近年来,统型工作在军民领域越来越多地被提出并实施,涉及城市轨道交通(地铁)、铁路交通(动车组)、消防部队、陆军、火箭军、海军等多个领域。各领域统型工作都是以减少装备种类与数量、统一接口形式、提高组部件通用化、减少备品备件规格、降低维修保障难度为目标。统型工作的提出是我国军民品领域快速发展的阶段性需求,是在装备功能性能满足要求的前提下,结合用户需求对装备提出的更高要求。理论上来说,统型是一种行为或活动,是一种理顺产品品种、规格和型号的行为或活动,统型的原理应用的是通用化、系列化和模块化原理[1]。
1 舰载车辆统型需求分析舰载车辆是指在舰船指定作业区域内行驶,由动力装置或人力牵引驱动,行驶速度较低,满足舰船作业环境条件的特种车辆。舰载车辆通常具有运输、转运、施工作业等功能。航母是使用舰载车辆最多的大型舰船,航母舰载车辆的配置主要以舰载机保障需求出发,通常配置有:救援吊车、叉车、转运车、飞机挂弹车、清洗车、牵引车、消防车、移动电源车、移动液压车、移动充氮车、移动充氧车等,以满足对舰载机“充、填、加、挂”等作业需求。
舰载车辆目前主要存在以下问题:1)装备型号与规格多、通用性差,给装备保障及战斗力生成等带来了很大困难,学习培训的难度较大;2)备品备件不能通用,备品备件成本和存储压力较大;3)接口形式多、通用性、互换性差,影响战斗力的充分发挥,并限制战斗力的提高;4)舰载车辆占用了有限的甲板资源,减少了舰载机的存放空间。通过统型工作,能够有效地规划航母舰载车辆的数量与种类,对舰载车辆的组成架构、操作方式、备品备件等方面进行统型,从而提高车辆的保障能力,降低使用及维护的难度,提升战斗力。
2 舰载车辆统型工作方法 2.1 统型原理按照统型理论,统型原理应用的是通用化、系列化和模块化原理。因此,舰载车辆统型的原理类型是按通用化统型、系列化统型、模块化统型进行划分[1]。
舰载车辆的通用化统型是对现有舰载车辆的种类进行优化或简化,选择能够最大程度地提高产品或部件使用范围的具有共同物理特征或典型结构的目标作为通用件。通用化统型的实施方法包括将现有舰载车辆中已有的型号规格进行梳理分析后进行归纳合并,保留其中一种型号规格,或在满足战技指标的条件下重新进行设计,形成一种全新的通用产品。
舰载车辆的系列化统型是把舰载车辆的主要技术参数进行模型化设计,按照任务环境条件及战技指标进行参数化分类并进行系列划分,并以尽量少的系列划分作为系列化统型目标[2]。
舰载车辆的模块化统型是将舰载车辆的组部件作为统型研究对象,按照接口标准化的目标进行组部件模块化设计,形成一系列满足车辆专业功能要求的组部件模块,纳入舰载车辆型谱,为舰载车辆设计提供组部件选型库。
2.2 舰载车辆统型技术路线舰载车辆统型是基于统型理论,应用通用化、系列化和模块化的统型原理,按照以下3个层次来开展统型工作[1]。
第一层次是整车统型。按照任务需求对舰载车辆进行统筹规划,分析各系统对车辆功能、性能与数量的需求,将功能、性能一致或接近的车辆进行整合,减少舰载车辆的种类与数量。
第二层次是车辆底盘统型与车辆上装统型。舰载车辆底盘统型按照实现平台化、系列化底盘的思路来开展统型设计,目标是将底盘分为若干个系列,在同一系列下,实现底盘通用化;不同系列实现设计原理、结构组成、组部件的通用化[3-4]。
舰载车辆上装统型按照上装模块化、集成化的思路来开展统型设计。将上装功能组件设计成能够与底盘平台进行明确分离的模块,上装功能模块与底盘平台间采用标准接口进行连接与安装。按照各功能模块间功能相近或使用时机互补的特点进行集成化设计,实现一车多功能的目标。
第三层次是组部件统型。舰载车辆组部件包括轮组、车辆控制器(VCU)、动力系统、电机控制器(MCU)、车辆线束、车身电气系统、人机接口模块等。组部件统型包括了舰载车辆全部底层组成部分,是实施舰载车辆统型的基础。通过组部件统型,使舰载车辆组部件(包括备品备件)的种类、数量、规格受控,从而降低舰载车辆维修保养复杂度。
结合舰载车辆特点,按照舰载车辆统型技术路线,从整车统型、车辆底盘统型与车辆上装统型、组部件统型3个层次对舰载车辆进行统型,如图2所示。
根据舰载车辆的任务需求,分析舰载车辆的使用时机、工作范围(区域),深入了解舰载车辆功能之间相关度和功能结构相似度,研究功能合并的可行性。同时研究多保障任务时对舰载车辆的配置需求,确定舰载车辆相对于保障任务的数量配比,提出舰载车辆的最优配置架构,将功能、性能一致或接近的车辆进行整合,从而减少舰载车辆的种类与数量。
以某型舰转运车为例,转运车的功能是用于弹药的转运,按照转运不同的弹药类型,隶属于不同的分系统,因此存在3种不同形式、不同尺寸、不同载重量的转运车,用于完成舰载弹药、航空弹药、弹药附件的转运作业。按照整车统型的方法,根据某型舰转运车的功能相关度和功能结构相似度,将3种转运车功能合并,以其中转运能力最强的转运车取代其他2种,采用通用化统型方法,将某型舰的3种转运车统型为1种。再结合各分系统的使命任务,统一分析转运车的配置需求,确定转运车相对于保障任务的数量配比,提出舰载车辆的最优配置架构。
3.2 车辆底盘统型与车辆上装统型1) 车辆底盘统型
车辆底盘统型的目标是实现通用化底盘。通用化底盘是一个广义的概念,不是一型底盘实现所有舰载车辆的行驶与承载功能,而是功能原理通用、结构形式通用、操作方式通用、保障方式通用。通用底盘的功率器件及承载部件采用系列化统型,已达到适用性、经济性的要求。舰载车辆通用底盘满足以下要求:①同一底盘能够适用于不同车辆上装,解决车辆多品种问题;②组部件模块化(轮组模块、控制模块、动力模块等),满足不同尺寸系列需求;③底盘形式具有较高的可拓展性。
以某型舰配置的舰载车辆为研究对象,按照车辆底盘平台化、系列化的统型思路,以承载能力进行系列化设计,初步分为2t,5t,15t系列底盘,可将某型舰近30种车辆底盘统型为3种系列底盘。
2) 车辆上装统型
车辆上装统型采用模块化统型原理,按照底盘与功能组件分离化,上装功能组件模块化的设计方法,对舰载车辆进行统型。在对各种舰载车辆进行功能分析的基础上,对上装功能组件的功能模块和结构模块进行分类,开展相应的模块设计,并尽量按照通用化要求设计[3-4]。
舰载车辆上装功能模块化设计是将上装功能组件设计成能够与底盘平台进行明确分离的模块,上装功能模块与底盘平台间采用标准接口进行连接与安装。按照各功能模块间功能相近或使用时机互补的特点进行集成化设计,实现一车多功能的目标。模块化设计的目标是在各功能模块性能指标有较大差异的同时,能够在零部件、元器件选择与接口采用通用化设计。
3.3 组部件统型组部件统型采用模块化统型原理,同时也包含组合化、通用化、系列化的统型内容。模块化统型不仅仅是对现状的一项合理化工作,也是对现状的优化提升工作[1]。
舰载车辆组部件可划分为车辆轮组、车辆控制模块、动力驱动系统、车身电气系统、车辆线束、人机接口等。
以车辆轮组的统型为例,是将车辆轮组设计为模块化形式,把车辆轮组驱动部分、传动部分、悬挂部分等组合成一个通用化、系列化的轮组模块,适用于多种车型。在对车辆轮组进行模块化统型时,是一个性能优化提升的过程。统型轮组需要统一考虑行驶速度、承载能力、舰船环境适应性等需求,形成的轮系是经过集成优化、性能提升的模块化车辆轮组,具有通用化接口。
舰载车辆其他组部件统型方法相同,可根据不同的功能性能特点针对性强化组合化、通用化、系列化的比重。如车辆控制器统型即可以通用化统型为主,通过对车辆控制器的CPU、内存、电源、通信、软件等资源进行合理配置,使其能够满足所有舰载车辆的控制要求,可将十数种车辆控制器统型为1种。而对于动力系统统型,由于动力系统的输出功率与车辆速度、车辆载荷直接相关,可采用系列化统型,在统一动力源形式的前提下开展系列化设计,形成系列化车辆动力源,列入型谱,供设计选型。以某型舰配置的舰载车辆为研究对象,实现组部件统型,预计可将全舰车辆电机、电机控制器、行车控制器等组部件种类减少近70%以上
总之,组部件统型是舰载车辆统型的主要部分,是需要确实投入设计与试验的工作,组部件统型成果是建立舰载车辆型谱的基础。
3.4 外观一致性设计统一良好的外观质量是衡量军工产品能否迈入一流的必要条件,产品外观质量能体现设计的内在品质,同时兼顾产品功能和产品外在形象,才能向一流设计趋近[5]。对舰载车辆开展外观一致性工业设计,形成舰载车辆车族化外观,实现舰载车辆外观统型。舰载车辆外观统型包括外观设计、外观制造、外观质量等方面,从操作界面友好设计、产品造型设计、油漆涂覆质量要求、外观质量过程防护等方面开展工作。
4 建立舰载车辆型谱 4.1 型谱建设必要性产品型谱的定义是:以最少数目的不同规格产品为标志的、能够长期且在一定范围内满足所有使用要求的产品系列。由产品型谱的定义可知,建立型谱的目的就是实现产品“通用化”,即形成出一系列能够满足装备长期和一定使用范围的通用产品的所有要求[6]。
型谱建设规定了型谱中产品型号的数量,并且规定了型谱中所有型号都能够满足所有的使用要求。首先,原则上规定了模型的数量,即在满足“最小数量”要求的情况下,追求最小的模型数量,尽可能满足用户的要求。其次,型谱的应用范围进一步有限,即“长期且在一定范围内”满足所有用户的使用要求[7-8]。这里的“长期”不仅反映型谱的战略,也对行业的发展具有标准和领先的战略指导意义,并与技术的发展和需求的变化有关,不是静态不变的[9-10]。
建立车辆型谱,通过控制型谱中型号数量,一方面,可以减少车辆型号过多导致的研发投入过多、增加生产制造成本的问题,将投入用于提升装备的核心关键技术水平能力及设备可靠性;另一方面,还可以大大减少装备使用、维护和战场支援的人员和资金投入,提高支援能力和效率,从而提高作战效能
4.2 舰载车辆型谱建设舰载车辆型谱是车辆统型工作的成果之一,可分为整车型谱、通用底盘型谱、组部件型谱等3个层次。
整车型谱是基于舰船使命任务得到的舰载车辆种类与型号需求,要求以最少的种类与型号数量满足用户的使用要求,某大型舰船舰载车辆整车型谱包括:武器转运车、挂弹车、搬运车、叉车、牵引车、清洗车、消防车等。
通用底盘型谱根据承载级别分为轻型、中型、重型,如承载能力可分为2 t,5 t,10 t,20 t系列,适用于武器转运车、挂弹车、搬运车、叉车、牵引车、清洗车、消防车等不同舰载车辆。
组部件型谱是舰载车辆型谱的基础部分,包括轮组型谱、电机型谱、驱动器型谱、减速机型谱、电池型谱等。组部件型谱需要经过深入全面地设计及验证工作,最终形成可推广的型谱标准,用于指导舰载车辆设计、选型,落实统型工作。
5 结 语舰载车辆统型工作最初的目的是控制车辆规格种类数量,但在研究过程中逐步体会到统型工作应拓展到提升产品性能,提高产品质量的层面。统型工作不是简单地裁剪与简化工作,而是在对舰载车辆的使命任务、工作范围、作业环境深入分析的基础上,结合车辆行业成熟技术,研究适合舰船背景的特种车辆专项技术,按照通用化、系列化、模块化的统型方法开展舰载车辆统型工作。舰载车辆统型工作既要着眼于当前的实际需求,规范舰载车辆现状,又要能够指导未来舰载车辆的研制与装备,促进舰载车辆有序发展。
[1] |
麦绿波. 统型的理论和方法[J]. 中国标准化, 2015(7): 98-99. MAI L B. Theory and method of model-unifying[J]. China Standardization, 2015(7): 98-99. DOI:10.3969/j.issn.1002-5944.2015.07.008 |
[2] |
麦绿波. 通用化、系列化、组合化模件化、组件化概念的研究[J]. 兵工标准化, 1995(6): 3-6. MAI L B. Research on the concept of generalization, serialization, modular and Componization[J]. Standardization of Military Workers, 1995(6): 3-6. |
[3] |
李月辉. 全向驱动电动轮关键技术研究[D] . 长春: 长春理工大学, 2011.
|
[4] |
曾晓松. 面向个性化定制的控制类柜体机电产品设计知识重用方法研究[D] . 长春: 长春理工大学, 2011.
|
[5] |
柯尊智, 李力群, 李龙, 等. 军贸产品外观质量与工业设计的思考及对策[J]. 国防科技工业, 2016(1): 60-61. KE Z Z, LI L Q, LI L, et al. Thinking and Countermeasures on the Appearance[J]. Defence Science & Technology Industry, 2016(1): 60-61. |
[6] |
张亮, 史超, 王坚浩, 等. 航空保障设备型谱化发展研究[C]//. 成都: 2017年首届航空保障设备发展论坛论文集, 2017: 75–78. ZHANG L, SHI C, WANG J H, et al. Research on spectral development of aviation support equipment [C] //Proceedings of the first Aviation Support Equipment Development Forum in 2017, CHENGDU, 2017: 75–78. |
[7] |
朱毅麟. 型谱是产品实现“三化”的指南[J]. 航天标准化, 2005(6): 11-13. ZHU Y L. Type spectrum is the guide to realize the three modernizations of products[J]. Space Standardization, 2005(6): 11-13. DOI:10.19314/j.cnki.1009-234x.2005.06.004 |
[8] |
朱毅麟. 产品型谱初探[J]. 航天标准化, 2005(2): 5-7. ZHU Y L. Initial exploration of product type spectrum[J]. Space Standardization, 2005(2): 5-7. DOI:10.19314/j.cnki.1009-234x.2005.02.002 |
[9] |
郑冲, 章林锋, 张婷, 等. 装备型谱的理论基础研究[J]. 航天标准化, 2019(3): 21-23. ZHENG C, ZHANG L F, ZHANG T, et al. Initial exploration of product type spectrum[J]. Space Standardization, 2019(3): 21-23. DOI:10.19314/j.cnki.1009-234x.2019.03.005 |
[10] |
杜方辉, 汤文成. 面向膜分离技术的污水处理设备型谱建模研究[J]. 机械制造与自动化, 2017, 46(4): 101–104. DU F H, TANG W C. Research on spectrum modelling of sewage treatment facilities based on membrane separation technology[J]. Machine Building & Automation, 2017, 46(4): 101–104. |