軌道交通裝備模塊化庫建設(shè)的技術(shù)研究

蘇會芳　宋巍　王志海　趙林林

摘要：軌道交通裝備為適應(yīng)現(xiàn)代化市場需求推出了模塊化設(shè)計，模塊化設(shè)計的出現(xiàn)對產(chǎn)品定制化具有重大意義。文章闡述了模塊化的內(nèi)涵，并以B型地鐵為例介紹了模塊化庫的建設(shè)、技術(shù)平臺的開發(fā)及模塊化未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：軌道交通裝備；模塊化設(shè)計；模塊化庫建設(shè)；技術(shù)平臺開發(fā)；產(chǎn)品定制 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U270 文章編號：1009-2374（2017）01-0108-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.053

1 概述

為適應(yīng)現(xiàn)代市場用戶多樣化、小批量多品種的需求和市場全球化競爭的現(xiàn)狀，軌道交通裝備企業(yè)為追求利益最大化就要在保障產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。模塊化設(shè)計作為一種先進(jìn)、高效、優(yōu)化的設(shè)計技術(shù)受到廣泛關(guān)注。

2 模塊化的內(nèi)涵

模塊化是一種將復(fù)雜系統(tǒng)分解成為可單獨管理的模塊的方式，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，模塊是可組合、分解和更換的單元。多部件的區(qū)域集成初步構(gòu)成了模塊化技術(shù)的基礎(chǔ)，模塊化技術(shù)是把主體件和相近位置的部件合并為一個“主動安裝模塊”，原本分散、聯(lián)結(jié)的部件先集中安裝在同一構(gòu)架上，并在此構(gòu)架上完成彼此之間的聯(lián)結(jié)。模塊的組成可以在敞開的環(huán)境中進(jìn)行，避免在車體底架或車內(nèi)狹小的空間內(nèi)進(jìn)行操作的諸多不便，大大降低了勞動強(qiáng)度，并且多個模塊和車體主架構(gòu)同時進(jìn)行組裝，很大程度上提高了工作效率。不僅如此，模塊化整合后安裝還便于故障的快速維修，節(jié)省維修時間。

基于以上需求和現(xiàn)狀，為提高產(chǎn)品的設(shè)計效率，建立基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的模塊化庫是必然趨勢。

3 模塊化庫的建設(shè)

通常城軌地鐵的設(shè)計程序按照車體車端、牽引和輔助供電、內(nèi)裝、設(shè)備、行走裝置等幾大總體部類劃分，各部類再分工逐級進(jìn)行小部類的細(xì)節(jié)設(shè)計。同樣制造裝配過程也參照設(shè)計的分類劃分，首先完成整個車體的制造，再依次將電氣布置、內(nèi)裝設(shè)備布置、行走裝置布置等幾大部類的所屬部件排序安裝，構(gòu)成完整的車輛。

建設(shè)模塊化庫的目的是將定型的、成熟的結(jié)構(gòu)或接口關(guān)系模塊化，存儲到模塊知識庫里，在產(chǎn)品設(shè)計過程中可以直接調(diào)用相應(yīng)的模塊，以提高設(shè)計效率和正確率。基于以上考慮，模塊化庫的建設(shè)需要完成的工作有定制產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、繪制模塊及接口關(guān)系模型、編制模塊使用說明、模塊的編碼等。

3.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹

以B型地鐵為例，在傳統(tǒng)設(shè)計劃分的基礎(chǔ)上進(jìn)行了區(qū)域劃分，如車體組成、車端跨接系統(tǒng)安裝、貫通道安裝、客室內(nèi)部安裝、司機(jī)室布置、車上電氣布置、車下電氣布置、車頂電氣布置、轉(zhuǎn)向架及制動系統(tǒng)安裝、空調(diào)采暖系統(tǒng)、車門布置、車窗布置和設(shè)備布置。針對城軌城鐵層次化、模塊化特點建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，如圖1

所示：

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹梳理出各相應(yīng)部位的模塊化清單，見表1所示，按照模塊的類型可以分為固定模塊、可變模塊和參數(shù)化模塊。固定模塊是指模塊的大小、結(jié)構(gòu)和接口關(guān)系都固定不變的模塊，例如地板型材、座椅骨架等；可變模塊是指模型和接口可以根據(jù)車型及安裝環(huán)境變化的模塊，例如客室布置中的邊頂板和立罩板安裝等；參數(shù)化模塊是指接口不變，模型大小可以通過變化參數(shù)來調(diào)整，例如地板、車窗、車門的安裝等。

3.2 梳理模塊及接口關(guān)系模型

對每個模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行合理化工作，整理模塊及其接口模型，包括對模塊的命名和編碼、編寫模塊使用說明文件及采購技術(shù)規(guī)范要求統(tǒng)一的模板等。模塊化創(chuàng)新關(guān)鍵在于接口設(shè)計和界面管理，使用戶能夠根據(jù)需要快速和接口實現(xiàn)連接和組裝。以立罩板與側(cè)墻板的接口關(guān)系為例，立罩板與側(cè)墻板為獨立安裝結(jié)構(gòu)，立罩板可以獨立拆裝，不影響側(cè)墻板的安裝，如圖2所示：

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹和模塊化清單梳理出模塊及接口關(guān)系模型后，將相應(yīng)的使用說明文件和技術(shù)規(guī)范一并存入模塊化知識庫，便于設(shè)計引用和模型管理。

3.3 模塊的編碼

模塊編碼是在形成產(chǎn)品模塊化結(jié)構(gòu)樹以及模塊數(shù)據(jù)整理的基礎(chǔ)上，分析確定模塊編碼需要表達(dá)的信息，進(jìn)一步確定每一種編碼信息采用的編碼系統(tǒng)、編碼的碼段、碼段定義域、制定出編碼字典，從而形成模塊的編碼。模塊化編碼規(guī)則如圖3所示。

模塊編碼的制定應(yīng)該遵循以下原則：（1）唯一性：編碼必須唯一的標(biāo)志一個模塊，模塊也只能存在唯一的編碼；（2）完整性：模塊編碼要盡可能完整地表達(dá)模塊信息，要能滿足模塊化設(shè)計與制造全過程的需要，包括模塊的選擇、組合以及模塊化管理等；（3）簡潔性：碼位在滿足需要的前提下應(yīng)盡可能最少；（4）易處理性：要便于計算機(jī)的處理；（5）繼承性：適當(dāng)考慮工廠實際情況，在滿足模塊化設(shè)計需要的前提下，使模塊編碼對產(chǎn)品編號、圖紙編號等原工廠標(biāo)準(zhǔn)的改動最小。編碼在于用規(guī)定的字符來代表復(fù)雜的概念，從而避免文字?jǐn)⑹鏊鶐淼娜唛L和累贅以及概念表達(dá)的多樣性、多義性和非標(biāo)準(zhǔn)化；（6）可擴(kuò)展性：使用者可以根據(jù)自身特點更新編碼定義，編碼系統(tǒng)具有可擴(kuò)

展性。

4 模塊化技術(shù)平臺的開發(fā)

模塊化技術(shù)平臺為模塊化創(chuàng)新提供了開放的平臺，設(shè)計、裝配及運維過程中需要一直遵守并不斷更新、完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，共用一個技術(shù)平臺以一種有效的方式共享技術(shù)語言，完成各系列產(chǎn)品整個生命周期的信息

互通。

模塊化庫平臺是基于Windchill系統(tǒng)、Intralink系統(tǒng)PDM系統(tǒng)和SAP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息共享的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的開發(fā)與建設(shè)。用戶界面如圖4所示。

“互操作性”成為模塊化創(chuàng)新標(biāo)準(zhǔn)體系的核心，模塊化創(chuàng)新的規(guī)則強(qiáng)調(diào)模塊可以在多個平臺和統(tǒng)一平臺的多個系統(tǒng)中通用，實現(xiàn)各系統(tǒng)間的通用性和部件的重復(fù)使用，通過規(guī)定模塊的物理接口和功能界面標(biāo)準(zhǔn)，使之相互配合、協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。

5 車輛模塊化的發(fā)展趨勢

國家軌道交通“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略中指出：“全球化、服務(wù)化、平臺化將成為產(chǎn)業(yè)組織新方式”；軌道交通裝備亟需“打造系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)平臺”。以最少數(shù)量、最低成本、最成熟技術(shù)的模塊搭建組合出適用范圍最廣品種最多的產(chǎn)品，推動軌道交通車輛技術(shù)發(fā)展。

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基金項目：項目編號：P81602。

作者簡介：蘇會芳（1984-），女，中車唐山機(jī)車車輛有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心助理工程師，碩士，研究方向：項目

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（責(zé)任編輯：王 波）