高速动车组模块化设计方法研究

高速动车组模块化设计方法研究

罗宏亮，霍莹，郭宝

关键字：模块化；参数化；系列化；设计方法

1概述

为了在瞬息万变的市场竞争中取得优势，车辆制造企业一直争取以更广泛的产品多样化、更短的产品交货期、更多的创新设计以及更低的产品价格，提供满足客户需求的个性化定制产品[1]。

本文通过对模块化设计方法的研究，以高速动车组的车内设施系统为实例进行分析，探讨高速动车组产品在总体布局标准化前提下，对不同用户个性定制的系列化动车组大批量、低成本生产的可行性。

2设计方法研究

首先，采用自上而下的设计方法，从对客户需求的走访调研到产品结构的分类，再到对典型产品结构进行分析并划分模块，然后再细化模块并统一、优化接口，最后形成标准化的模块化库；其次，采用自下而上的设计方法，利用形成的模块化库中的各个模块，通过不同的组合方式，重新组建出系列化的部件和产品，用以满足客户需求。设计路线图如下图所示。

图1模块化设计路线图

2.1从上到下的产品分解法

以调研后的用户需求作为设计输入，参照既有成熟的高速动车组列车产品结构整理出初步的系统级结构树，然后各系统并行设计，继续向下分解任务，分解出部位结构树，最后设计人员对各部位进行分解分析，判定出可形成模块的零部件。在每一级的结构树分解后都需要进行专家级评审，以减少后续的大量返工修改。

产品的零部件利用标准化的手段，细化并完善其结构，实现初步的的模块化零部件。然后针对各模块进行归类分组，对同类型的模块，统一其安装方式和接口，以便形成序列化的模块化库，同时利用参数化方式高度凝练各模块，使其可以通过尺寸参数驱动实现同类变形。最后将凝练后的模块加注相关的辅助文件，形成最终的可重复使用的模块，并放置在专门的模块化库中。

2.2自下而上的模块组合法

对比由客户需求整理出的产品结构树，从已经建成的模块化库中提取所需零部件模块并进行甄别和处理，对需要参数化驱动的模块按照既定规格、性能等进行参数驱动定型。紧接着将待用模块重组并建立关联，形成满足用户需求的初级产品，最后整体进行专家评审，经修复完善后即可用于生产最终交付客户的产品。

模块化后的零部件符合标准化、通用性的要求，再注入参数化的手段，就可以更大范围实现产品零部件的直接重用和变形使用，大大减少重复设计的工作量。利用多个模块的不同组合，来实现客户的多样化定制需求。

3实例分析

以高速动车组车内设施系统为例进行分析，并针对其中的车窗部位进行模块化步骤的阐述。

3.1产品结构树分解

高速动车组列车作为一个产品，首先可以分解为系统级，主要包含：车体、牵引及高压、制动、车内设施、转向架、网络、给水卫生司机室等系统。

其中车内设施系统包括车内装饰和车内设备两部分，车内装饰包含：顶板、墙板、地板、地板布、间壁等；车内设备包含：车窗、车门、座椅、行李架、茶桌、垃圾箱、灭火器箱、扶手等。

3.2模块判别及划分

根据高速动车组统型及既有动车组车窗的分析，客室车窗的种类主要为三类：普通车窗、应急逃生窗、信息显示窗。

普通车窗会受列车车内的布局的影响而产生多种规格的车窗，而这些车窗只是外形尺寸方面有所区别，且其安装接口相同，所以“普通车窗”可以形成一个可参数化的模块。

应急逃生窗是带有逃生敲击点的车窗，除满足逃生尺寸要求的要求外，与普通车窗类似，所以也可以形成一个可参数化的模块。

信息显示窗用以在车外显示到站信息等，全列车上每辆车都完全相同，所以可以形成一个固定模块。

3.3模块细化完善

首先对需要参数驱动的车窗模块利用相关软件建立对应参数，使其可以通过改变模块参数来修改外形尺寸以满足新车型的要求，然后给车窗模块关联相关的技术文件，如技术规范、用户文件等，并编写模块说明文件，介绍模块性能参数、所适用的范围等，以便后续选取。

3.4模块入库

建立一个专门的模块化库存放平台，并关联相应的设计软件，能够使设计者在需要调用相应模块时能够快速调取，并将其添加到自己的设计产品中。

3.5模块重组

待模块化库建好后，就可以通过存放平台根据实际需求不断扩充并完善模块化库。当接到客户的定制要求后，就可以根据总体的列车布局中车窗的布置，从模块化库中选出车窗模块（对需要变形的车窗，驱动对应参数形成所需求的车窗部件；对不需变形的车窗，直接调用）安装到对应的车体窗口处，组合出整车的车窗部位图。

4结束语

模块化具有标准化和系列化的特征，因为模块具有很强的通用性，而且满足系统多样化的要求[2]。

本文通过对模块化的设计方法进行深入探讨，结合高速动车组零部件模块化过程的实际应用，详细阐述了一种可行的实现高速动车组系列化、多元化的快速设计流程路线，为动车组制造企业以低成本、高效率生产出用户定制的动车组产品提供了参考。

参考文献：

[1]樊蓓蓓，祁国宁，俞淘.基于网络分析法的模块化产品平台中零部件模块通用性分析[J].计算机集成制造系统，2013（5）：918-925.

[2]董锡明.机车车辆维修性与标准化、系列化、模块化[J].铁道机车车辆，2005（1）：49-56.