城軌車輛車體模塊化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

景鳳斌 閻帥 關(guān)顯濤 邢淑梅 郭柏齡

摘要：當(dāng)前我國城軌車輛車體模塊化的設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)展的比較完善，但是其在實(shí)際應(yīng)用過程中也遇到了許多問題，本文就對(duì)城軌車輛車體模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并對(duì)在應(yīng)用過程中遇到的問題提供的一些解決方法。同時(shí)，也對(duì)我國車體模塊化的設(shè)計(jì)方向提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：城軌車輛；車體；模塊化；模塊技術(shù)研究

引言

經(jīng)過幾年的發(fā)展，當(dāng)前我國城軌車輛的產(chǎn)品已經(jīng)逐漸成熟。國內(nèi)外的車輛供應(yīng)商都建立起一個(gè)通用性好且適應(yīng)于本公司發(fā)展的平臺(tái)。為了進(jìn)一步提升企業(yè)產(chǎn)品的差異性、提高企業(yè)生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量等，當(dāng)前許多企業(yè)都在進(jìn)行車輛產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)。本文就研究了相關(guān)的技術(shù)。

一、當(dāng)前車體模塊化技術(shù)存在的問題

（1）當(dāng)前存在雖然有模塊化設(shè)計(jì)的理念，卻沒有研究出標(biāo)準(zhǔn)化的車體模塊產(chǎn)品的問題。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，每一個(gè)項(xiàng)目的產(chǎn)品都是獨(dú)立的圖樣和文件設(shè)計(jì)，并且項(xiàng)目間可以相互參考。但是在實(shí)際操作過程中，不同項(xiàng)目的車體的使用條件和安裝方法都有差異，如果在設(shè)計(jì)或安裝時(shí)的相關(guān)設(shè)計(jì)和操作存在錯(cuò)誤，就會(huì)使產(chǎn)品出現(xiàn)問題。而出現(xiàn)錯(cuò)誤的產(chǎn)品又可能被之后的產(chǎn)品借鑒，從而導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)鏈都會(huì)出現(xiàn)失誤。不僅如此，制造過程中的車體設(shè)計(jì)沒有真正達(dá)到模塊化的標(biāo)準(zhǔn)組合，從而無法滿足客戶的需要。

（2）雖然有平臺(tái)車型，但是卻缺少可以直接調(diào)用的車體模塊庫。當(dāng)前的設(shè)備安裝接口沒有一個(gè)統(tǒng)一的模型，雖然整體上的尺寸和規(guī)格大致相同，但是內(nèi)部存在差異化的細(xì)節(jié)，從而導(dǎo)致能夠直接使用的零部件非常少。這也就會(huì)造成設(shè)計(jì)師常常陷入重復(fù)勞動(dòng)的情況，也不利于系統(tǒng)集成能力的提高。因此，沒有建立起一個(gè)完善的模塊化編號(hào)規(guī)則和模塊庫管理系統(tǒng)，就不利于相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)。

二、車體模塊化設(shè)計(jì)實(shí)施策略

模塊化能夠通過一些手段將復(fù)雜的系統(tǒng)分成簡(jiǎn)單的幾個(gè)系統(tǒng)，然后再通過標(biāo)準(zhǔn)的接口將每個(gè)獨(dú)立的模塊都進(jìn)行結(jié)合。而車體模塊化的設(shè)計(jì)就是通過對(duì)車體產(chǎn)品進(jìn)行合理的模塊分化，然后再對(duì)每一個(gè)車體的子結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，然后再將車體子部件結(jié)構(gòu)和接口進(jìn)行固化。而要想提高車體模塊化的設(shè)計(jì)質(zhì)量，相關(guān)人員就應(yīng)該同時(shí)面向設(shè)計(jì)制造。

2.1一體設(shè)計(jì)

因?yàn)槟K化的產(chǎn)品具有互換性、組合性、獨(dú)立性和通用性。這就決定了模塊化設(shè)計(jì)的性質(zhì)。車體的模塊化設(shè)計(jì)主要是依托成熟的平臺(tái)化車型，然后再用標(biāo)準(zhǔn)化的平臺(tái)車型為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，再簡(jiǎn)化相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)從而減少車體子模塊的相關(guān)部件，最后再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的車體設(shè)計(jì)和固化子模塊間的連接頁面。因此，要想使上述環(huán)節(jié)都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，就是要將系列化、平臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)統(tǒng)化進(jìn)行統(tǒng)一。

2.2面向智能化的制造

在制造業(yè)中融合智能化的技術(shù)是保證它能夠發(fā)展的更好的動(dòng)力。而作為公司的智能化框架結(jié)構(gòu)的五大平臺(tái)之一的產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)就對(duì)公司的發(fā)展起著非常重要的作用。但是，該系統(tǒng)還存在一些問題，它目前還缺少有關(guān)制造的相關(guān)設(shè)計(jì)。因此，要想使車體模塊化的設(shè)計(jì)面向制造方面，就應(yīng)該根據(jù)相關(guān)的要求進(jìn)行模塊的劃分和管理。

三、車體模塊化設(shè)計(jì)

3.1車體模塊的劃分

在進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的過程中，模塊的劃分是非常重要的基礎(chǔ)工作。而在進(jìn)行模塊劃分時(shí)要遵守獨(dú)立性、典型性、適中性以及可擴(kuò)展性等。不僅如此，還應(yīng)該考慮到模塊的使用次數(shù)和程度的等因素。

首先應(yīng)該提升模塊的使用率和效率，并且要根據(jù)相關(guān)的信息構(gòu)建出一個(gè)模塊架構(gòu)體系。除此之外，還應(yīng)該根據(jù)相關(guān)部件的特點(diǎn)和可固化程度等因素，對(duì)部件的可模塊化程度進(jìn)行分析和分類，從而確定模塊劃分的結(jié)構(gòu)。不僅如此，還應(yīng)該保證車體子模塊要盡量大，但是數(shù)量應(yīng)該盡可能的少。并且還應(yīng)該將工藝生產(chǎn)過程中的步驟都對(duì)應(yīng)相關(guān)的子模塊。然而如果子模塊的數(shù)量變多，那么也應(yīng)該根據(jù)相關(guān)原則進(jìn)行再劃分。同時(shí)也應(yīng)該保證同一功能的模塊界面的接口必須是統(tǒng)一的，并且接口及相關(guān)的參數(shù)都應(yīng)該進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)定，從而有利于形成系列的產(chǎn)品。最后，在對(duì)待現(xiàn)有的簡(jiǎn)統(tǒng)化的成果時(shí)，應(yīng)該根據(jù)模塊劃分的原則和要求進(jìn)行組合或分開。

3.2模塊連接方式固化

車體的子模塊之間可以通過焊接的形式進(jìn)行連接，但是它受焊縫的分布、焊接接頭的設(shè)計(jì)以及工藝的調(diào)節(jié)量等影響。在進(jìn)行城軌車體的一級(jí)子模塊主要采用搭接接頭的方法，并且它還需要比較大的調(diào)節(jié)量。而二級(jí)和三級(jí)的子模塊主要是通過對(duì)接接頭的方法，并且也應(yīng)該注意焊縫的應(yīng)力狀態(tài)的情況。

3.3設(shè)備安裝接口簡(jiǎn)統(tǒng)化設(shè)計(jì)

各種各樣的車載設(shè)備都主要安裝在車體內(nèi)，而將設(shè)備的安裝接口進(jìn)行最大化的統(tǒng)一就是進(jìn)行車體模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。轉(zhuǎn)向架、車鉤以及空調(diào)等系統(tǒng)連接形式比較簡(jiǎn)單。但是制動(dòng)管路、車載布線以及相關(guān)系統(tǒng)等在車體上覆蓋面比較大，接口的形式也比較多樣，那么進(jìn)行接口簡(jiǎn)統(tǒng)化的設(shè)計(jì)就是需要對(duì)接口形式比較復(fù)雜的進(jìn)行簡(jiǎn)化。

因此，在進(jìn)行安裝座時(shí)就應(yīng)該進(jìn)行集成化的設(shè)計(jì)，以便于滿足不同系統(tǒng)的設(shè)備安裝。不僅如此，要對(duì)功能相同的設(shè)備的安裝接口和方式進(jìn)行統(tǒng)一，而對(duì)接口不同的部分應(yīng)該進(jìn)行接口方式的優(yōu)化。

3.4車體子模塊工程化設(shè)計(jì)

相關(guān)人員應(yīng)該將車體子模塊的三維模型和模塊化產(chǎn)品圖樣進(jìn)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。并且要將三維模型進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動(dòng)建模的方法，這樣有利于系列化的設(shè)計(jì)。同時(shí)，模塊化產(chǎn)品的圖樣也應(yīng)該準(zhǔn)確表達(dá)出相關(guān)的焊接要求，將每條焊縫的質(zhì)量等級(jí)和要求以及相關(guān)技術(shù)要求和安裝需要都準(zhǔn)確的表達(dá)出來。這樣有利于安裝人員在安裝時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確的安裝，從而加強(qiáng)了車體子模塊工程化的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

結(jié)束語

由于近幾年科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，我國城軌車輛平臺(tái)車模塊化設(shè)計(jì)已經(jīng)積累了許多經(jīng)驗(yàn)和方法，但是如何將模塊化設(shè)計(jì)更好地應(yīng)用在車體產(chǎn)品平臺(tái)上仍是相關(guān)人員思考的問題。而要想更好的發(fā)展相關(guān)技術(shù)，相關(guān)人員就需要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，尤其是要科學(xué)合理的規(guī)劃項(xiàng)目設(shè)備接口的簡(jiǎn)統(tǒng)化安裝。不僅如此，車體模塊化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性對(duì)以后車輛的模塊化設(shè)計(jì)都有著非常重要的作用，如果在之前車體模塊化的設(shè)計(jì)過程中存在失誤，也會(huì)對(duì)以后的模塊化設(shè)計(jì)造成一定影響。因此，相關(guān)部門和人員就應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)城軌車輛產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量，不斷使它發(fā)展完善。

參考文獻(xiàn)

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[2]辛成瑤，張永.地鐵車輛車體及內(nèi)飾方案研究[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2008（02）：8-11.

（作者單位：中車大連機(jī)車車輛有限公司城軌技術(shù)開發(fā)部）