辆段布局调整，将全面优化运用和 第一章铁路货车车辆段存在的问题及分析 检修布局，提升机车车辆运用效率，大力组织编组站之间的直通货运机 车长交路，大力压缩货车周时，增开始发直达、远程和超远程技术直达 列车”，与此同时，铁道部计划在两年时间内。利用全路货车动态追踪 信息和技术管理信息，实现车辆重空走行公里计算，进行检修到期预警 和优化网络扣车；实现对货车从新造、运用、检修、技改到报废全生命 周期的一车一档管理，扩充建成货车档案的部、局、段三级管理，按照 修程实行档随车行”“。由此，车辆修制改革的力度将会不断加大，扩大 换件修和主要部件的专业化集中修制度日趋成熟。为此，车辆段应在既 有的软、硬件设施和现有资源的基础上，根据车辆段货车检修的生产特 性，进行科学的设施规划和生产组织，提高车辆检修效率和质量。 1 3 2 信息化下生产过程自动化的建设与先进物流方式的使用 1 加快生产过程自动化的建设 按照铁道部信息化建设的近期实施规划，在2 0 0 5 2 0 l o 年之间，建 立造修作业过程管理信息系统，即车辆段( 厂) 经营管理层、车间执行 层、工位作业层三级网络化信息采集与处理系统，实现车辆制造、检修 作业全过程信息化管理。同时还要与现有的微机控制设备形成接口， 实现检测数据的自动采集，为即将开发的“机控”检测设备预留接口， 形成数据通讯平台。加大先进技术开发和引用投资力度，将先进技术的 研究成果迅速转化为现场生产力，特别是研制、开发、运用先进的微机 控制自动化检测试验设备，用科学的数据代替以前的人工感性判断结果， 切实提高车辆配件检修质量。引进国外先进的加修工艺和设备，普及推 广数字化技术的广泛应用，通过不断完善检修手段和生产方式，提高企 业的综合实力和市场竞争力，保障货车车辆的安全可靠运营。 2 加快先进物流方式的推广使用 如前所述，铁路货车车辆段在企业物流方面存在着物流管理不畅， 时间、空间浪费大，物料流混乱，重复搬运，流动路径不合理等弊病。 为解决这一问题，必须通过对企业物流的优化来达到对车辆段生产检修 系统优化的目的。比如通过使用自动化仓库等先进技术，实现车辆配件 的自动存取和选配，实现配件在检修工位和存放地点之间的顺利切换， 从而可以有效的减轻工人搬运配件过程的劳动强度，大幅度减少工作量， 减少劳动力 与用；另外还可以促进车辆段的技术改造工作，为企业发展 提出新的要求。 1 3 3 学习运用世界先进生产管理模式，提高企业市场竞争能力 在当今世界制造行业，精益生产方式、准时化生产方式、柔性制造 技术飞速发展，为全球许多知名企业提高科学管理水平和市场竞争能力 注入了新的活力。在我国，货车检修车辆段作为机械制造行业的一个分 9 北京交通大学硕士学位论文 支，要想在未来铁路跨越式发展的征程中增强市场竞争能力，把握跨越 式发展带来的发展机遇，一方面要在传统工业化的基础上下功夫，加强 基础管理，狠抓工艺落实，继续完善基础工艺，充分发挥设备能力。另 一方面要学习、运用世界先进生产和管理模式，目前精益生产方式、准 时化生产方式、柔性制造技术在车辆段而言是一个全新的课题，必须结 合车辆段实际学习、利用精益生产与管理，把市场需求和顾客满意放在 车辆段生产经营的出发点，树立“用户第一”的理念，把用户的意见当 成提高修车质量和生产效率的推动力，从而使修车质量、成本得到不断 的改善，最终提高企业的市场竞争力和经营业续。 1 4 课题提出的背景与意义 综上所述，在铁路跨越式发展的今天，货车车辆段既有检修生产系 统无法满足新型车辆快速发展的需要。为此，车辆段如何在既有的软、 硬件设施和现有资源的基础上，根据站段货车检修的生产特性，进行科 学的设施规划和生产组织，以最小的投入，提高车辆检修效率和质量， 便成为全路铁路货车检修技术人员重要而紧迫的课题。 目前国内针对企业物流的研究，主要在于网络、电子商务和立体仓 库等方面，而且研究企业供应物流和销售物流较多，对于铁路货车检修 企业生产物流系统的研究相对较少。本论文结合兰州西车辆段检修生产 系统，根据现代企业物流理念和系统分析的基本理论，分析企业物流系 统的状态：根据企业物流合理化原则对车辆段的生产物流进行了优化，并 进行生产线平衡的分析，在系统分析结果的基础上对货车检修生产系统 提出了改进建议，同时运用f 1 e x s i m 物流仿真软件对优化结果进行对比 验证。这项研究为铁路货车检修企业的生产物流系统分析及优化的研究 提供了一个实例，也可为相近类型企业的生产物流系统分析及优化的研 究提供参考。 1 5 本文主要工作 针对目前铁路货车车辆段检修生产系统存在的问题，以转向架检修 生产线为研究对象，结合f l e x s i m 物流仿真软件的应用，本文主要进行 了以下几方面的工作： 1 货车检修生产系统物流规划设计方案 根据货车检修生产系统的工艺路线，列出系统的物料强度清单，分 析其物流特征，综合进行生产线平衡的结果，得出设计方案。 2 f l e x s i m 物流仿真软件进行转向架检修生产线的建模仿真 采用面向对象方法建立转向架检修生产系统模型，并以此模型为基 第一章铁路货车车辆段存在的问题及分析 础，采用仿真软件f 1 e x si m ，建立计算机仿真模型，实现仿真运行及动 画显示。 3 仿真结果进行分析及优化。 对仿真模型进行仿真实验，分析仿真报告找出问题提出优化设计方案， 并比较实验结果，得出结论。 4 结合车辆信息化的建设，提出货车检修生产系统信息化的方案， 重点结合h m i s 系统，建立生产过程自动化的网络模型，设计设备接口方 案。 北京交通大学硕士学位论文 第二章铁路货车车辆段检修生产系统优化研究 面对铁路跨越式发展的今天，货车车辆段生产力布局调整的必然结 果是增强枢纽地区车辆段的检修实力，承担起新时期货车检修的重任。 为此，如何在最大限度的运用现有资源的基础上，科学合理的优化现有 检修生产系统，提高生产效率和检修质量，将成为货车车辆段改革发展 的重中之重。物流系统合理化、生产过程组织的合理化、管理现代化作 为工业工程的重点研究方向之一，为我们用于优化检修生产系统的提供 了重要科学手段。 2 1 设施规划与设计的理论基础 物流系统合理化作为物流工程的重要研究方向，是对物流设备配置 和物流活动进行调整改进，实现企业物流网络、物流基础设施和物料搬 运系统的合理规划设计，从而实现物流系统整体优化。物流工程是指在 物流管理中，从物流系统整体出发，把物流、信息流融为一体，看作一 个系统，把生产、流通和消费全过程看作一个整体，运用系统工程的理 论和方法进行物流系统的规划、管理、控制，选择最优方案，以低的物 流费用、高的物流效率，好的顾客服务，达到提高社会经济效益和企业 经济效益目的的综合性组织管理活动过程。统计资料表明，对单个企业 来说，物流成本一般占销售额的5 一3 5 。因此，开展物流工程研究对 优化企业管理，提高经济效益具有重要作用，以至国外许多企业称物流 工程为企业效益的“第三源泉”。美国自1 9 5 5 年以来，每年约有8 的 g d p 用在添置或改进设施，进行物流改造，其重要性可见一斑。 设施规划与设计( f a c i i i t i e sp i a n n i n gd e s i g n ) 是物流工程的一个 重要组成部分，是研究生产经营活动中的生产现场、空间、设备、成本、 效益与物流、信息流的活动关系，并对其相关要素进行诊断、分析、处 理，从而进一步完善和补充工厂的整体布置的学科。包括设施规划与设 计理论、工厂选址、设施布置设计、物料搬运系统设计。其架构如下图 2 1 所示： 第二章铁路货车车辆段检修生产系统优化研究 2 1 1 设施布置设计 图2 ，l 设施规划与设计架构图 设施布置设计在设施规划设计中占有重要地位，它是通过对系统物 流、人流、信息流进行分析，对建筑物、机器、设备、运输通道和场地 做出有机的组合与合理配置，达到系统内部布置最优化，以达到缩短生 产周期、简化加工过程、最大限度地减少物料搬运、有效地利用人员、 设备、空间和能源等预期目标。正是由于优良的平面布置可以使物料搬 运费用减少1 0 3 0 ，因此在美国，工厂平面布置被认为是提高生产率 的决定因素之一。 l _ 设施布置基本形式及特性 设施布置包括工厂总体布置和车间布置。其基本形式受工作流的形 式限制，有三种基本类型( 工艺原则布置、产品原则布置、固定工位布 置) 和一种混合类型( 成组技术布置) ，其定义和适用范围表2 1 所示： 北京交通大学硕士学位论文 表2 一l 设施布置基本类型一览表 基本 工艺布置原则 产品布置原则 固定工位布 成组技术布置 类型置 将相似设备或根据产品制造的步是适用于人将工件按其外形 功能相近设备骤安排设备或工作型设备( 如飞与加_ t 工艺的相 集中布置的布过程的方式。产品机、轮船) 的似性进行编码分 置形式。被加工流程是一条从原料制造过程，产组，同组零件用相 的零件，根据预投入到成品完丁为品固定在一似的工艺过程进 先设定好的流止的连续线。同定个固定位置行加工，同时将设 程顺序，从一个制造某种部件或某上，所需设备成组布置，即把 定义 地方转移到另种产品的封闭车备、人员物料使用频率高的机 一个地方，每项间，其设备、人员均围绕产品器群按工艺过程 操作都有适宦按加工或装配的工布置。顺序布置，组合成 的机器完成。艺过程顺序布置，成组制造单元，整 形成一定的生产个生产系统由数 线。个成组制造单元 构成。 1 、机器利用翠l 、由于布置符台工l 、物料移动l 、由于产品成组， 高，可减少设备艺过程，物流畅通少设备利用率较高 数量2 、由于上下工序衔2 、当采用班2 、流程通畅，运 2 、可采用调用接，存放量少组方式时，可输距离较短，搬运 设备3 、生产周期短提高作业连最少 3 、设备和人员4 、物料搬运工作量续性3 、有利于发挥班 柔性程度商，更少3 、提高质量，组合作精神 改产品和数量5 、可做到作业专业因为班组可 4 、有利于扩大员 优点 方便化，对工人技能要以完成全部工的作业技能 4 、设备投资相 求不高，易于培训作业 5 、缩短生产准备 对较少6 、生产计划简单，4 、高度柔性，时间 5 、操作人员作易丁控制可适应产晶6 、兼有产品原则 业多样化，有利7 、可使用专用设备和产量的变布置和工艺布置 于提高工作兴和机械化、自动化化的优点 趣和职业满足搬运方法 感 l 、由于流程较1 、设备发生故障时1 、人员和设l 、需要较高的生 长，搬运路线不 引起整个生产线中备的移动增产控制水平以平 确定，运费高 断 加衡各单元之间的 2 、生产计划与 2 、产品设计变化将2 、设备需要 生产流程 控制较复杂引起布置的重大调重复配置2 、若单元间流程 3 、生产周期长整 3 、工人需要不平衡，需中间储 4 、库存量相对3 、生产线速度取决较高的技能存，增加了物料搬 较大于最慢的机器4 、会增加面运 缺点 5 、由于操作人4 、生产线有的机器积和工序间3 、班组成员需掌 员从事多种作负荷不满，造成相储存握所有作业技能 业，需要较高的 对投资较大5 、生产计划4 、减少了使用专 技术等级5 、生产线重复作需要加强控用设备的机会 业，_ 人易产生厌 制和协调5 、兼有产品原则 倦布置和工艺原则 6 、维修和保养费用的缺点 高 适用于单什生通片j 于少品种、人在一般场台适片j 丁多品种、中 适用 产及多品种小批量生产方式，这 很少使用，b小批量生产。 批量生产模式。是火量生产中典型机制造厂、造 范围 的设备布置方式。 船厂、建筑t 地较多采用。 4 第二章铁路货车车辆段检修生产系统优化研究 2 设施布置方法和技术 ( 1 ) 工厂布置的方法和技术，一直是工业工程领域不断探索的问题。 自工业革命以来研究出了许多手工设计、数字分析和图解技术，见下表 2 2 。 表2 2 设施布置方法一览表 布置方法和技术年代主要特点和使用条件 流程图、样片排列等经验判断方法5 0 年代直观、简便、易行 关于设施间物料流动顺序和数量的 箨种数学分析方法。如属丁最优化及5 0 年代中期 其搜索算法的二次分派算法( q a p ，到6 0 年代初、 适用于设施数目不太多 1 9 5 7 ) 及相应的计算机软件c r a 门中期 的情况 ( 1 9 6 4 ) 弄口c o r e l a p ( 1 9 6 7 ) 该方法属丁系统仿真技 术，要求把影响布置的阏 素尽可能量化，在离散状 系统布置规划方法( s l p )6 0 年代至今态下组合寻优。适用于设 施数目不超过1 5 个的情 况。其突出特点是具有方 法论意义 按决策者意图靠计算机 系统支持决策，能进行预 人一机交互式决策支持方法8 0 年代至今 测判断；借助于模糊集理 论，采用图论方法等 设计数据集成和设计模型集成的理9 0 年代至今 想实验环境方法( 综合决策环境方( 1 9 9 1 年 是对纯粹计算机程序支 持的改进方法 法) m c g i n e s ) 从上表众多的布置方法中，以r - 缪瑟提出的系统布置设计 s l p ( s y s t e m a t i cl a y o u tp l a n n i n g ) 最为著名，应用十分普遍：该方法 提出了作业单位间相互关系密集等级表示法，是一种采用严密的系统分 析手段及规范的系统设计步骤的布置设计方法，具有很强的实践性，该 方法使布置设计由定性阶段发展到了定量阶段。 ( 2 ) 系统布置设计阶段包括：确定位置、总体区划、详细布置、施 工安装。称为“布置设计四阶段”。如图2 2 所示： 北京交通大学硕七学位论文 阶 段 f 一一、 l ! 塑塞堡墨! 三 堕璺竺垡兰j l 匮亟夏亟巫亟垂函 | l 墅! 堕霉_ _ 礁宴墨堡些苎堡塑圭世位置一j l 匝亘至甄画匦蔓垂垂 时间 图2 2 设施布置的一般程序图 ( 3 ) 系统布置设计的基本要素有：产品p 、产量q 分析、产品组成分 析、工艺过程r 设计与分析、辅助服务部门s 、时间安排t 。系统稚置设 计基本程序见图2 3 2 1 2 物料搬运系统设计 图2 3 系统布置设计基本程序 物料搬运( m a t e r i a ih a n g i n g ) 是制造企业生产过程中的辅助生产 过程，它是工序之间、车间之间、工厂之间物质流不可缺少的环节。据 国外统计，在中等批量的生产车间里，零件在机床上的时间仅占生产时 第二章铁路货车车辆段检修生产系统优化研究 间的5 ，而9 5 的时间消耗在原材料、工具、零件的搬运、等待上； 物料搬运的费用占全部生产费用的3 0 一4 0 。为此，设计一个合理、 高效、柔性的物料搬运系统，对压缩库存资金占用、缩短物料搬运所占 时间是十分必要的。这就要求企业的内部物流活动与生产工艺流程必须 同步化，物流搬运路线要简捷、直线化，物料搬运机械化、省力化、自 动化，单元化容器必须标准化、通用化，在搬运工艺设计中，尽可能做 到装卸搬运集装化，以减少物料搬运次数，提高物料搬运活性指数，达 到储、运、包一体化，集装单元化。只有这样才能为库存合理化、配送 准时化打好基础，并且为先进管理手法和技术的引进作好铺垫。也为与 社会物流的无缝结合创造条件。 如今，现代企业生产物流系统是向着机械化、自动化、智能化、合 理化，以实现物流系统时间和空间的效益方向发展的，工厂生产搬运自 动化系统、货物配送集散系统、自动化立体仓库等等就是在生产力和科 学水平不断提高的情况下出现的崭新的物流技术。 1 物料搬运的原则 23 。 图2 4 物料搬运原则一览图 2 物料搬运的方法及选择原则 物料搬运方法是物料搬运路线、搬运设备和搬运单元的总和，见表 北京交通人学硕士学位论文 表2 3 物料搬运方法一览表 内容分类定义( 典型举例)选择原则 物料从起点到准点经过的路 当物流量大、距离短或距离中 直达型等时，尤其是当物料有一定的 线晟短。 特殊性而时间较为紧迫时。 物料在预定路线上移动，与当物流量为中等或少量而距离 物料 渠道型 来自不同地点的物料一汽运为r l 等或较长时，尤其当布置 搬运到同一个终点。 是4 i 规则的分散布置时更为有 路线利。 各种物料从起点移动到一个当物流量少而距离中等或较远 中心分拣处或分发地点然后时尤其当厂区外形基本是方 中心型 再运往终点。拯的且管理水平较高时更为有 利。 搬运 简单的搬 如二轮手推车。 适合于距离短、物流量小的搬 设器 运设备运需要。 ( 按 简单的运适合于距离长、物流量小的运 照费 输设备 如机动货车。 输需要。 用数 复杂的搬适合于距离短、物流量大的运 据分 运设各 如狭通道带灾具的叉车。 输需要。 复杂的运如电子控制的无人驾驶车适合于距离长、物流量大的运 类) 输设备辆。输需要。 搬运是指物料搬运时的基本装载根据物料特点和设备