標(biāo)準(zhǔn)化原理是中國標(biāo)準(zhǔn)動車組統(tǒng)型優(yōu)化實施的基礎(chǔ)

標(biāo)準(zhǔn)化原理是中國標(biāo)準(zhǔn)動車組統(tǒng)型優(yōu)化實施的基礎(chǔ)

根據(jù)中國高鐵快速發(fā)展和“境外”活動的要求，中國積極推動車架的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，成功開發(fā)出符合中國標(biāo)準(zhǔn)車水平的完全自主知識產(chǎn)權(quán)。在中國標(biāo)準(zhǔn)動車組統(tǒng)型的優(yōu)化實施過程中，標(biāo)準(zhǔn)化五大原理，即統(tǒng)一化原理、互換性原理、通用化原理、系列化原理和模塊化原理，始終貫穿其中，為系統(tǒng)化、科學(xué)化、規(guī)范化推進(jìn)中國標(biāo)準(zhǔn)動車組統(tǒng)型工作提供了重要的理論指導(dǎo)。1標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的基本原則1.1應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化的效益中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20000.1-2014將標(biāo)準(zhǔn)化定義為：“為了在既定范圍內(nèi)獲得最佳秩序，促進(jìn)共同效益，對現(xiàn)實問題或潛在問題確定共同使用和重復(fù)使用的條款以及編制、發(fā)布和應(yīng)用文件的活動。標(biāo)準(zhǔn)化的主要效益在于為了達(dá)到預(yù)期目的（包括但不限于品種控制、可用性、兼容性、互換性等），改進(jìn)產(chǎn)品、過程或服務(wù)的適用性，促進(jìn)貿(mào)易、交流以及技術(shù)合作?！彼^標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)型，是運用標(biāo)準(zhǔn)化手段對現(xiàn)有產(chǎn)品規(guī)格、結(jié)構(gòu)、性能等進(jìn)行統(tǒng)一，以盡可能少的品種（型號）來滿足較長時期和一定范圍內(nèi)全部使用要求的規(guī)范化工作。1.2標(biāo)準(zhǔn)化基本原理及在標(biāo)準(zhǔn)化原理上的應(yīng)用,形成了標(biāo)準(zhǔn)化基本原理，提出并確定標(biāo)準(zhǔn)化原理和標(biāo)準(zhǔn)化原理第一標(biāo)準(zhǔn)化的五個原理看似相互獨立，實則相輔相成，統(tǒng)一化原理是標(biāo)準(zhǔn)化原理的本質(zhì)和核心；互換性原理是標(biāo)準(zhǔn)化原理的基礎(chǔ)和依據(jù)；通用化、系列化、模塊化原理是統(tǒng)一化原理的具體形式。1.2.1統(tǒng)一設(shè)計概念的應(yīng)用途徑統(tǒng)一化原理：對具有等效功能的標(biāo)準(zhǔn)化對象（物質(zhì)的、文字的）或其技術(shù)要素（尺寸、參數(shù)），進(jìn)行合理歸并、精選，使之達(dá)到通用互換或成為共同遵循的依據(jù)統(tǒng)一化原理的應(yīng)用很廣泛，最一般的方法是通過標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施，來達(dá)到概念、產(chǎn)品、技術(shù)等的統(tǒng)一，如制定和實施術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)一概念，制定和實施產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)一產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，制定和實施工藝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)一設(shè)計技術(shù)和制造技術(shù)等。1.2.2產(chǎn)品單元的不加任何改變或修改就能取代另一產(chǎn)品單元互換性原理：在滿足同樣使用要求的條件下，通過一定途徑或方法，可以使某一產(chǎn)品單元不加任何改變或修改就能代替另一產(chǎn)品單元互換性原理是產(chǎn)品能被重復(fù)使用和共同使用的基本條件?；Q性的實質(zhì)是使零部件的尺寸、形狀、性能、作用相同，彼此可以互相替換1.2.3應(yīng)用對象的確定通用化原理：以互換性為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品或系統(tǒng)的共性和相似特征，經(jīng)歸并、選優(yōu)、統(tǒng)一，找出其最佳的物理特性或典型結(jié)構(gòu)，盡可能擴大同一對象的使用范圍，實現(xiàn)最大限度的重復(fù)使用或共同使用通用化原理的應(yīng)用對象主要包括：分系統(tǒng)層次產(chǎn)品、設(shè)備級產(chǎn)品和零部件產(chǎn)品等通用產(chǎn)品單元。通用化是指同一功能、同一規(guī)格產(chǎn)品之間的相互替代，主要表現(xiàn)為接口統(tǒng)一化和功能統(tǒng)一化。在生產(chǎn)活動中，使用通用產(chǎn)品單元，有利于減少重復(fù)勞動、節(jié)約資源，以及縮短產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、維修周期。由于零部件產(chǎn)品是組成復(fù)雜產(chǎn)品的基本單元，數(shù)量大，對其進(jìn)行加工勢必要消耗大量研制、生產(chǎn)資源，因此，零部件產(chǎn)品通用化的應(yīng)用最為廣泛1.2.4產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的基本原理系列化原理：從產(chǎn)品使用要求和發(fā)展規(guī)律出發(fā)，將同一功能產(chǎn)品的主要參數(shù)或規(guī)格按一定數(shù)系或要求作合理規(guī)劃，并對其型式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一，使產(chǎn)品有序發(fā)展并形成一定序列系列化原理是通用化原理的進(jìn)一步發(fā)展。系列化是指對同一類產(chǎn)品的基本參數(shù)、型式、品種、規(guī)格等進(jìn)行合理安排和科學(xué)規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)化形式。產(chǎn)品系列化設(shè)計一般有2種方式1.2.5．通用單元標(biāo)準(zhǔn)化模塊化原理：對產(chǎn)品進(jìn)行功能分析和結(jié)構(gòu)分解的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計、生產(chǎn)一系列不同功能、不同結(jié)構(gòu)和參數(shù)規(guī)格的能重復(fù)使用和共同使用的通用單元（通用模塊），并補充專用單元和零部件，組合形成新產(chǎn)品模塊化是在通用化、系列化基礎(chǔ)上發(fā)展而來的更高層次的標(biāo)準(zhǔn)化形式，具有接口互換性和功能互換性。為了滿足日益增長的個性化需求，采用柔性化生產(chǎn)、模塊化組裝等技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模定制，可以有效提高資源利用率，降低生產(chǎn)、運維成本，實現(xiàn)通用化、系列化帶來的規(guī)模經(jīng)濟效益。2中國標(biāo)準(zhǔn)車的整體設(shè)計2.1crh系列動車組的問題2004年以來，我國生產(chǎn)制造了CRH1、CRH2、CRH3、CRH5型動車組，建立了中國高速動車組設(shè)計、制造和驗證平臺。2007年以來，自主創(chuàng)新研制了“和諧號”CRH380型新一代動車組，為我國高速鐵路提供了充足的裝備保證。盡管我國在動車組技術(shù)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步，但面對我國地域廣闊、環(huán)境復(fù)雜和長距離、高強度運行需求，CRH系列動車組在運用過程中暴露出了一系列亟待解決的問題(1）自主創(chuàng)新能力亟待提高。CRH系列動車組大部分部件均已實現(xiàn)國產(chǎn)化，但由于我國高速鐵路建設(shè)起步較晚，技術(shù)儲備不足，一些核心技術(shù)和關(guān)鍵裝備對外依存度較高，自主創(chuàng)新能力亟待進(jìn)一步提高。(2）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。CRH系列動車組在不同的技術(shù)平臺上進(jìn)行研制，多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共同運行，技術(shù)性能和參數(shù)要求上存在諸多不同，在旅客界面、操作界面、運用界面及維修界面等差異較大，不能實現(xiàn)互聯(lián)互通，甚至不能相互救援，動車組備用率高。比如定員不統(tǒng)一，影響動車組相互備用；司機操縱臺不統(tǒng)一，影響司機駕駛；列車寬度不統(tǒng)一，影響站臺設(shè)計；列車車鉤不統(tǒng)一，影響相互聯(lián)掛、救援。(3）運用維護維修成本高。CRH系列各型動車組結(jié)構(gòu)差異大，修程修制不統(tǒng)一，維護檢修零部件尚未統(tǒng)型，運用部門備品備件品種多，加大了維護難度，提高了維修成本，對鐵路的經(jīng)營效益產(chǎn)生較大影響。2.2中國標(biāo)準(zhǔn)動車組：將高鐵“走出去”根據(jù)我國高速鐵路發(fā)展的技術(shù)特點和動車組的運用需求，亟需開展標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)型工作，研制具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組，持續(xù)增強自主創(chuàng)新能力，助力高鐵“走出去”；建立統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，實現(xiàn)互聯(lián)互通；降低運用維護檢修成本，提高運營效率。2.2.1中國標(biāo)準(zhǔn)動車組：從“中國制造”向“中國創(chuàng)新”轉(zhuǎn)型堅持引進(jìn)消化吸收先進(jìn)技術(shù)和自主創(chuàng)新相結(jié)合的原則，持續(xù)增強我國動車組自主創(chuàng)新能力，全面系統(tǒng)掌握動車組關(guān)鍵核心技術(shù)，研制具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組，打造具有世界先進(jìn)水平的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組技術(shù)平臺。根據(jù)世界各國高鐵運營需求，量身設(shè)計具有國際競爭力的系列化動車組產(chǎn)品和成套技術(shù)解決方案，促進(jìn)動車組由“中國制造”向“中國創(chuàng)新”跨越。同時，以中國標(biāo)準(zhǔn)動車組出口為突破口，帶動線路工程、通信信號、牽引供電等高鐵成套技術(shù)和產(chǎn)品“走出去”，積極拓展國際市場，全面打造中國高鐵品牌，助力中國高鐵“走出去”。2.2.2中國標(biāo)準(zhǔn)動車組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基于高速動車組研發(fā)、試驗、運營、維護等經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，通過自主創(chuàng)新，建立統(tǒng)一的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，以相同速度等級中國標(biāo)準(zhǔn)動車組具備重聯(lián)運行功能，不同速度等級中國標(biāo)準(zhǔn)動車組具備相互救援能力為目標(biāo)，從動車組旅客界面、操作界面、運用界面和維護界面等方面進(jìn)行統(tǒng)型優(yōu)化，實現(xiàn)互聯(lián)互通互操作。2.2.3降低運用維護檢修成本，提高運營效率中國標(biāo)準(zhǔn)動車組實現(xiàn)互聯(lián)互通的同時，通過關(guān)鍵零部件統(tǒng)型設(shè)計，實現(xiàn)零部件通用互換和修程修制統(tǒng)一化，打破零部件供應(yīng)壟斷的局面，有利于減少備品備件數(shù)量，降低運用維護檢修成本，提高運營效率。3中國高速動車組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究與實踐中國國家鐵路集團有限公司（原中國鐵路總公司，以下簡稱“國鐵集團”）在融合既有四大CRH系列動車組技術(shù)平臺優(yōu)點的基礎(chǔ)上，堅持自主創(chuàng)新，以安全性、可靠性、舒適性、節(jié)能環(huán)保為前提，以市場需求為導(dǎo)向，以“標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、互聯(lián)互通”為設(shè)計原則，采用正向設(shè)計思路，加強頂層設(shè)計，構(gòu)建和完善中國高速動車組標(biāo)準(zhǔn)體系，自主研制不同速度等級、適應(yīng)不同環(huán)境需求的動車組系列化產(chǎn)品，打造具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、世界先進(jìn)水平的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組技術(shù)平臺。自2012年起，速度350km/h中國標(biāo)準(zhǔn)動車組統(tǒng)型工作，在方便運用、降低全壽命周期成本、進(jìn)一步提高安全冗余等方面加大了創(chuàng)新力度，按照頂層設(shè)計、自主研制、試驗驗證3個階段3.1中國標(biāo)準(zhǔn)動車組頂層技術(shù)指標(biāo)中國標(biāo)準(zhǔn)動車組統(tǒng)型頂層設(shè)計框架主要包括：服務(wù)框架、功能框架和物理框架3個部分，如圖2所示，標(biāo)準(zhǔn)化原理貫穿始終，為中國標(biāo)準(zhǔn)動車組統(tǒng)型提供理論依據(jù)。(1）服務(wù)框架：基于用戶需求，提出中國標(biāo)準(zhǔn)動車組的頂層需求。以路網(wǎng)規(guī)劃、動車組技術(shù)發(fā)展和客流運輸?shù)膶嶋H需求為出發(fā)點，通過調(diào)研分析，梳理總結(jié)既有動車組運用問題，提出中國標(biāo)準(zhǔn)動車組的頂層技術(shù)指標(biāo)和總體技術(shù)條件。(2）功能框架：基于用戶服務(wù)，明確中國標(biāo)準(zhǔn)動車組的系統(tǒng)功能。通過建立統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，對中國標(biāo)準(zhǔn)動車組服務(wù)功能、運用維護等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)型，實現(xiàn)不同型號動車組的互聯(lián)互通互操作功能，滿足相同速度等級動車組重聯(lián)運營、不同速度等級動車組相互救援的要求。(3）物理框架：基于系統(tǒng)功能，定義中國標(biāo)準(zhǔn)動車組的物理子系統(tǒng)及其實現(xiàn)方式。中國標(biāo)準(zhǔn)動車組車體、轉(zhuǎn)向架、牽引系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)等，均采用模塊化設(shè)計方法，通過設(shè)置最小可更換單元，實現(xiàn)關(guān)鍵部件通用互換。3.2車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)攻關(guān)中國標(biāo)準(zhǔn)動車組樣車研制項目由國鐵集團主導(dǎo)組織實施，中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司技術(shù)牽頭，中車集團（原中國南車、中國北車）及其相關(guān)企業(yè)設(shè)計制造，西南交通大學(xué)、北京交通大學(xué)、中國科學(xué)院等高校和科研院所技術(shù)支持，產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，協(xié)同創(chuàng)新3.2.1中國標(biāo)準(zhǔn)動車組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)為更好地適應(yīng)中國自然地理環(huán)境、鐵路運營需要、旅客出行習(xí)慣及動車組運用維修需求，基于高速動車組研發(fā)、試驗、運營、維護的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)分析既有CRH系列動車組技術(shù)性能，構(gòu)建了體系完整、結(jié)構(gòu)合理、先進(jìn)科學(xué)的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋動車組基礎(chǔ)通用、車體、走行裝置、司機室布置及設(shè)備、牽引電氣、制動及供風(fēng)、輔助電氣系統(tǒng)、車內(nèi)環(huán)境控制、給水和衛(wèi)生設(shè)備、列車網(wǎng)絡(luò)、控制診斷和監(jiān)測系統(tǒng)、應(yīng)急及防護、運用維修等13大類標(biāo)準(zhǔn)，如圖3所示。在所采用的254項重要標(biāo)準(zhǔn)中，中國標(biāo)準(zhǔn)（包括中國國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國鐵集團企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）占比高達(dá)84%3.2.2中國標(biāo)準(zhǔn)動車組關(guān)鍵部件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計通過分析既有CRH系列動車組各零部件的結(jié)構(gòu)、原理、參數(shù)、壽命周期、檢修維護、供應(yīng)商等基本情況，對比不同動車組技術(shù)平臺優(yōu)缺點，系統(tǒng)研究動車組關(guān)鍵部件的接口技術(shù)，并依據(jù)中國標(biāo)準(zhǔn)動車組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，對中國標(biāo)準(zhǔn)動車組車體、轉(zhuǎn)向架、高壓牽引、輔助電氣、制動、網(wǎng)絡(luò)控制、旅客信息、車內(nèi)環(huán)境控制、給水衛(wèi)生、車內(nèi)設(shè)施、駕駛設(shè)施11大系統(tǒng)共96項關(guān)鍵零部件進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，統(tǒng)一了尺寸、功能、性能、接口、備品備件等，實現(xiàn)了中國標(biāo)準(zhǔn)動車組關(guān)鍵部件互換性，優(yōu)化了旅客界面、操作界面、運用界面和維護界面，提升了動車組維護檢修經(jīng)濟性。3.2.3通用化：互聯(lián)互通基于我國動車組運用環(huán)境和運營需求，重點研究動車組外部接口、相互救援與重聯(lián)、檢修與維護等技術(shù)，實現(xiàn)了中國標(biāo)準(zhǔn)動車組平臺通用化，即互聯(lián)互通互操作。互聯(lián)是前提，通過統(tǒng)一前端車鉤、過渡車鉤、救援連接器等機械接口，實現(xiàn)物理互聯(lián)；互通是基礎(chǔ)，通過統(tǒng)一列車級網(wǎng)絡(luò)初運行標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議、故障診斷代碼規(guī)范、列車級硬線控制電路、安全環(huán)路、BP救援轉(zhuǎn)換裝置等電氣接口，實現(xiàn)邏輯互通；互操作是互聯(lián)互通的最終目標(biāo)，通過統(tǒng)一司乘操作界面、控制指令輸出、工作模式、降速處理等措施，實現(xiàn)重聯(lián)互操作。3.2.4體系并完善系列產(chǎn)品為滿足日益增長的鐵路客運需求，按照產(chǎn)品系列化設(shè)計要求，以中國標(biāo)準(zhǔn)動車組樣車為基型產(chǎn)品，積極推進(jìn)系列化中國標(biāo)準(zhǔn)動車組研制，持續(xù)完善中國標(biāo)準(zhǔn)動車組“家族”體系，逐步研發(fā)了不同速度等級、不同編組形式、不同動力牽引模式、適應(yīng)各種運行環(huán)境需求的中國標(biāo)準(zhǔn)動車組系列產(chǎn)品CR400(350km/h）、CR300(250km/h）、CR200(160km/h)3.2.5先進(jìn)制造技術(shù)開發(fā)中國標(biāo)準(zhǔn)動車組生產(chǎn)制造嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，通過制定、發(fā)布、實施及修改各項生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，建立了生產(chǎn)制造標(biāo)準(zhǔn)體系，同時，借助信息化、自動化、智能化技術(shù)手段，采用柔性工裝生產(chǎn)線、模塊化組裝技術(shù)、管路加工技術(shù)、數(shù)字測量技術(shù)、變形控制技術(shù)、殘余應(yīng)力控制技術(shù)、數(shù)字化調(diào)試技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)，將設(shè)計、工藝、物流、質(zhì)量、生產(chǎn)、設(shè)備等各環(huán)節(jié)縱向集成、橫向交互貫通，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制、智能調(diào)度、狀態(tài)監(jiān)控、質(zhì)量管控，確保中國標(biāo)準(zhǔn)動車組性能指標(biāo)達(dá)到先進(jìn)性、可靠性、安全性、可維修性、環(huán)境適應(yīng)性等要求。3.3試驗證實3.3.1整車技術(shù)性能試驗驗證2015年6月中國標(biāo)準(zhǔn)動車組樣車下線以來，在大西高速綜合試驗線、鄭徐高鐵、哈大高鐵開展了中國標(biāo)準(zhǔn)動車組型式試驗、運用考核和科學(xué)試驗，試驗考核指標(biāo)全部符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和運用要求，中國標(biāo)準(zhǔn)動車組安全性、舒適性及各項性能指標(biāo)以及運用適應(yīng)性、穩(wěn)定性、可靠性、制造質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計要求，整車技術(shù)性能指標(biāo)實現(xiàn)較大提升，設(shè)計壽命由20年提高到30年3.3.2統(tǒng)型零部件互換性試驗驗證為進(jìn)一步深化中國標(biāo)準(zhǔn)動車組統(tǒng)型工作，在中國標(biāo)準(zhǔn)動車組96項零部件統(tǒng)型成果的