【摘要】現(xiàn)代企業(yè)競爭中，成本管理越來越成為重點關注問題。軌道車輛成本中，設計成本占全生命周期較大比重，采用模塊化設計是縮短設計周期、降低制造成本的有效途徑之一，對車輛交付用戶進入運維階段成本控制也有很大影響。本文圍繞模塊化設計在生產(chǎn)制造和運營維護各階段的影響，對其與全生命周期成本管理之間的關系進行分析，從而說明軌道車輛設計中推進模塊化設計的重要性。

【關鍵詞】軌道車輛；模塊化設計；全生命周期；成本管理

引言：

近年來，我國高速鐵路及城市軌道交通發(fā)展迅速，軌道車輛需求日益增加，國內(nèi)制造廠商也隨之快速發(fā)展，如何在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時縮短設計周期、降低制造和運維成本成為車輛制造企業(yè)越來越關注的重點。我國軌道車輛市場目前主要包括普通客車、高速動車組、地鐵和輕軌等。同類型產(chǎn)品的研發(fā)和使用與發(fā)達國家相比較晚，運行和維護經(jīng)驗相對欠缺，這就要求我國車輛制造企業(yè)在日常運行和維護中不斷積累經(jīng)驗，分析車輛從設計制造到運行維護以及高級修各個階段進行成本構(gòu)成，形成全生命周期管理的整套數(shù)據(jù)，從而總結(jié)出車輛從設計交付到車輛報廢的全生命周期中各階段成分分布情況以及設計成本對后階段的影響。逐步優(yōu)化成本結(jié)構(gòu)，指導新項目設計使用。

1.軌道車輛的模塊化設計

1.1 模塊化設計

模塊化設計是指對不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構(gòu)成不同產(chǎn)品，以滿足客戶需求的設計方法。這種設計方法以少量的模塊組合成盡可能多的產(chǎn)品，從而實現(xiàn)用最少的設計投入，最大限度的滿足不同的客戶需求，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，這種設計方法可以有效地縮短交貨周期，減少項目后期投入。

產(chǎn)品設計中，模塊是設計和制造的基本單元和功能單元，具有獨立性、互換性、通用性等特征。在設定好不同模塊間接口后，各模塊可獨立設計；對于同系統(tǒng)不同功能的模塊，機械接口及電氣接口完全相同，在產(chǎn)品組合中很容易實現(xiàn)互換；對于不同平臺的項目，已經(jīng)形成的模塊化產(chǎn)品可以實現(xiàn)部分通用，這樣可以有效減少采購件種類，縮短采購周期。

1.2 模塊化設計理念在軌道車輛設計中的應用

模塊化設計理念在目前國內(nèi)市場運營的各種軌道車輛中，均能夠起到縮短項目周期，保證產(chǎn)品質(zhì)量，最大限度滿足用戶需求的作用。

軌道車輛中，整車可按照功能劃分為車體、電氣、內(nèi)裝、水暖通風等幾大低層級模塊。每個大模塊按照功能分下一級模塊，如電氣可分為牽引、制動、網(wǎng)絡、空調(diào)、旅客信息等二級模塊。二級模塊中，按照部件功能、性能又可分成三級模塊。如牽引模塊，按功能可分為受電、變電、驅(qū)動等高層級模塊。同樣，受電模塊又可分出四級模塊，逐層分解直至最小可拆分單元。這種分解方式形成了車輛設計EBOM層級結(jié)構(gòu)。前兩個層級的模塊是系統(tǒng)級模塊，包含范疇較大，對設計具體工作產(chǎn)生影響是從第三層級模塊開始，即功能模塊內(nèi)逐級劃分到最小可拆分單元的一層。該層數(shù)據(jù)經(jīng)整理后形成設計矩陣并指導新項目使用。

以二級模塊空調(diào)建立設計矩陣，按其功能可分為機組、控制柜、風道、廢排等模塊。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，確定各模塊機械接口種類。如空調(diào)機組共有三種機械接口，空調(diào)控制柜有四種機械接口等。各接口確定之后，車體設計中為空調(diào)模塊預留的各機械接口即可明確，新項目設計時，車體接口可以從已建立的數(shù)據(jù)庫中橫向選擇滿足客戶需求的功能模塊，減少充分設計，縮短設計周期。

機械接口確定之后，需維護電氣接口數(shù)據(jù)，統(tǒng)一生成模塊化設計矩陣。項目設計過程中，根據(jù)客戶需求從矩陣中選取相應的模塊機械接口，接口數(shù)據(jù)已能夠滿足車體設計需要，此時僅需縱向選擇滿足客戶需求電氣模塊。如自動空調(diào)和手動空調(diào)、模擬調(diào)溫和自動調(diào)溫等，均可以從矩陣中選取。如表1的模塊設計數(shù)據(jù)簡表，橫軸表示機械接口，縱軸表示電氣接口，其中“SJ000001”表示機械接口為“機組1”的情況下，“手動控制”功能的空調(diào)所對應的設計資料。

矩陣數(shù)據(jù)建立后，新項目各模塊設計只需從中選擇即可完成大部分工作。“SJ000001”所示資料是一級數(shù)據(jù)，其中包括各種下級功能模塊及圖紙、文件等內(nèi)容。按照各二級模塊的最小可拆分單元，建立標準化數(shù)據(jù)庫。同樣功能的模塊，機械接口須相同，這樣一來前期設計不受影響的情況下，通過簡單更換即可實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換。產(chǎn)品招投標階段，項目人員根據(jù)矩陣數(shù)據(jù)向用戶介紹產(chǎn)品。如果遇到矩陣中沒有的需求，則根據(jù)已有數(shù)據(jù)做最小改動后更新數(shù)據(jù)庫。

2.軌道車輛全生命周期成本管理

軌道車輛全生命周期管理涉及到很多方面，本文主要考慮設計成本、制造成本、運維成本和檢修成本。

設計成本是車輛制造企業(yè)在項目設計過程中發(fā)生的成本，在全生命周期總成本中約占60%，其中最主要的部分是車輛配件的采購成本。這部分成本與性能和質(zhì)量有直接關系，配件要求越高，設計成本越高，質(zhì)量越好，整車可靠性越高。產(chǎn)品設計要考慮全車全生命周期重要配件質(zhì)保期、保養(yǎng)和維修周期，質(zhì)保期越長，成本越高。為產(chǎn)品穩(wěn)定性考慮配件質(zhì)保期的同時還需要考慮超質(zhì)保期的各項費用，這些都會對全生命周期成本產(chǎn)生影響。除配件之外，設計成本還包括設計人員工資、福利及差旅費等其他部分。

制造成本是產(chǎn)品在制造過程中發(fā)生的成本。主要由直接材料、直接人工和制造費用三部分組成。直接材料是指在生產(chǎn)過程中的勞動對象，通過加工使之成為半成品或成品；直接人工是指生產(chǎn)過程中所耗費的人力資源，可用工資額和福利費等計算；制造費用則是指生產(chǎn)過程中使用的廠房、場地、工裝工具、輔助材料、設備、車輛、能源及其他耗材等。

運維成本是指車輛交付用戶且在質(zhì)保期之內(nèi)整車運行和維護的成本。這部分成本主要包括備品備件、備用工具、售后建站、售后人員以及辦公用品等。不同項目設置不同售后服務站（主要是指干線鐵路車輛和城市軌道車輛）和備件庫，由項目專業(yè)售后服務人員負責對站點所管轄的車輛進行日常維護。

3.模塊化設計與全生命周期成本管理的關系

模塊化設計對車輛制造項目執(zhí)行各階段均有一定影響，對本文涉及到的五個部分起到不同作用。

產(chǎn)品設計階段，通過模塊化設計，可以在滿足用戶需求的前提下有效地縮短設計周期，從而在設計層面減少人力資源成本。配件設計方面，從已建立的數(shù)據(jù)庫中選擇高層級模塊，逐級搭建起模塊化組建實現(xiàn)車輛功能。設計初期配件性能、質(zhì)保期等數(shù)據(jù)可初步確定。后期質(zhì)保期等改變只影響采購成本，而不會對設計周期產(chǎn)生影響。性能改變則在配件成本受影響的同時，小范圍影響采購周期。如果數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)量足夠，則可以直接選擇使用，如果超出范圍，需更新數(shù)據(jù)。

生產(chǎn)方面，激烈的市場競爭要求制造商用盡可能少的資源消耗，低成本、高質(zhì)量并迅速推出能滿足用戶需求的產(chǎn)品。通過模塊化設計，產(chǎn)品制造過程中所需的各種資源可以確定，工藝人員的工作同樣可以通過模塊化設計，形成工藝標準化工作。制造過程中，根據(jù)已經(jīng)確立的各模塊數(shù)據(jù)，物料、工裝、工具、人力、能源及其他配套資源都可以按照生產(chǎn)計劃及時配送到生產(chǎn)現(xiàn)場，保證生產(chǎn)周期，減少制造過程中的各種浪費。

車輛運維配套的備品備件可隨標準化程度減少，人力資源培訓亦也可降低難度，實現(xiàn)多技能，從而減少現(xiàn)場人員。維護過程中，由于車輛模塊化制造，現(xiàn)場故障處理和配件更加快速，有力保障產(chǎn)品穩(wěn)定性。

由于模塊化設計和模塊化制造，車輛高級修中拆解和配件更換操作時間有效縮短。人員技能與新造和售后基本相同，實現(xiàn)互換，節(jié)省人力成本。通過設計模塊化數(shù)據(jù)庫維護，高級修相當于拆解和新造的疊加。此外，車輛高級修會產(chǎn)生新數(shù)據(jù)，顯示出同一個部件新造性能對車輛檢修的影響。如一臺電機的設計性能決定成本為20萬元，各級修只需簡單維修，全生命周期中共計20次，每次維修2萬元，該電機全生命周期總成本需60萬；同理如果設計設計性能決定電機成本為10萬元，一定公里數(shù)須換新電機，全生命周期內(nèi)共計更好10次，則這臺電機全生命周期總成本為110萬元。其他配件如電機冷卻單元性能的影響也會在檢修中展示出來。這部分數(shù)據(jù)須反饋新項目設計，逐步優(yōu)化新項目設計成本。

4.結(jié)論

模塊化設計是實現(xiàn)以數(shù)據(jù)庫的效益進行高效生產(chǎn)的一種有效方法。配件模塊是具有獨立功能標準部件。模塊化設計的作用是在一定范圍內(nèi)不同功能或相同功能、不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構(gòu)成不同產(chǎn)品，以滿足客戶的不同需求。這是相似性原理在產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)上的應用，是一種實現(xiàn)標準化與多樣化的有機結(jié)合及多品種、小批量與效率的有效方法。

通過模塊化設計，可以有效地降低產(chǎn)品設計、制造各階段成本，因此，合理地設計產(chǎn)品的全生命周期，并在產(chǎn)品的全生命周期中合理地管理，能有效地實現(xiàn)資源的合理利用并滿足客戶要求。推行模塊化設計并將其應用到軌道車輛以從設計制造到報廢的全生命周期中，同時考慮經(jīng)濟性、技術性、市場性與環(huán)境性，實現(xiàn)車輛制造企業(yè)利潤最大化。

參考文獻

[1]周傳宏等.產(chǎn)品全生命周期管理技術，上海：上海交通大學出版社，2006

[2]段曉晨等.鐵路全生命周期造價計算與控制原理.北京：中國鐵道出報社，2009

[3]于隨然等.科學出版社.北京：科學出版社，2012

[4]祝祖強等.會計學.北京：中國鐵道出版社，2000

[5]劉樹華等.精益生產(chǎn).北京：機械工業(yè)出版社，2009

作者簡介

陳喆，男，工程師