復工復產!高鐵列車製造進行時

在確保新冠肺炎疫情防控到位的前提下,復工復產關係到為疫情防控提供有力物質保障,關係到民生保障和社會穩定,關係到經濟社會發展目標的實現。


多家高鐵製造企業的復工復產準備工作啟動於2月5日,復工復產過程縝密,目前生產運轉穩定,彰顯了鐵路和相關企業服務經濟社會大局的一貫精神。


復工復產事關中國經濟社會大局,2月下旬以來,與鐵路密切相關的各高鐵製造企業相繼全面復工復產。高鐵列車製造企業是怎麼復工復產的?高鐵列車特別是復興號動車組是怎麼製造出來的?


復工復產!高鐵列車製造進行時


01

高鐵車間的“彩排”


復工復產,對於製造業不是按下啟動開關那麼簡單。


像高鐵列車製造這樣高技術含量的大型裝備製造業,新冠肺炎疫情後的復工復產在製造現場進行得縝密,一如這個行業一貫細緻、嚴謹的行事風格。


2月5日前後,中國高鐵列車製造企業多數已經開始了復工復產準備。居家隔離的工藝人員、管理人員在電腦上形成復工復產方案,包括防疫措施、生產線工作量安排、製造流程、標準考核等多個方面的電子文檔。這是復工復產的“設計圖紙”,在網上傳遞、修改,最後經過多次網絡會議討論後方案定稿。


接下來是模擬演練。小部分人員組成演練小分隊,在實地一次一次按方案演練。這個過程很像彩排,但是目標明確——發現方案中的漏洞以及可操作性不強的項點,強化、細化方案。


復工復產!高鐵列車製造進行時


復工復產中防疫是核心,事關全局,而所有的企業都沒有經歷過,在沒有經驗可以依靠的時候,模擬推演是最快速有效的方法。


不同高鐵製造企業都不約而同地將復工復產分為兩個階段:過渡復工和全面復工。


過渡復工多在2月10日後開始,為小範圍復工,每日逐步增加工作人員數量,檢驗員工個人軌跡管控、個人防護、用餐、現場消毒以及應急處置等措施是否完善。措施的補強和完善每天都持續進行,比如現場消毒的最佳時間、進出餐廳的分流方法、物資配送怎麼實現零接觸……


2月20日前後,復工穩妥運行後,各高鐵製造企業進入全面復工階段。


復工復產了,又一批高鐵列車正在被製造出來……


復工復產!高鐵列車製造進行時


02

3個核心標配


21世紀工業企業的廠房是相同的味道,多是鋼結構和彩鋼板的組合,通常主體色是白色。大工業之下的新式廠房,外表平實,整齊統一,不追求特點。但是,在沒有視覺特點、外表普普通通的廠房裡,代表“中國製造”名片的高鐵列車正在生產。


那些車間大門緊閉著,並有人嚴格檢查進出人員身份。高鐵列車製造屬於國家級保密項目,製造現場的安保在裝備製造業一直屬於最高級別。


高鐵列車到底是怎麼造出來的?


在中國也是世界高鐵列車產量最大的企業——中車青島四方機車車輛股份有限公司一個個製造現場,答案以鋼鐵材質展示出來。


放下那些高深的技術,直觀簡單地說,高鐵列車在製造中由四大部分組裝而成:車體、轉向架、車上下大部件、車內設施。


高鐵列車的製造中,從時間上看,車體、轉向架兩部分同步進行,車上下大部件、車內設施同步進行。


復工復產!高鐵列車製造進行時


車體制造在車體分廠進行,轉向架製造在轉向架分廠進行。車上下大部件、車內設施兩部分常常被稱為“總組裝”,包括了檢測和調試的內容,在中車四方股份公司這裡,這項工作在總裝分廠進行。

車體分廠、轉向架分廠、總裝分廠3個分廠,是所有高鐵列車製造企業的標配,也是製造的核心部分。

3個分廠有各自成排的車間廠房,各自治理。但“三兄弟”總是儘量靠攏在一處,主要是為了方便成品的運輸,因為他們製造的產品最終會集合在列車上。

車體分廠和轉向架分廠因為都是以鋼鐵為原材料生產,這兩個地方的製造場面都很“重工業”,天車和電焊火花讓初來者一時難以適應。總裝分廠就安靜許多,幾乎聽不到噪音,是“白領環境”級的製造現場。


03

輕量化之“骨”


車體是個什麼東西?車體就像是房子的框架,是高鐵列車之“骨”,是高鐵列車整車製造的核心技術之一。

在高鐵列車的製造現場,車體的製造感最強。長達20多米的銀色鋁合金車體材料在各種工裝上被不同角度地固定後,工人們穿著灰色的連體衣,戴著防護面具進行焊接。

鋁合金是一種銀灰的色彩,被切割後切口處有刀刃的光澤。世界高鐵列車集體性地選擇了這樣的材料作為車體材料。

一個胖子想要跑得快會比一個瘦子困難一些。人們降低高鐵列車重量的願望越來越強烈,設計師們不由自主地想到了鋁。鋁的重量只有鋼的1/3左右,可惜的是鋁的硬度卻低,這也是早期的高鐵列車採用耐候鋼材料的主要原因。


鋁合金的出現,讓鋁不再“文弱”。鋁合金是既瘦又強壯的“漢子”,這一材料迅速被用在高鐵列車上。


車體分廠工人在打磨調整


高鐵列車的重量降低,在行業語言裡稱為輕量化。

輕量化後不但利於提高速度,而且更為節能:因為重量輕可以少用電,因為重量輕也減少了對軌道的磨耗。

輕量化還有利於降低噪聲,讓高鐵列車運行更為安靜。

當初這些材料是進口的,現在高鐵製造企業和國內鋁型材專業廠家聯合設計,全部實現國產化。在車體分廠門口,記者看到裝載著不同鋁合金型材的汽車在送貨。

兩車交會時會產生巨大的空氣壓力波,這個壓力波主要由車體來承受。這時,車體首先要保證安全,還要保證氣密性。

氣密性的好壞,乘坐者會有直接的感受,飛機起落時內外壓力差給乘坐者所帶來的耳鳴和不適感,就與氣密性直接相關。

高速下會車和出入隧道時,高鐵列車容易面臨氣密性問題。為追求舒適,中國高鐵目前的氣密性指標設定為車內壓力波動小於每秒200帕。這個數值小於飛機艙內的指標。

車體是列車的骨骼,是列車的主體,所有的部件都固定或懸掛在車體上。高速運行中,它不光承載旅客,它的強度還可以保護旅客。

一節車體上有70多種不同斷面的鋁合金型材,最薄的地方為1.5毫米,最厚的地方為4毫米。這種截面改變而強度不變的設計,不僅實現了減重,而且將車體氣密強度提高到時速380公里時的6000帕。

下料,組合,成形。在3D打印到來之前,人類的所有工業品的產生都或明或暗地遵守這一思維方式和規則,這是現代製造的基本流程。

車體生產的過程是這樣的:先將購進的鋁合金原材料按尺寸切割,之後加工焊接成不同部件,這些部件被組合,最終組焊成一個車體。


車體分廠生產線


中車四方股份公司車體分廠的動車組流水線廠房,銀色的車體在這裡一個一個地有序“出生”。在這裡,每4小時完成1輛車體的生產。目前,中車四方股份公司有3條這樣的生產線。

進門處你看不到生產線的佈局,它們太為龐大了,而如果從高處俯瞰,會看到它是U型佈局,自動化焊接機器人是生產線上的主力設備。車體中地板的組焊,由焊接機器人完成,機器人們平均每分鐘焊接700米的總長度。

焊接機器人,看不到人的造型,只看到一臺設備上多個焊槍在同時工作,而工人在觀察和巡視。

在這裡,車體加工的長焊縫全部由機器人完成,小的部位由人手工焊接。

焊接機器人的焊花,不是人操作時的斷續狀,而是持續地保持著強烈的、均勻的焊花,自動平穩向前移動。

焊接質量標準執行歐洲最嚴格的EN15085 CL1級焊標準,焊接機器人的焊接質量由激光檢測器同步跟蹤。

車體分廠工人檢查焊接機器人焊接質量。

鋁合金焊接比其他焊接難度高,對焊接環境有恆溫恆溼的高要求。為了保護操作者的健康,這裡的廠房,頂部有數量驚人的空氣淨化設施。


每跨廠房之間有一個一米寬的通道,在這裡,密集出現大量空氣淨化系統的送風口。形狀不同、數量巨大、功用不同的這些出入風口,改善著製造現場的空氣狀態,對人對產品皆為有益。在老的火車製造現場,這種設施不多甚至是不存在的。


車體按結構形式分中間車和帶駕駛室的頭車兩種。


中間車為基礎車型,被分為底架、側牆、車頂、外端牆、內端牆等幾大部件分別焊接,這幾部分基本同步開始製作,最後組焊成形。

底架就是列車地板處的那一部分鋼結構。底架先進行正面焊接,之後是打磨,然後是底架反面焊接打磨。

端牆是車體的兩端,塊頭最小,但是焊接量不小。車頂要先正面焊接,再反面焊接,主要由焊接機器人來擔當。

側牆是安裝窗戶的部位,面積不小,預留安裝窗戶的地方比較難操作。

將上面這些組合焊接在一起,一個車體就出現了。它是鋁合金材質,體形巨大,那色彩和體形,有後現代的感覺。

最難的車體制造應該是頭車的車體,也就是有駕駛室的車體。它主要是手工組焊,工藝更為複雜,尺寸要求更為苛刻……


在這裡,雙工位數控加工中心長60米,很容易吸引到你的注意力。這個用於車體側牆和地板整體加工的裝備,加工定位精度達到微米級,以保證車體的整體加工精度。


車體總組成焊接機器人,用於車體總組成時長直焊縫的焊接,同時兼具打磨、銑削、壓緊等輔助功能。類似的許多非標設備都是中車四方股份公司自己研製開發的。


對於現代製造企業的實力考核,面積、產量、技術等級是考核之一,另有一個獨特的測評指數:自制大型工裝設備有多少?技術和工藝水準是什麼?


私家秘製工裝,已是企業之間比拼的秘密武器,製造現場拒絕拍攝。工裝的技術保密被高鐵列車製造企業看得很重。

車體焊接完成後,甚至是在焊接的過程中都在不斷地進行調直打平,可以理解為對這個鋼鐵大傢伙的精細修整,用的是打磨的方法。打磨幾乎和焊接一樣重要,目的在於消除應力,保證車身的平整度。

在車體分廠,最大的噪音來自於打磨工具啟動後,砂輪和鋁合金對撞時產生的聲音。而且此時也有火花,這個火花常常比焊花噴射得更遠。


整個車體分廠在視覺和聽覺上,都是“火熱”的場面:鋁合金的長大部件在空中吊運,長達幾十米的裝備、焊花、噪音、穿著如太空服一樣的防護服的工人們……


這個空間看上去並不整齊劃一,卻隱含著如齒輪咬合一樣明確的次序與流程。


人在其中,因無法聽清別人的話語而自然減少交談,所以在絕大多數時候,是你一個人在獨自感受。大工業的強硬、操作者的辛勞、中國製造的優勢和氣場……林林總總,慢慢過來深重地包裹你。


當車體制作完成後,塗裝工藝開始。車體前後要多次上膩子,底漆和麵漆的噴塗也是多次,最後全身白色的車體呈現。那個銀色的車體看不到了,變成了我們在站臺上看到的那些白色的列車車身。


這時候,車體還是沒有輪子,它被氣墊船送進總裝分廠。


04

車輪的力量


另一側的廠房是轉向架分廠,轉向架的製造在同步進行。

轉向架是列車的“腳”,對於以運送為天職的列車來說,它的重要性不言而喻。這是一個外形很像小車的部件,主體是4個車輪2根軸1個鋼鐵框架,這個框架的行業名稱是“搖枕”或“側架”,總體稱為“構架”。


轉向架分廠搖枕生產線


轉向架分廠的工業氣勢一點不比車體分廠弱,雖然轉向架的體形要比車體小了太多,但它的確是太關鍵了。


高鐵列車車軸是空心的。那麼高速之下,這個快速旋轉並承載列車的部件竟然是空心的,的確是讓人吃驚。


車軸生產採用中央控制模式,自動上料、加工、檢測、下線,中心孔偏移量誤差小於等於0.1毫米。加工線整線封閉,加工的過程中看不到鋼屑飛濺的現象。中車四方股份公司的空心車軸自動化生產線,僅有2名操作工人。


車軸加工完成後,與車輪組裝成輪對。

轉向架的構架,好比是整個轉向架的“骨架”,其重要性如同人體的軀幹一樣,制動系統和牽引系統均安裝在構架上。


從高處向下拍攝轉向架構架自動焊接生產線,會為其密集有序而驚歎,它的規則與細緻,又讓你懷疑是否身處在一個焊接生產廠房中。


全長120米的生產線,5臺焊接機器人、2條自動運輸線,重量不輕的構架在流水線上如同一個小玩具一樣被傳送、焊接、翻轉、輸出。

轉向架分廠搖枕焊接機器人


每天,這裡出品的構架,多數焊縫都是由焊接機器人自動焊接完成,焊縫的一次探傷合格率可以達到98%以上。


構架焊接完成後有複雜的塗裝過程,也就是油漆。


沿著設定的軌道,一個個構架像一件件工藝品陳列在吊架上,從入口進去,穿過U形通道,在完成一個個自動進行的複雜工序後,出來時已做好了防鏽和表面塗裝,構架很光鮮漂亮了。


之後開始轉向架的組裝,即制動裝置、電機和各種管線的安裝。高鐵列車的電機等重要部件也會安裝在轉向架上。


組裝中,在專用工藝裝備的幫助下,構架分正反兩面安裝。這邊安裝完畢,被快速準確地翻轉180度。因為使用全套的定製工具,部件的安裝有序、精準。最後,安裝了多種部件的構架,被吊起落在輪對上,轉向架裝配完成。


組裝完成的轉身架,要進入綜合試驗平臺,在那裡接受各項檢測,數據合格後等待裝車。


復工復產!高鐵列車製造進行時


05

安靜的總組裝


總裝分廠比前面兩個分廠的廠房面積更大,卻十分安靜,高端大裝備工業的氣息在這裡強烈呈現。


這裡廠房連著廠房,一列列白色的動車組車體在這裡排列,黃色的安裝臺位包圍著它們。在這裡,車體、轉向架及高鐵列車車上車下大部件、車內設施,即對每列車的4萬餘個零部件進行集成及調試。這裡,是高鐵列車製造的核心之地。

總組裝分廠生產線


相對於轉向架、車體的自動加工、自動焊接,總裝的大部分工作需要人工或半人工方式完成。工人的操作技能對於保證總裝質量至關重要。總裝分廠的員工一年中要多次接受培訓。


在總裝分廠,工作者的面孔都很年輕,30歲左右的佔絕大多數。他們多是在2004年後進入這裡,10多年中與高鐵一起成長。


組裝現場有成排的黃色工作臺位,它們是總裝分廠裡色彩最為醒目、數量最多的設施。每個臺位的端部都有一個顯示生產狀態的LED顯示屏,顯示綠色表示生產正常,顯示紅色表示異常。


動車組電線下料區是讓人印象深刻的地方,因為這裡是“抽象畫”工作區。動車組每列車約1萬多根電線電纜,必須準確無誤地可靠連接。電線下料區,以白色背板模擬現實車輛按1∶1下線,然後對電線電纜成束捆紮。日常生活裡一個耳機線也能亂成一團的情形常常出現,1萬多根電線電纜在這裡卻整齊有序,配線的錯誤率僅為0.025‰。一束一束的電纜,之後被安裝在車上。

在總裝分廠,白色的車體被架在臺位上,自然地分為車上、車下和車頂3個工作區,一節車上有多個部門的人員在同時工作。


車上安裝的是防寒材料、地板、風道、車窗、座椅、裝飾件等,車下大部件主要是變壓器、變流器等,車頂主要安裝受電弓和主電力線,高鐵列車在這裡被徹底武裝起來。


之後,工人們請出已做好的轉向架,將車體吊裝上去,稱為落車。


落車的過程頗為驚豔,場面很大,因為車體本身不小;這時候總是有一種愉快,因為即將進入完工。


落車完成的車輛,進行單車的稱重、淋雨、保壓、耐壓和氣密等一系列試驗。


任何車輛的制動都是至關重要的,跑得很快的高鐵列車的制動就更為重要。管路的密封性決定著空氣制動的有效性,國家標準和歐洲標準都允許管路有一定的洩漏量,空氣制動氣密試驗的企業內控標準為管路保壓15分鐘洩漏零,保證空氣制動的有效性。


復工復產!高鐵列車製造進行時


試驗合格後,進入調試階段。一節一節連接起來、網線極多、電腦控制的高鐵列車的調試可以稱為是一項工程。這項工程內容繁多,常常延續半個月至一個月之久。首先是單節調試,然後是編組調試,編組調試又分靜止調試和動態調試。這個過程極為安靜,調試人員多是依靠筆記本電腦來工作。最後,高鐵列車在環形試驗線上進行動態試驗,相當於試跑。


調試完畢,高鐵列車已完全具備上線條件,全新的高速動車組列車等待調度命令,出了廠區的專用線進入運營線路,開始自己的旅程。


2020年2月,高鐵列車製造企業全面復工復產,時速350公里的16輛長編組復興號動車組CR400AF-A型和超長版的17輛編組復興號動車組CR400AF-B型,在中車四方股份公司高速動車組生產線上投入了生產製造。


春天,等待著復興號高速動車組。


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