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《大学生》杂志专题报道我院车辆工程专业建设

时间:2017-04-14 05:44:00  来源: 《大学生》杂志社  作者: 《大学生》杂志社

“中国数据”保安全

——《大学生》杂志专题报道我院车辆工程专业建设

    近期,《大学生》杂志对北京交通大学机电学院车辆工程专业进行了专访:

    北京交通大学机械与电子控制工程学院的车辆工程学科以轨道交通为研究支点,关注车辆寿命,全力研究结构疲劳可靠性,一方面放眼国内,循轨而行,只要是轨道上的车,尤其是客车,几乎都要进行疲劳可靠性评估;一方面接轨国际,承担了我国大部分出口轨道车辆相关试验研究和疲劳可靠性评估。由此积累的庞大测试数据,形成了巨型数据库,在轨道安全领域的研究达到了国际先进水平,并得到了国际铁路联盟UIC的认可。

   火车头的关键技术

    来到八层,记者见到了车辆工程专业博士生导师刘志明教授和任尊松教授。刘教授介绍说,车辆工程专业的研究方向众多,如汽车整车及零部件的设计开发、车身及造型设计、车辆电子技术应用、汽车制造工艺以及生产管理等。北交大车辆工程专业因原属铁道部的背景,从1958年开始培养铁路机车车辆设计、制造与运用人才。

北京交通大学车辆工程专业博士生导师、教授刘志明

    “轨道交通领域更新换代的速度极快,我们丝毫不敢懈怠。自北交大开设车辆工程专业以来,屡次根据经济社会发展对人才的需求调整专业定位。”刘教授告诉记者,北交大1958年开始招收本科生时,设置的是车辆、热力机车专业,1961年细化为蒸汽机车、内燃机车、铁道车辆、电力机车、铁道供电专业。1977年按照内燃机车、铁道车辆、机车柴油机、机车电传动专业招生。2005年则按照铁道机车车辆专业招生,2012年改名为“车辆工程专业”。

    作为轨道交通研究的主力军,北交大的研究不断领先。不仅积累了大量列车测试数据,还建设了与行业前沿技术密切相关的动车组系列课程群,出版了全国第一套本科动车组系列教材,建立了全国为数不多的轨道车辆实验室,自主研制出了全国第一套动车组专业教学实验平台,建立了教学科研企业一体化实践平台。

北京交通大学车辆工程专业博士生导师、教授任尊松

    作为北京交通大学的“元老”级学科,车辆工程凭着“冲锋陷阵,与时俱进”的火车头精神,始终坚定地追踪着轨道交通的前沿理论,时刻更新着轨道车辆工程领域的关键技术。随着我国列车速度的不断提升,车辆工程专业选择了科研难度颇大、但又是国际竞争力强、潜力大的轨道车辆结构疲劳可靠性作为学科的主要研究方向。所谓车辆疲劳可靠性,就是通过对车辆各种零部件安全性的研究,帮助列车延长寿命。“车辆工程专业潜力巨大,已成为学院大力发展的重点项目。”任教授说。

   “中国数据”支撑安全的“天”

    对于轨道车辆来说,安全就是最大的“天”,北交大车辆工程专业的研究重点正是被称为“结构疲劳可靠性”的车辆安全。刘志明教授说起自己专业的优势时滔滔不绝:“当传统车辆设计的热点、关注点停留在速度时,我们已经结合结构强度方向研究上的优势,开始关注车辆的寿命和安全问题,重点研究结构疲劳可靠性,针对车辆在不同线路、地域的运营状态,进行数据测试;我们还逐渐将单一的研究方向系统化,开始触及载荷谱研究计划(指通过加载试验,研究列车各部位在受力时的各种情况,从而得到一系列研究数据)。”多年的研究使北交大结构强度研究团队成绩斐然,既能让旧机车“起死回生”,又能在新领域“打怪升级”,走在了轨道交通的最前端。

学生实习参观

     2006年,洛阳进口机车的牵引座(即提供牵引动力的牵引拉杆的支座)大限将至,故障频频。因购买新车价格昂贵,洛阳机务段的工作人员愁眉不展,找到厂家申请维修。厂家没有自己的研究人员,遇到这样复杂的问题束手无策,只好辗转找到北京交通大学结构强度研究团队。刘志明教授一行人前往仔细考察后发现,这个牵引座的处境十分尴尬,如果按原样修复,维持的时间很短暂;而若想运用新技术替换,当时又根本找不到可替换的新型机车部件。在这种情况下,刘教授团队经过对该结构在陇海线运输过程中的载荷谱进行系统的线路测试、数据分析以及可靠性评估后,提出了牵引支座改进方案,并最终改造了83台机车, “在一般情况下,能改造10台左右已经算很多了。”

《华盛顿协议》国际专家参加车辆工程专业认证实验室考察

    “我们被要求保证这个车在十年内都能继续使用,出现任何问题都要全权负责,说实话当时我们的压力是很大的。”但十年期满后的2016年,团队去考察时发现,该型机车仍能正常使用,这也让刘教授无比欣慰,“通过延寿技术的实施,我们给国家机车的更新换代赢得了时间。”

    除了能让老旧的车辆“起死回生”,北交大车辆工程专业在高铁新领域的突破也不落于人后。国内某厂家曾经从德国进口了一种列车电机吊架(用于安装电机的支架),北交大的教授们对测试数据进行研究、评估后,预测吊架的寿命只有5年。结果德国企业既没有能力改造,又害怕索赔,拒不承认此评估结果。5年之后,吊架果然出现裂纹。企业不得不再次委托北交大教授,寻觅改造之法。刘教授说:“我们基于列车以往在线路运营过程中大量的测试数据,再结合本次测试得到的数据详细地做分析,得到了这个结构的载荷谱。然后,我们采用结构疲劳理论、损伤一致性原则、可靠性理论以及多种数据处理和分析方法,大胆做出了一个新的结构,由国内厂家配合生产,最终替换了进口吊架。”

    北交大教授们不仅要解决高铁的问题,还要接手更复杂的城轨车项目:“如今各个城市的地铁发展很快,但由于地铁的规划权限下放到了省市,而各省市建设水平又参差不齐,这要求我们必须完善各城市的地铁跟踪测试,积累数据,保障车辆的安全性运行。”

    但要想进一步研究地铁车辆的寿命问题,实在棘手。“比起高铁,地铁的启动和制动频繁,线路激扰频带也比较宽,所以车辆的结构疲劳可靠性问题就更复杂。”北交大结构强度研究团队6名教授经过商讨,最终提出了地铁车辆“载荷谱研究”计划,决心建立轨道车辆客车所有车系的载荷谱。“这个计划要储备大量的载荷谱数据,研究成型后就可以预测不同车型在线路上跑的时候会受到哪些载荷,以及载荷的大小和频次。这样就可以更有针对性地设计转向架的强度和关键零部件的强度,让它的寿命设计和评估更精确。”刘教授告诉我们。

    除了“载荷谱”计划,研究团队还承担了众多国家级研究项目,每个项目的创新性和挑战性都不小,如适应“一带一路”沿线国家不同轨距的时速400公里变轨距转向架高速列车;最高运行时速500km以上的高速磁浮车辆;以高附加值货物为运输对象的250km/h及以上高速货运动车组;具有自行升降、旋转或与站场地面配合转动的驼背运输车等等。“轨道车辆未来的一系列发展可谓日新月异,我们也将顺应时代发展,继续完善数据库,不断攻克难关,创新技术。”

    为积累车辆在各种环境下的运行数据,北交大教授和学生们的脚步遍布大江南北。任尊松教授说:“在评估车辆疲劳可靠性的工作中,我们要求师生必须亲临实地线路,全程跟踪研究、测试,以更客观地积累总结数据成果,形成数据库。”就这样,教授们带着一批又一批学生们跋山涉水,昼夜不分地忙碌在京广、京沪、京哈、胶济、遂渝等全国各提速和客运专线上,完成了数十万公里200至350km/h等级高速动车组的试验研究和疲劳可靠性评估。

学生实习合影

     除了在国内通宵达旦地做实验,团队还要赴万里之外的国家作评估。任教授说:“我国高铁在国际上‘火力全开’,辐射到了多个国家,在欧洲、美洲也占有一席之地。因为所有由我国设计的、出口的车辆都要做评估,所以车卖到哪儿,我们教师和学生就要去哪儿。” 虽然国际上有不少高校也设置了车辆工程专业,理论研究不错,但由于种种客观条件的限制,使得他们没条件为车辆做评估。

    任教授去英国高校考察时发现:“那儿有教授对动力学和结构强度颇有造诣,但因为实验室的规模容量小,人员零散,研究分工又太细,难成体系,不能像我们这样去进行大规模的、系统的测试。” 比起国外的尴尬局面,我国注重实际,兼顾设计和测试,高铁技术发展成熟。

    因先后在全国范围内、甚至在全球多个国家轨道车辆进行了大范围的系统研究,国际铁路非官方组织UIC(国际铁路联盟)拟将在中国高铁运行过程中获得的载荷数据纳入标准。对此任教授难掩自豪之情:“联盟如果有我们实车采集的数据,会使今后设计的转向架可靠性更高。”

   卓越工程师循轨而上

     对于人才培养,北交大车辆工程提出“面向世界,面向未来,面向工业界”的方案,培养的是“轨道车辆卓越工程师”。刘志明教授如数家珍:“学生首先要培养一种素质——工程素质;同时还要拥有两大类知识——基础知识与轨道车辆设计制造及运用专门知识;更应该具备三大能力——专业表达能力,工程实践能力,国际视野和团队合作能力。” 也因此,北交大车辆工程的毕业生几乎都是能承担轨道交通车辆设计制造、技术开发和应用研究、运行管理等“一条龙服务”的工程技术人才,他们在圈子里有一个响当当的名号——“轨道车辆卓越工程师”。

    车辆工程专业作为北交大的王牌专业,“引无数英雄竞折腰”。对此,任尊松教授颇感欣慰:“我们专业的研究生招生场面火爆,几十个名额往往受到数百个学生的争抢,很多高分的落榜学生心系北交大,坚决不接受其他好学校、好专业的调剂,二战、三战再考,直到得偿所愿才肯罢休。”

    车辆工程专业采用“多对多”模式培养研究生。为保证质量,北交大招收研究生的数量并不算多,也没有采用通常“一名研究生对应一名导师”的做法,而是让所有老师都是学生的导师,所有学生都是导师的学生。任教授介绍道:“开学之初,我们会集中本专业的20余名老师(包括6位教授,7位副教授),向每年招收的20余名研究生和6名左右的博士生详细介绍老师们的情况,比如每位老师的研究方向、特长、优势、学术贡献、性格、联系方式等。学生们可以随时可以找任何老师交流学术问题。每位老师各显神通,学生则师从百家。”

    校企合作又给研究生的培养锦上添花。任教授说:“我们注重通过校企双导师联合的方式培养研究生,导师既有设计动车的专家,也有国家交通领域的管理者,还有企业家。这些导师让大家开阔视野,学生从他们身上可以更多地学习解决实际问题的能力。”

    近年来,学院还频放“大招”,让学生与国际接轨。德国高校教授对高铁原理的研究很有造诣,常来北交大开讲座。而国外的厂家邀请北交大的教授进行学术交流时,学生们也能跟着一起去访问。北交大还开展了美国奥克兰大学2+2联合培养、美国纽约石溪大学3+1+2联合培养、英国西英格兰大学2+2联合培养、德国亚琛工业大学学生互派、法国INSA Lyon 3+2联合培养、澳大利亚卧龙岗大学 2+2联合培养等多个培养项目。“今后,车辆工程专业还将进一步和国外大学密切合作。”刘志明教授说。

 

《华盛顿协议》国际专家参加车辆工程专业认证-动车组维修基地模型考察

    2016年,北京交通大学车辆工程专业还接受了《华盛顿协议》国际专家现场考察。最终,北交大作为中国仅有的两所观摩学校之一,顺利通过了华盛顿协议的工程教育认证,中国也成为国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》的正式会员。这意味着学历在国际上获得认可的北交大车辆工程专业学生,毕业后赴海外就业也将成为可能。当然,他们在国内找一份理想的工作也并非难事。

 

 

                    《大学生》(2017年第4期)