【摘要】簡要闡述了在中國鐵路跨越式發(fā)展背景下，鐵路貨車制造主導企業(yè)齊齊哈爾鐵路車輛（集團）公司（以下簡稱齊車公司）沖壓加工工藝過程的薄弱環(huán)節(jié)，并針對沖壓加工系統(tǒng)在工藝設計及制造模式、信息化、定額管理等方面的建設進行了探討。
關鍵詞：跨越式發(fā)展；鐵路貨車；沖壓加工；信息化；定額管理
1 引言
在國民經(jīng)濟快速發(fā)展的帶動下，鐵路運能需求大幅攀升，據(jù)有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全國日均申請車皮滿足率僅為50%～60%，高峰期更下降至約35%。2002 年底，鐵道部部長劉志軍在全國鐵路工作會議上明確指出， “充分利用后發(fā)優(yōu)勢，學習借鑒發(fā)達國家鐵路技術，實現(xiàn)我國鐵路的跨越式發(fā)展”。從而拉開了中國實施鐵路跨越式發(fā)展戰(zhàn)略的序幕。
鐵路跨越式發(fā)展戰(zhàn)略主要包括兩方面的內(nèi)容：其一，運輸能力的快速擴充。在較短時間內(nèi)解決鐵路運輸能力不適應的問題，早日使鐵路運輸能力適應國民經(jīng)濟和社會發(fā)展需要；其二，技術裝備水平的快速提高。充分利用國際國內(nèi)先進的技術資源，加快技術創(chuàng)新，在較短時間內(nèi)，使我國鐵路主要技術裝備達到或接近發(fā)達國家水平。
按照2004 年國務院通過的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，2010 年國家鐵路牽引動力將全部實現(xiàn)內(nèi)電化，形成以牽引5000t 的線路為骨干的重載網(wǎng)絡，達到重載線路縱橫聯(lián)網(wǎng)，積極建設運煤專線，開行10000t～20000t 重載單元組合列車。發(fā)展高速鐵路和客運專線，開行時速250km以上的高速列車。在主要繁忙干線上開行時速160～200km的準高速列車，在普通線路上發(fā)展時速120km的快速列車。繁忙干線貨物列車時速達120km，一般線路貨車時速達到70～80km。由此可見，今后我國鐵路貨車將由通用化貨車低端產(chǎn)品向提速、重載貨車以及專用貨車高端產(chǎn)品轉變。
2 鐵路貨車產(chǎn)品研發(fā)制造新模式
國內(nèi)宏觀形勢的引導，使得中國鐵路貨車制造業(yè)面臨著積極而深刻的機遇和挑戰(zhàn)。“重載、提速”已然成為鐵路貨運產(chǎn)品的主要發(fā)展方向。供求市場的開放，以及參與國際鐵路貨車市場競爭的需要，滿足用戶多樣化需求的能力是當今企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵要素。同時，安全、質(zhì)量標準意識深入制造過程的各個環(huán)節(jié)。多品種、小批量、快捷轉產(chǎn)將成為今后鐵路車輛制造行業(yè)的主要生產(chǎn)模式。
3 貨車制造沖壓加工系統(tǒng)建設
為適應貨車制造業(yè)的深刻變革，齊車公司始終堅持“科技興企”戰(zhàn)略方針，并堅持走“以裝備保工藝、以工藝保質(zhì)量、以質(zhì)量保安全”之路，大力提升技術手段。經(jīng)過“七五”、“八五”、“九五”、“十五”期間的建設，公司在信息化建設、鑄造、機械加工、焊接、熱處理、理化檢測、板材沖壓及表面處理、涂裝等專業(yè)領域，先后從美國、英國、日本、意大利、德國等國家引進了世界一流的現(xiàn)代化裝備和生產(chǎn)線，多年來的持續(xù)改造，大大提高了產(chǎn)品研發(fā)制造能力、內(nèi)在質(zhì)量和商品化水平。但是，面對鐵路貨車技術的快速發(fā)展，當前沖壓加工系統(tǒng)的建設尚有許多阻力和障礙需要克服與突破。
3.1 沖壓信息化建設與實施
信息化建設對提高企業(yè)生產(chǎn)效率、降低成本、縮短產(chǎn)品周期、提高質(zhì)量等方面的成績已科學共識。上世紀末，齊車公司與清華大學合作，在國內(nèi)同行業(yè)中率先建設了鐵路產(chǎn)品開發(fā)并行工程，并通過國家“863/CIMS”主題項目驗收。圖1 所示為產(chǎn)品開發(fā)并行工程流程。
“并行工程”是一個復雜的系統(tǒng)工程，它解決如何有效地將產(chǎn)品開發(fā)設計、工藝準備過程、制造、過程管理、經(jīng)營銷售等過程合理的組織，實現(xiàn)獲得最佳的產(chǎn)品周期和成本，有關資料表明，并行工程的實施可有效降低企業(yè)產(chǎn)品準備周期30%～40%，大幅降低試制成本。沖壓加工系統(tǒng)作為貨車制造最重要的專業(yè)領域之一，其所涵蓋的零部件從數(shù)量上約占整車70%，其工作流程的快捷、準確性直接關系到產(chǎn)品準備的周期和成本。幾年來，我公司并行工程項目的啟動和實施，在不同部門的協(xié)同應用實施仍處于不斷探索驗證的階段。
對于沖壓工藝設計，應突出強調(diào)工藝設計、分析、模具設計及制造的并行過程，形成圖2 所示的過程模式。摒棄傳統(tǒng)串行滾動模式，而是將動態(tài)協(xié)同從始至終貫穿于整個產(chǎn)品過程中，為消除錯誤發(fā)生、系統(tǒng)快速反應、最大程度的壓縮過程周期提供有效解決方案。
方案的實施應重點關注以下幾方面：
（1）控制工藝并行設計及優(yōu)化的有效運行并提供解決方案。升級現(xiàn)有的CYCAPP2.1 沖壓過程設計系統(tǒng)，在工藝方案的制定和模具展開設計過程中，充分發(fā)揮專業(yè)CAE 系統(tǒng)Dynaform的作用。
（2）構建基于全相關參數(shù)化的模具設計過程。除需要部門間協(xié)同工作網(wǎng)絡環(huán)境的支持，作為具體完成模具設計的單元，在設計過程中應充分考慮保證使來自前端數(shù)據(jù)的任何變化（如產(chǎn)品尺寸局部變更、工藝尺寸調(diào)整等）能夠及時傳遞和更新后端輸出（如工程圖、CAE結構模型、CAM模型等），合理構建設計模型。
（3）協(xié)同制造，推進并實現(xiàn)CAD/CAM/CAE/CAPP的一體化技術。特別強調(diào)實施成形過程的計算機模擬分析和優(yōu)化技術（CAE）、計算機輔助制造技術（CAM）在工藝過程中作用，并形成體制。
（4）沖壓資源信息庫及工藝標準化建設，可壓縮輔助周期，提高可靠性。
3.2 加快沖壓加工技術改造
近年來，新工藝、新材料等技術在高速、重載鐵路貨車產(chǎn)品中廣泛采用。機器人自動焊接技術對組裝精度的要求大幅提高，高強度鋼、鋁合金、不銹鋼等新材料普遍采用。
從工藝角度分析，貨車產(chǎn)品大型壓力成型加工沒有明顯的變化；板材異型加工比例增多；由于組裝工藝的提升，大中型覆蓋和結構件的加工精度要求大大提高；傳統(tǒng)標準型鋼使用量驟減，取代之主要為冷彎型鋼或折壓加工；車體高強鋼材料的強度等級大幅提升；同時，多品種、小批量、快捷轉產(chǎn)的生產(chǎn)特點以及質(zhì)量標準的提高對沖壓加工技術裝備提出了新的要求。目前，公司沖壓加工系統(tǒng)在板型材的精確下料、新強度材料的校平處理、彎曲成形加工等方面需要升級改造。
國內(nèi)外板材的剪沖、校平、彎曲、成形以及型鋼加工等沖壓加工裝備技術迅猛發(fā)展，數(shù)控、液壓、材料等新技術已得到廣泛應用，設備的數(shù)控化比例是衡量該加工系統(tǒng)柔性、質(zhì)量保證能力的重要標準。因此，針對貨車制造沖壓加工系統(tǒng)的技術改造，應注重以下幾方面內(nèi)容：
（1）合理配置板材數(shù)控剪切、切割設備的占比，提高柔性、精加工能力。隨著機器人自動焊接線等組裝工藝手段的引進和升級，對相關配套零部件的質(zhì)量要求提高，尤其要保證大型覆蓋結構件的數(shù)控精加工能力。當前主流板材剪切設備普遍配備了數(shù)控系統(tǒng)，可根據(jù)被剪板料的材質(zhì)、厚度和剪切長度，自動完成剪切角度、剪切行程、刀片間隙和后擋料的調(diào)整，剪切精度、效率、柔性控制方面大大提高。在歐美、日本等發(fā)達國家，剪切設備普遍配備了集送料、定位、卸料碼垛全程自動控制的CNC 集成控制系統(tǒng)，對于大型結構件的數(shù)控剪切精度高。
（2）板材校平能力的合理儲備。根據(jù)產(chǎn)品的預測及當前產(chǎn)品材料應用特點，高強度耐候鋼Q450NQR1及不銹鋼將成為今后提高車體強度的主要材料。通過對70t 級貨車換代產(chǎn)品的材料統(tǒng)計，Q450NQR1 在整車板材件的占比已高達94%（以70t 級通用敞車為例），不銹鋼材料也在整車生產(chǎn)中進行了試制，從產(chǎn)品的壽命周期看，屈服強度在600MPa 等級的材料將在今后很長時期內(nèi)廣泛采用。表1 所示為貨車產(chǎn)品采用的主要材料強度匯總。
（4）鋼結構型鋼加工技術的提升及定位。70t 級通用貨車產(chǎn)品的換代，鋼結構型鋼類件的構成已發(fā)生變化，冷彎型鋼已成為鋼構件主要材料。冷彎型鋼的加工，國外廣泛采用鋸切下料、CNC 控制機器人切割、機械加工單元組合式生產(chǎn)線，能夠完成型鋼三維切口形狀的高精度加工；而對于小規(guī)格截面標準型鋼，則普遍采用數(shù)控沖切加工線，在效率、成本和質(zhì)量方面具有顯著的綜合優(yōu)勢。對于貨車型鋼構件的加工，可從兩方面考慮：其一，引進柔性數(shù)控型鋼加工生產(chǎn)線，投入較高；其二，借鑒中集集團的集裝箱鋼構件的制造經(jīng)驗，采用板料剪切切割、數(shù)控折壓加工方案，投入較低。
（5）具有柔性技術特點的工裝應用推廣。沖壓模具柔性化的設計理念是“脫離單一零件約束，尋求零件的共性制造特征，形成一模多用的制造模式”，實現(xiàn)的關鍵在于成組分類、模具資源能夠可重復“組合”與高效利用。從結構形式上柔性模具分兩類：一類是單元式組合模具，另一類是積木式通用模具。組合單元沖模在C80 鋁合金運煤敞車生產(chǎn)中的應用成果表明：具有柔性特點的工裝應用，可以提高生產(chǎn)效率、降低成本。
（6）走專業(yè)化道路。改變沖壓系統(tǒng)“小而全”、“多而雜”的現(xiàn)狀，對部件組焊按專業(yè)化分工原則以及沖壓件的大、中、小規(guī)格分類，成立一個或幾個專業(yè)部件組焊制造供應中心。
3.3 沖壓材料定額管理研究實施
材料定額技術是界于技術和管理之間的邊緣學科，研究和掌握物資消耗定額，對于鐵路貨車制造有著重要的意義，合理下料與科學定額對產(chǎn)品成本的影響是尤為巨大。
目前，齊車公司批量生產(chǎn)過程中，日消耗板型材約400t，沖壓加工材料定額系統(tǒng)的主要問題體現(xiàn)在以下幾方面：
（1）經(jīng)驗系數(shù)法存在一定的誤差，不同車型產(chǎn)品系數(shù)的確定缺乏科學依據(jù)或標準過時。
（2）定額制定與工藝過程方法脫節(jié)，工藝定額編制的精細化程度還應更高。
（3）物資采購過程中鋼材規(guī)格與定額執(zhí)行條件的不相符，實耗控制難度高。
（4）執(zhí)行車間物資定額管理方式混亂，現(xiàn)場可控程度低。
（5）忽視了套裁下料的影響。鑒于材料定額技術的重要性，國內(nèi)外企業(yè)及業(yè)界專家對該專業(yè)領域開展了多方面的研究，方法不一，對企業(yè)的實施指導方案也不同。對于鐵路貨車制造沖壓定額技術的建設和發(fā)展，如何實施精細定額管理，建議從以下幾方面考慮：
（1）通過現(xiàn)場寫實等基礎工作，修正現(xiàn)有的經(jīng)驗參數(shù)。
（2）建立沖壓定額體系或機制，如下料套裁卡，關聯(lián)并指導定額編制，以排樣計算法最終實現(xiàn)精細定
額。
（3）物資采購與定額管理的強相關統(tǒng)一、時效性，首先強調(diào)定額指導物資采購。
（4）重點進行定額系統(tǒng)的信息化建設，形成以下料工藝、計算機優(yōu)化排樣、技術定額設計、物資管理、定額管理等立體交叉的多點網(wǎng)絡系統(tǒng)模式，突出可控性、可執(zhí)行性。
4 結束語
齊車公司作為我國鐵路貨車主導開發(fā)制造企業(yè)，新產(chǎn)品的開發(fā)進程日趨加快，同時車輛結構日趨復雜，尤其對產(chǎn)品質(zhì)量及使用性能要求極高的出口車，制造工藝難度空前提高。公司沖壓工藝水平及能力、沖壓件質(zhì)量比照發(fā)達國家尚有較大差距，還遠不能滿足提速重載、多產(chǎn)品并行研發(fā)生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的要求。
當前，處于“十一五”規(guī)劃的建設期，且適逢國家宏觀政策支持“東北老工業(yè)基地建設”的良好氛圍，為確保貨車制造企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，抓住契機，提高沖壓加工質(zhì)量、效率、增強柔性應變能力，加速解決現(xiàn)行及可以預期的沖壓加工生產(chǎn)中的關鍵薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化工藝裝備結構，采用優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的工藝流程與技術，真正形成現(xiàn)代化、規(guī)?；I(yè)化格局的貨車制造板材及型鋼加工流程，應成為沖壓系統(tǒng)建設及技術改造的主導方向。
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