高速列車總體編組布局方案設計系統研制

都青華，錢一山

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高速列車總體編組布局方案設計系統研制

都青華1，錢一山2

（1.中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062；2.西南交通大學 機械工程學院，四川 成都 610031）

將基于實例模板的設計思想引入到高速列車的總體編組布局設計中，并研制了基于實例模板的動車組總體編組布局設計系統。首先建立高速列車總體編組布局設計實例的模板，然后開發高速列車總體編組布局設計系統，在系統中基于模板實例，采用可視化交互技術，實現高速列車總體編組布局的快速定制，最后以某型高速列車的總體編組布局設計為例驗證該系統的正確性和快速定制方法的可行性。

高速列車；總體設計；編組布局

隨著世界高速鐵路的快速發展和市場需求的多樣化、個性化發展，對現有的高速列車研發模式提出了挑戰[1]。為了適應復雜多變的市場需求，需要新的設計方法[2]來不斷提高高速列車的研發效率，縮短研發周期。運用既有成熟的高速列車總體編組布局設計經驗和實例知識，形成一套快速響應市場變化和個性化需求的高速列車總體編組布局方案設計系統成為一個重要的手段。

總體方案設計是新產品設計的核心首要環節，在高速列車總體設計中，編組布局方案設計的主要任務是確定列車編組方式、定員、車種，平面布局方案（包括車內、車頂和車下）以及車體斷面設計等，為后續設計提供設計參數及接口等[3]。在現有的高速列車總體設計領域中，主流方法是依賴設計者的專業知識和經驗不斷進行手工調整，設計效率低下[4-6]。

本文將基于實例模板的設計思想引入到高速列車的總體編組布局設計中，并提出基于實例模板的動車組總體編組布局設計的實現方法。首先建立高速列車總體編組布局設計實例模板，然后進行高速列車總體編組布局設計系統的開發，最后以某型高速列車的總體編組布局設計為例驗證該系統的正確性和基于實例模板的快速定制方法的可行性。

1 總體編組布局方案設計模板構建

根據CRH3A、CRH380B和中國標準動車組等實例的平面布置方案，分別對編組形式、車內、車下和車頂設備進行分析，如表1所示。

表1 總體布局方案設計中的要素

由表1可知，分五種類型進行布置。車內布置分頭車布置C（動/拖）、帶變壓器的拖車布置P、中間動車（拖）布置Z、中間餐吧車布置B、帶殘疾人衛生間的中間車布置（動/拖）H；車底布置車種分M、T、P三種模板；平面布置編組車種分C、P、Z、H、B五種模板。各車模板可編輯參數：車輛定距、車門寬度、車體寬度、車體高度、客室座椅布局長度、一位端距離、二位端距離、車門與車體中心距離。

各個信息存儲模板表中包含：

（1）編組方式：ID、編組數量、列車定員信息、動拖比、編組形式、車型代號、各車定員、列車編組圖片、備注等；

（2）車內、車頂、車下設備：ID、名稱、設備圖片、備注等；

（3）平面布置編組模板車型（包括實例）：ID、模板名稱、設備（包括車頂、車上）、車輛定距、車門寬度、車體寬度、車體高度、座椅間距、客室座椅布局長度、一位端距離、二位端距離、車門與車體中心距離、車內和車上布置圖、備注等；

（4）車底布置模板車型（包括實例）：ID、模板名稱、車下設備、車下布置圖、備注等；

（5）車體外輪廓模板（包括實例）：ID、模板名稱、車體高度、車體寬度、斷面圖紙、斷面離散點、備注等。

（6）列車總裝骨架：ID、模板名稱、骨架模型、編組數量、車輛定距、車門寬度、車體寬度、車體高度、客室座椅布局長度、一位端距離、二位端距離、車門與車體中心距離、備注等。

2 總體編組布局快速定制設計方案

方案設計如圖1所示。

圖1 總體編組布局快速定制設計方案

布局模塊主要包括編組方式確定、座席安排、車內車頂布置、車下設備布置、車體斷面圖設計等，輸入為編組數量、動拖比、座席需求等，輸出主要是平面布局方案圖、車體斷面圖、整車裝配骨架及各組份模塊裝配接口等。

以CRH3A為例進行具體說明如下。

（1）編組方式

輸入參數。從訂單的相應技術指標實例得到。列車編組8輛，動拖比4M4T，定員614人，座席需求為一等座席（2＋2）、二等座席（2＋3）。

輸出參數。編組形式：MC01＋TP02＋M03＋TH04＋TB05＋M06＋TP07＋MC08；車型代號：ZY＋ZE＋ZE＋ZE＋ZEC＋ZE＋ZE＋ZE；定員：48＋90＋90＋77（＋1殘）＋63＋90＋90＋65；整列定員：一等車定員48人、二等車定員565人。

輸出到平面布置模塊的參數：MC01-48為一等座席、MC08-65、TP02/07-90、M03/06-90、TB05-63和TH04-77為二等座席。模塊設計效果圖如圖2所示，要求最后輸出參數和效果圖保存到數據庫。

圖2 編組模塊設計效果圖

（2）平面布置

輸入參數：MC01-48為一等座席、MC08-65、TP02/07-90、M03/06-90、TB05-63和TH04-77為二等座席。

調用：車上布置C、P、Z、B、H車模板，車下布置調用M、T、P車模板（要求根據輸入參數生成基本編組布局模板，可以在初始模板的約束下對座椅位置和設備位置調整、添加、刪除）。

輸出參數：MC01、MC08、TP02/07（圖3）、M03/06和TB05車的平面布置圖及主要布局參數、TH04車平面布置圖、主要布局參數及總布局方案圖（要求保存編組布局方案圖，輸出主要布局參數到列車總裝骨架中）。MC/TP車下設備布置如圖4所示。

圖3 TP車平面布置圖

3 總體編組布局方案設計系統開發及驗證

（1）系統開發背景及運行環境

高速列車總體編組布局方案設計系統是在Windows 7 32位操作系統下應用，三維軟件設計平臺采用CATIA V5R21，二次開發應用CAA V5R21 對應的程序語言Microsoft Visual Studio 2008 C++。前臺定制界面流程應用Microsoft Visual Studio 2008 C#語言編制。后臺數據庫采用Microsoft SQL Server 2005作為數據庫管理軟件。因此，本系統軟件的編制主要是前臺界面定制、后臺數據庫、三維模型參數化三大部分的開發內容。

圖4 MC/TP車下設備布置圖

（2）功能設計及實現

根據技術指標確定列車編組方式，可對車輛型式、車種、定員進行編輯。列車編組界面如圖5所示。

根據列車編組方式，確定列車平面布置。單擊[編組方式]中[平面布局]按鈕打開窗口。可對每一輛車內的設備、座椅等進行編輯和查看。

根據列車編組、車內、車下、車頂的設備布置，確定列車編組布置圖和列車總裝骨架以及各個車輛型式的裝配骨架。

（3）系統應用驗證

以CRH3A的設計輸入為例進行系統的應用驗證，通過高速列車總體編組布局方案設計系統得到最終的編組布局方案。

4 結語

將基于實例模板思想引入到高速列車總體編組布局方案設計領域，研制一套高速列車總體編組布局方案設計系統。在分析高速列車總體編組布局設計要素的基礎上，構建高速列車總體編組布局方案設計模板，提出基于實例模板的高速列車總體編組布局方案定制設計流程，然后基于VS 2008和SQL Server開發了高速列車總體編組布局方案設計系統，最后以CRH3A總體編組布局方案設計為實例驗證開發系統的正確性和可行性，證明所提出方法的有效性。

圖5 列車編組

[1]張海柱，黎榮，鄒益勝，等. 基于實例推理的高速動車組總體方案設計[J]. 制造業自動化，2015（16）：113-116.

[2]張國欣，王宏宇，李松，等. 基于Pro/E的貨車側架模具快速設計與制造研究[J]. 機械，2013, 40（12）：39-41.

[3]張衛華. 動車組總體與轉向架[M]. 北京：中國鐵道出版社，2011.

[4]高春宏，屈海洋. 城市軌道交通車輛總體設計研究[J]. 城市軌道交通研究，2009（11）：44-48.

[5]呂志龍，林文君，李耘蘢，等. 通勤動車組車輛總體設計研究[J]. 電力機車與城軌車輛，2013，36（1）：30-33.

[6]丁叁叁，張忠敏，何丹爐，等. 城際動車組總體技術設計[J]. 機車電傳動，2014（6）：5.

Case-Based Reasoning Design of High-Speed EMU Overall Scheme

DU Qinghua1，QIAN Yishan2

( 1.CRRC Changchun Railway Vehicles Co., Ltd., Changchun 130062,China; 2.School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University,Sichuan 610031,China)

The design idea based on instance template is introduced into the overall marshalling and layout design of high-speed train, and the overall marshalling and layout design system of EMU based on instance template is developed in this paper. Firstly, a instance template for the overall marshalling and layout design of the high-speed train is established. Then, the overall marshalling and layout design system of the high-speed train is developed. In the system, the visual interactive technology is used to achieve the rapid customization of overall marshalling and layout of the high-speed train based on the template examples. Finally, the overall marshalling and layout design of a type of high-speed train is taken as an example to verify the correctness of the system and the feasibility of the rapid customization method.

high-speed train；overall design；marshalling and layout

U292.8

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.02.003

1006－0316 (2018) 02－0010－05

2017－06－05

國家重點研發計劃先進軌道交通重點專項（2016YFB1200506）

都青華（1980－），男，山東煙臺人，碩士，高級工程師，主要研究方向為軌道車輛。