基于并行工程的跨座式單軌車輛換輪流程優(yōu)化探析

何澤勇 任光勝 江恒

摘要：本文在對(duì)跨座式單軌交通車輛雙軸轉(zhuǎn)向架換輪作業(yè)過程實(shí)行全方位調(diào)研和探索，能夠科學(xué)加強(qiáng)單軌車輛換輪的自身效率，運(yùn)用并行工程（CE）的設(shè)計(jì)觀念對(duì)換輪流程予以調(diào)整和優(yōu)化，并以此作為出發(fā)點(diǎn)和著手點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出更加科學(xué)、高效、合理的換輪流程。采用新的換輪流程可以最大限度地提高換輪作業(yè)的工作效率，節(jié)省換輪時(shí)間約62%。

關(guān)鍵詞：跨座式單軌；轉(zhuǎn)向架；換輪；并行工程

DOI：10.12433/zgkjtz.20240351

一、城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀

我國已經(jīng)建成最長的跨座式單軌交通線路，且實(shí)現(xiàn)了單軌最長線路、最多編組、最復(fù)雜交通路線、最小發(fā)車間隔和最大運(yùn)能的高效運(yùn)營。

跨座式單軌車輛采用充氮鋼絲橡膠輪胎的方式，受溫度、摩擦等因素影響，在車輛運(yùn)行一段時(shí)間后就要更換橡膠輪胎。目前，換輪裝置對(duì)單列車輛換輪時(shí)間為1～2小時(shí)，對(duì)整列車進(jìn)行走行輪胎更換需要一天時(shí)間。以重慶市3號(hào)線為例，單軌列車采用雙軸轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式，此類轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式與原來單軸轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)較為繁瑣。因此，調(diào)整的復(fù)雜程度更高，所花費(fèi)的時(shí)間成本和人力成本也更高。

二、現(xiàn)有換輪流程分析

（一）轉(zhuǎn)向架與車體結(jié)構(gòu)概述

與地鐵運(yùn)行方式不同，跨座式單軌是通過單根軌道支撐，橫跨在軌道梁上運(yùn)行的軌道交通制式，車輛的行走功能由轉(zhuǎn)向架實(shí)現(xiàn)，車體的核心點(diǎn)在軌道梁的上層區(qū)域。車廂直接鑲嵌在空氣彈簧中，將轉(zhuǎn)向架和車體連接，在中心銷螺栓和配套螺母的連接下，確保車廂與轉(zhuǎn)向架融合在一起。圖1是單軌雙軸轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)圖。

（二）現(xiàn)有流程分析

跨座式單軌轉(zhuǎn)向架換輪作業(yè)主要分為以下三個(gè)步驟：首先將單軌列車的車體與底部的轉(zhuǎn)向架進(jìn)行分離；然后對(duì)轉(zhuǎn)向架上的輪胎更換；最后將拆卸下來的轉(zhuǎn)向架重新安裝至車體。整個(gè)換輪作業(yè)大致需要花費(fèi)255min（不考慮輪胎充氣靜置時(shí)間）。

單軌車輛換輪前需由牽引電機(jī)牽引至指定檢修位，該工作過程由至少3名工作人員配合完成，其中一名工作人員操作牽引車在指揮員的指揮下完成牽引車與單軌車輛的對(duì)鉤，完成后觀察員通過對(duì)講機(jī)引導(dǎo)工作人員操作牽引機(jī)至指定檢修位。拆卸時(shí)，先拆卸中心銷，再拆卸其它部件，然后用沉降梁將轉(zhuǎn)向架從軌道降至水平地面，確保與檢修梁45°并齊，還要把轉(zhuǎn)向架運(yùn)輸?shù)街付ǖ膿Q輪工位。

轉(zhuǎn)向架被推移至檢修工位后，將沉降梁與檢修梁用插銷連接固定，此時(shí)走行輪胎還在與檢修梁梁面融合，這有利于輪胎的替換，通過枕木的幫助把轉(zhuǎn)向架墊提高到指定高度，保證走行輪胎與梁面分開，圖2是輪胎拆卸步驟流程時(shí)間分配。

組合時(shí)，先把轉(zhuǎn)向架從檢修工位轉(zhuǎn)移出來，角度約45°，待與軌道梁并列時(shí)，沉降量逐漸上升，到達(dá)相應(yīng)效果后，即可安裝中心銷螺栓，隨后與車體的管線融合在一起，待整體完裝后，使裝置逐漸下降，撐起車體，再由牽引電機(jī)將車輛牽引出庫。圖3是轉(zhuǎn)向架與車體組時(shí)間分配。

三、CE的流程再造與優(yōu)化

（一）并行工程概述

并行工程（Concurrent Engineering）作為一種新型智能化、一體化集成技術(shù)，將制造技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效融合，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)技術(shù)過渡得出。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，數(shù)據(jù)庫的信息愈加豐富，使得很多資源都受到了直接限制，比如設(shè)計(jì)、制造產(chǎn)品等。在現(xiàn)實(shí)具體設(shè)計(jì)開發(fā)階段，要充分考慮產(chǎn)品的制造、維修等全壽命周期管理技術(shù)，告別傳統(tǒng)的不科學(xué)觀念，減少串聯(lián)方法的設(shè)計(jì)和工藝制造活動(dòng)。

（二）并行作業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)觀念

并行工程理論的核心思想在于從全局角度出發(fā)，整合各部門之間的資源，將作業(yè)程序之間的步驟流程、技術(shù)資源進(jìn)行優(yōu)化協(xié)調(diào)。相比傳統(tǒng)的串行工程，并行工程具有人力成本低、生產(chǎn)周期短的特點(diǎn)。

串行作業(yè)模式是指各個(gè)作業(yè)流程之間有嚴(yán)格的先后順序，如果發(fā)現(xiàn)兩項(xiàng)作業(yè)之間的周期出現(xiàn)交集或重合的狀況，叫作并行作業(yè)，依照兩作業(yè)起始和結(jié)束的關(guān)聯(lián)也被稱為絕對(duì)并行式作業(yè)、并行開始式作業(yè)和一般并行式作業(yè)。圖4所示為作業(yè)模式類型。

多項(xiàng)設(shè)計(jì)開發(fā)流程的優(yōu)化在一定程度上取決于作業(yè)之間各個(gè)流程之間的關(guān)聯(lián)，為此，要全面掌握多個(gè)項(xiàng)目之間的關(guān)系。如果作業(yè)A與作業(yè)B之間的關(guān)系與二者之間的周期不產(chǎn)生關(guān)系，就要以A和B之間的常見模式進(jìn)行，完成設(shè)計(jì)和規(guī)劃工作；若作業(yè)A的流程結(jié)束時(shí)間恰巧與B相連，那么A與B之間的關(guān)系就需重新定位，不斷觀察A的流程周期，以便作出科學(xué)判斷，工作完成后需要認(rèn)真核對(duì)整個(gè)流程，一些流程在結(jié)束后要進(jìn)行記錄，以便為其他作業(yè)過程打下良好基礎(chǔ)。

（三）流程再造與優(yōu)化方案

近年來，跨座式單軌車輛一般都運(yùn)用換輪作業(yè)方式串行模式開展工作，使工作流程簡單化，全部更換過程按照流程先后開展，在完成了上一個(gè)流程后才可以執(zhí)行下一個(gè)流程的任務(wù)，各個(gè)流程之間的工作相互獨(dú)立，耗費(fèi)了大量的時(shí)間成本，增加了換輪時(shí)間，進(jìn)而影響軌道交通運(yùn)營。為了提高換輪效率，本文利用并行工程的思想進(jìn)行優(yōu)化。

現(xiàn)階段，換輪流程主要可以分成三個(gè)階段：第一階段為轉(zhuǎn)向架和車體的分離；第二階段為走行輪的更換；第三階段為轉(zhuǎn)向架和車體的重新組合，這三個(gè)階段有嚴(yán)格的先后順序，各個(gè)流程之間的操作以常見的并行方式推動(dòng)。例如，在轉(zhuǎn)向架與車體分離上，車體支撐裝置上升和拆卸車體、轉(zhuǎn)向架管線都是獨(dú)立的個(gè)體，且前后起始與結(jié)束時(shí)間均無沖突，可以規(guī)劃為并行作業(yè)模式。圖5是轉(zhuǎn)向架與車體分離的整體步驟。

換輪胎時(shí)，準(zhǔn)備起重設(shè)備和吊裝工具為后續(xù)拆卸行走輪胎做準(zhǔn)備。輪胎的拆卸前，必須先拆卸完楔塊和密封墊，由于拆除楔塊所用的時(shí)長基本上與提前準(zhǔn)備吊具所花時(shí)間相等，為此，把多個(gè)步驟都劃分到絕對(duì)并行作業(yè)范圍中，需要注意的是，要卸下螺母，以便順利完成操作。同樣，新輪胎檢查和遷移以及轉(zhuǎn)動(dòng)軸檢查和遷移也規(guī)劃為絕對(duì)并行式作業(yè)。圖6所示為輪胎更換的部分優(yōu)化流程。

轉(zhuǎn)向架與車體組合實(shí)踐中要緊閉裙板，并轉(zhuǎn)移到沉降梁指定區(qū)域中，將其固定在安裝中心螺栓和安裝轉(zhuǎn)向架與車體之間，或者劃分到并行作業(yè)模式中。如圖7所示，被稱之為轉(zhuǎn)向架與車體組合部分流程。

四、 換輪作業(yè)高效流程

本文在原有換輪流程的基礎(chǔ)上運(yùn)用并行工程的思想，對(duì)換輪作業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，主要目的是進(jìn)一步設(shè)計(jì)出具有科學(xué)性、合理性的換輪流程，運(yùn)用新型的模式使轉(zhuǎn)向架與車體分離時(shí)間由原來50min縮短至35min，更換輪胎時(shí)間由原來160min縮短至88min，轉(zhuǎn)向架與車體重新組合由原來45min縮短至34min，總的換輪流程時(shí)間縮短98min。以一列6編組的雙軸轉(zhuǎn)向架單軌車輛為例，采用新的換輪流程將節(jié)省19.6h作業(yè)時(shí)間。新?lián)Q輪流程總體時(shí)間分配如圖8所示。

五、總結(jié)與展望

綜上所述，轉(zhuǎn)向架換輪作業(yè)全部流程進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，并采用并行工程的思想，進(jìn)一步對(duì)單軌換輪的多類流程予以創(chuàng)新和優(yōu)化，在系統(tǒng)的換輪流程下，全面提高效率62%左右。此外基于目前的換輪流程方案，后續(xù)優(yōu)化將以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)引入智能化設(shè)備，利用智能化設(shè)備將換輪作業(yè)整合成為具備自我感知、自主決策、自動(dòng)執(zhí)行和實(shí)時(shí)監(jiān)測能力的智能系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)換輪流程作出調(diào)整，以適應(yīng)智能換輪流程并進(jìn)一步提升換輪效率。

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（02）：44-46.

作者簡介：何澤勇（1970），男，本科，四川省南充市西充縣人，工程師，主要研究方向?yàn)檐壍澜煌ㄜ囕v，跨座式單軌。