文：劉落明，朱文明，謝小剛｜南京康尼機電股份有限公司

本文闡述了將產(chǎn)品驗證體系理念引入至軌道車門系統(tǒng)產(chǎn)品，以正向設(shè)計、RAMS 分析、可靠性試驗為手段，使驗證體系融入到產(chǎn)品生命周期的全階段；以運營場景為依據(jù)，關(guān)聯(lián)可靠性分析及運營數(shù)據(jù)，構(gòu)建從門系統(tǒng)到部件級的驗證標準，制定產(chǎn)品從上而下全面的驗證規(guī)范；以建立完善的從門系統(tǒng)到零部件的試驗驗證能力為手段，實現(xiàn)驗證標準從定性向定量的質(zhì)的轉(zhuǎn)變；構(gòu)建和實施軌道車門系統(tǒng)驗證體系，顯著提升了軌道交通門系統(tǒng)的可靠性。

作為國家裝備制造業(yè)發(fā)展的重點行業(yè)之一，軌道交通裝備產(chǎn)品開發(fā)和迭代的速度逐漸加快。車門是軌道交通車輛的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其可靠性和安全性的要求不斷提高，亟需建立一套既滿足軌道行業(yè)零部件開發(fā)流程要求，又與實際應(yīng)用情況和自主設(shè)計能力相匹配的研發(fā)驗證體系。

一、研究背景

南京康尼機電股份有限公司（以下簡稱康尼機電）意識到，僅依靠傳統(tǒng)的以客戶要求為準則的型式試驗作為驗證手段和評判標準，難以符合越來越復(fù)雜的車門實際運營工況，提高車門運營可靠性；難以鎖定設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，提升產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量；難以滿足新品的設(shè)計周期需求，提升客戶滿意度。因此必須打破行業(yè)束縛，建立一套以成熟度模型為主要架構(gòu)，以驗證規(guī)范為依據(jù)、以驗證能力為手段、以信息化管理平臺為載體的軌道交通車門產(chǎn)品研發(fā)驗證體系（以下簡稱研發(fā)驗證體系，圖1），確保產(chǎn)品可靠性始終位于行業(yè)前列，打造軌道車門標桿企業(yè)。

圖1 軌道交通車門產(chǎn)品研發(fā)驗證體系

車門與車輛的可靠性與安全性息息相關(guān)?？的釞C電將產(chǎn)品驗證體系理念引入軌道車門系統(tǒng)產(chǎn)品通過建立可靠性增長管理理念，以識別設(shè)計風險、通過實物驗證手段在產(chǎn)品定型前發(fā)現(xiàn)潛在設(shè)計問題為手段，通過可靠性建模、預(yù)計、影響及危害度分析（FMECA）和故障樹分析（FTA）等設(shè)計分析方法，總結(jié)前期產(chǎn)品故障經(jīng)驗，識別產(chǎn)品設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，針對性地策劃試驗項點，通過試驗- 改進- 再試驗循環(huán)，為車門系統(tǒng)高可靠性運營提供保障，在實踐中取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益，以期為國內(nèi)軌道交通行業(yè)車門領(lǐng)域的驗證體系建設(shè)打造“康尼樣本”。

二、構(gòu)建研發(fā)驗證體系的主要方法

（一）建立健全驗證體系組織架構(gòu)

康尼機電產(chǎn)品驗證部，下設(shè)驗證支持、產(chǎn)品試制、RAMS 三個團隊負責產(chǎn)品試制、驗證策劃、驗證實施、RAMS 分析和評估等工作（圖2），并主導(dǎo)研發(fā)驗證體系的構(gòu)建。其中驗證支持團隊負責編制軌道車門驗證規(guī)范和制定實物驗證能力提升計劃，RAMS 團隊負責推動虛擬驗證能力提升，試制團隊負責實物驗證能力落地和場地規(guī)劃。三個團隊共同推進驗證流程和驗證體系信息化建設(shè)。

圖2 研發(fā)驗證部門組織架構(gòu)

（二）建立基于可靠性增長的設(shè)計驗證流程

建立研發(fā)驗證體系的流程（圖3），從“車輛級- 門系統(tǒng)級-零部件級”逐級分解需求，逐級驗證評估，梳理和建立產(chǎn)品驗證核心流程，形成具有康尼特色的驗證流程V 模型。V 模型的構(gòu)建中，融合了可靠性增長管理的理念，通過開展歷史故障數(shù)據(jù)分析和產(chǎn)品設(shè)計風險分析，針對風險點進行設(shè)計驗證策劃和實施，以達到快速激發(fā)暴露問題和模擬各種工況評估產(chǎn)品可靠性增長效果的目的，從而實現(xiàn)產(chǎn)品可靠性的持續(xù)增長。

圖3 研發(fā)驗證體系設(shè)計驗證流程模型

根據(jù)驗證流程V 模型，制定《產(chǎn)品驗證控制程序》作為驗證體系建設(shè)的綱領(lǐng)性文件，明確在產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的過程中驗證策劃和實施的時間節(jié)點和職責分工。通過梳理驗證業(yè)務(wù)流程，制定驗證流程相關(guān)的管理辦法，規(guī)范流程，保證驗證體系運行。在執(zhí)行層面建立一系列工作模板，包括（仿真計算、臺架設(shè)計、驗證）申請單、DVP 驗證計劃、驗證規(guī)范、試驗程序、驗證報告、診斷報告等。

（三）開發(fā)研發(fā)驗證體系規(guī)范和標準

策劃產(chǎn)品驗證標準體系建設(shè)方案和產(chǎn)品驗證標準層級，構(gòu)建門系統(tǒng)驗證標準體系框架（圖4）。L1 層為門系統(tǒng)級驗證規(guī)范、L2 層為關(guān)鍵部件驗證規(guī)范、L3 層為試驗程序或任務(wù)單等執(zhí)行類文件。

圖4 車門驗證標準體系框架

對各平臺門系統(tǒng)車輛運營場景進行分析，并梳理車門國際、國內(nèi)各層次的標準，形成門系統(tǒng)功能需求矩陣；根據(jù)車門外部場景獲得車門性能技術(shù)要求；結(jié)合車門功能需求和性能技術(shù)要求，并關(guān)聯(lián)可靠性數(shù)據(jù)（FMECA、FRACAS），得出門系統(tǒng)的試驗方法和試驗參數(shù)，對設(shè)計質(zhì)量反思項點進行梳理，重點關(guān)注前期驗證未發(fā)現(xiàn)的問題項，總結(jié)試驗方法，最終形成門系統(tǒng)驗證規(guī)范（圖5）。

圖5 門系統(tǒng)驗證規(guī)范編制技術(shù)路線

建立城軌塞拉門平臺從門系統(tǒng)級到部件級驗證的各項標準和規(guī)范12 份（圖6），形成康尼內(nèi)部城軌塞拉門驗證規(guī)范手冊。驗證規(guī)范標準已在門系統(tǒng)及關(guān)鍵部件的驗證上取得了較好的運用。利用驗證規(guī)范文件，明確了驗證策劃的方法論，提高了前期策劃的效率，統(tǒng)一了試驗工況和評判標準，避免了試驗項點遺漏。

圖6 門系統(tǒng)和部件級驗證規(guī)范

（四）推動軌道車門驗證能力提升

1.提高虛擬驗證能力

為提高設(shè)計效率，降低試驗成本，根據(jù)可靠性分析評估開展虛擬驗證?？的釞C電的虛擬驗證管理采用成熟度評估法，包括采納級、重復(fù)級、預(yù)測級、驅(qū)動級和引領(lǐng)級，利用仿真技術(shù)優(yōu)化改造產(chǎn)品設(shè)計流程，利用仿真驅(qū)動產(chǎn)品研發(fā)。

通過ANSYS、Altair、Simulation和Recurdyn四款軟件，建立了靜力學(xué)、疲勞、非線性、熱力學(xué)、電磁學(xué)、多體動力學(xué)、動力學(xué)和熱-結(jié)構(gòu)耦合七個大類的仿真能力。通過Simulation推廣使用，主管設(shè)計師具備零件級和簡單裝配件的靜力學(xué)仿真、膠條非線性仿真及簡單的疲勞分析能力，提高了設(shè)計師的設(shè)計校核能力和工作效率。仿真工程師，Hyperworks的常規(guī)仿真能力、快速仿真能力和疲勞分析能力三個模塊的導(dǎo)入實施，根據(jù)不同領(lǐng)域的車門系統(tǒng)選擇不同仿真軟件和仿真模塊，高質(zhì)量、高效率地完成計算分析。

通過可靠性分析技術(shù)，評估分析產(chǎn)品安全可靠性關(guān)鍵零部件，針對結(jié)構(gòu)件提出仿真計算減輕措施，代替部分實物驗證，可快速高效進行方案對比和優(yōu)化，指導(dǎo)設(shè)計，提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量。

2.提升實物驗證能力

重點建立關(guān)鍵件的承載驗證能力、極限工況驗證能力和加速耐久性試驗驗證能力，以滿足可靠性增長課題和設(shè)計開發(fā)的需要。以驗證規(guī)范中涉及到的核心部件驗證標準為指引，規(guī)劃各項實物驗證能力建設(shè)，制定建設(shè)目標、實施計劃和實施要求，主要實施過程如下：

一是通過開發(fā)車門專用檢測設(shè)備和部件級試驗設(shè)備，將單一的門系統(tǒng)級試驗轉(zhuǎn)化為部件級加速試驗，通過采集扭矩、力、位移等關(guān)鍵試驗參數(shù)實現(xiàn)閉環(huán)控制，提高了試驗效率和精度，在部件級試驗裝置上可方便的調(diào)控不同的試驗配置，為關(guān)鍵部件可靠性研究提供有效方法。其中《扭簧耐久試驗裝置》《可自復(fù)位電鑰匙耐久試驗工裝》獲得實用新型專利。

二是建立了門系統(tǒng)運動特性研究能力，為深入研究鎖閉系統(tǒng)、密封系統(tǒng)等提供了試驗和數(shù)據(jù)采集方法，掌握未知的車門運動特性，為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提供了新思路、新方向。其中《一種軌道車輛門傳動力測量裝置及測量方法》、《一種面向軌道車輛車門運動的視覺檢測方法》授權(quán)了發(fā)明專利。

三是通過自主開發(fā)、聯(lián)合研發(fā)等方式先后實施了8 項實物驗證能力建設(shè)項目（圖7），建立了門系統(tǒng)型式試驗和元器件試驗以外的實物驗證能力，豐富了試驗驗證方法，將驗證標準從定性向定量轉(zhuǎn)變，為故障分析、優(yōu)化方案、提升產(chǎn)品可靠性等方面提供更多專業(yè)化手段。

圖7 實物驗證能力建設(shè)項目

（五）構(gòu)建研發(fā)驗證體系信息化平臺

1.驗證流程信息化

根據(jù)驗證體系的規(guī)劃，拓展康尼機電PLM 系統(tǒng)功能，以驗證申請為輸入，通過策劃驗證計劃、試驗程序、試驗實施、報告管理及發(fā)布，利用信息化管理手段實現(xiàn)驗證全流程的管理，大大降低了文件簽審所需時間，提高了驗證流程效率和規(guī)范性。

第一步驗證申請：由設(shè)計部門明確驗證需求，并提出驗證申請；由驗證部門主管審核，審核通過后分發(fā)給驗證工師或產(chǎn)品試制室開展驗證策劃和實施；

第二步試驗計劃：根據(jù)梳理設(shè)計變更點、RAMS 評估、故障數(shù)據(jù)等，策劃驗證項點及實施計劃；由驗證工程師編制，驗證部門主管審核，設(shè)計部門主管會簽；

第三步試驗實施：由驗證及試制團隊按照試驗程序?qū)嵤?，過程若出現(xiàn)異常，按照異常管理方式處理；

第四步試驗報告：試驗結(jié)束后，驗證工程師按照試驗項點、試驗內(nèi)容、試驗結(jié)果編制試驗報告；設(shè)計師、驗證部門主管審核，驗證部門部長批準發(fā)布。

2.驗證開口項線上閉環(huán)管理

通過開口項信息化管理流程，使各職能部門聯(lián)動高效地開展工作，通過開口項信息化閉環(huán)管理，進一步提升產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，降低因設(shè)計問題導(dǎo)致的質(zhì)量損失，利用QIS 系統(tǒng)的異常管理模塊，開發(fā)了試驗和試制異常線上管理流程，將產(chǎn)品問題通過異常系統(tǒng)填報后提交給設(shè)計分析，通過信息化管理平臺可以定期分析數(shù)據(jù)，對于按期關(guān)閉率不達標的開口項進行通報，工作效率得到進一步提升。

三、創(chuàng)新成果

本文論述了康尼機電將產(chǎn)品驗證體系理念引入軌道車門系統(tǒng)產(chǎn)品的構(gòu)建和實施，軌交車門驗證領(lǐng)域的主要創(chuàng)新成果如下：

一是首創(chuàng)融合可靠性增長管理的產(chǎn)品驗證體系，顛覆公司傳統(tǒng)型式試驗?zāi)Ｊ胶桶l(fā)生故障再解決故障的試錯觀念，以正向設(shè)計、RAMS 分析、可靠性試驗為手段，從設(shè)計源頭實現(xiàn)可靠性增長。

二是以車門運營場景為依據(jù)，關(guān)聯(lián)可靠性分析及運營數(shù)據(jù)（FMECA、FRACAS），構(gòu)建從門系統(tǒng)級到部件級驗證標準的新思路，制定產(chǎn)品從上至下全面的驗證規(guī)范，形成驗證規(guī)范和標準數(shù)據(jù)庫。

三是建立完善的從門系統(tǒng)到零部件的試驗驗證能力和多功能場景試驗驗證區(qū)域，具備系統(tǒng)級、部件級和零件級驗證能力，從而實現(xiàn)驗證標準從定性向定量的質(zhì)的轉(zhuǎn)變。通過Simulation 仿真工具推廣，提高主管設(shè)計師的設(shè)計校核能力，縮短產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)周期。

四是拓展PLM 系統(tǒng)功能，開發(fā)QIS 系統(tǒng)異常管理模塊，實現(xiàn)驗證全流程管理的信息化和設(shè)計驗證開口項線上全閉環(huán)管理，有效推動設(shè)計整改，提高產(chǎn)品可靠性。

五是對比體系建設(shè)之初和研發(fā)驗證體系運用1年后的可靠性數(shù)據(jù)，對國內(nèi)地鐵、和諧號和復(fù)興號標準動車組等的累計服務(wù)可靠性分別提升42.5%和35.7%。技術(shù)中心責任年度累計損失率（KPI）從0.414%降至0.221%。設(shè)計質(zhì)量損失金額近三年下降約1000 萬元。