仲崇成 李恒奎 徐剛 張玉琢

摘 ? 要：面向高速列車的多樣化、個性化需求，以某型動車組為例，基于全生命周期設計了高速列車多層驅(qū)動映射系統(tǒng)。將高速列車產(chǎn)品需求貫穿在自頂向下逐級映射的設計過程中，從而實現(xiàn)設計需求、指標的逐層分解，推進整個設計的進程。該系統(tǒng)不僅能解決高速列車不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織和不同模塊的數(shù)據(jù)統(tǒng)一表達，也能支持高速列車需求參數(shù)的自頂向下逐級映射。

關(guān)鍵詞：高速列車 ?需求 ?多層級 ?映射規(guī)則

中圖分類號：TH16 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（b）-0072-02

在高速列車產(chǎn)品研發(fā)設計制造的全生命周期中，需求是產(chǎn)品研發(fā)設計制造的源頭。在傳統(tǒng)的高速列車設計研發(fā)領(lǐng)域中，主要依賴于對經(jīng)驗設計所得的詳細設計模型和物理樣機進行性能及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其研發(fā)的周期長，難以快速響應客戶需求[1-2];并且高速列車由于存在復雜的多層次、多學科、多領(lǐng)域耦合關(guān)系，難以打通需求與方案設計之間的通道，沒有有效的驅(qū)動機制來使需求自頂向下逐層映射[3-4]。如何建立一種不僅能夠適應多樣化、個性化的研發(fā)需求而且能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的自頂向下驅(qū)動設計是一個亟待解決的問題。

因此，本文開發(fā)了一套高速列車產(chǎn)品多層級映射設計系統(tǒng)，以某型高速列車面向需求的多層級驅(qū)動映射設計為例，能有效實現(xiàn)個性化、多樣化高速列車產(chǎn)品的快速、精細化設計。

1 ?多層級驅(qū)動映射過程

面向高速列車主體、關(guān)鍵技術(shù)、旅客等各種個性化、多樣化的需求，在高速列車設計過程中，根據(jù)產(chǎn)品設計過程的不同階段和產(chǎn)品設計屬性分類建立一個產(chǎn)品需求-技術(shù)指標-產(chǎn)品配置模型-設計幾何模型的多級驅(qū)動映射過程如圖1所示。將需求貫穿在自頂向下逐級映射的產(chǎn)品設計模型中。

第一級驅(qū)動以需求參數(shù)為輸入，對其進行采集、聚類、整合等，形成高速列車復雜的需求模型， 由需求分析轉(zhuǎn)化為技術(shù)指標，通過需求與功能和性能之間的映射關(guān)系，推理計算得出產(chǎn)品的技術(shù)指標; 第二級驅(qū)動以技術(shù)指標為輸入，根據(jù)功能、性能約束與結(jié)構(gòu)的映射關(guān)系，驅(qū)動基于各種性能和結(jié)構(gòu)約束推導的結(jié)構(gòu)參數(shù)求解模型，從而得到相應的結(jié)構(gòu)參數(shù);第三級驅(qū)動以結(jié)構(gòu)參數(shù)為輸入，驅(qū)動參數(shù)化三維幾何設計模型，支持下一步相應的仿真分析并進行可視化驗證。

2 ?高速列車需求采集與映射

合理、統(tǒng)一地構(gòu)建高速列車的產(chǎn)品需求模型、技術(shù)指標模型以及產(chǎn)品模型，能夠有效地解決高速列車產(chǎn)品研發(fā)的數(shù)據(jù)一致性表達問題，有助于實現(xiàn)不同設計階段之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和映射，提高產(chǎn)品設計研發(fā)效率。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹是產(chǎn)品設計模型構(gòu)建與管理的核心。每一個階段都有不同的結(jié)構(gòu)樹模型與之相對應，然而目前的缺乏對設計前端特別是需求映射環(huán)節(jié)提供有效支撐?；谛枨蟆⒓夹g(shù)指標、產(chǎn)品配置模型和設計幾何模型之間的映射關(guān)系，將基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的數(shù)據(jù)管理思想延伸到產(chǎn)品研發(fā)前端的需求分析階段，從而實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)的一體化管理思路。元模型是關(guān)于模型的模型，是關(guān)于模型語義、集成和互操作等信息的描述。借鑒元模型建模思想，提出一種基于產(chǎn)品元結(jié)構(gòu)樹的高速列車結(jié)構(gòu)化客戶需求元模型、技術(shù)指標元模型以及產(chǎn)品配置元模型的建模和表達技術(shù)。首先給出產(chǎn)品元結(jié)構(gòu)樹的定義，并建立高速列車產(chǎn)品元結(jié)構(gòu)樹;再以此作為產(chǎn)品需求模型等的載體和核心，構(gòu)建出統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)化需求元模型、技術(shù)指標元模型等。

首先，基于需求元模型，對高速列車進行需求采集，可以通過輸入核心需求（最高運營速度、路網(wǎng)類型、載客量、運營環(huán)境等）進行映射得到需求元模型實例。在采集好的需求基礎(chǔ)上將其面向結(jié)構(gòu)樹和子系統(tǒng)進行分解，設計師可根據(jù)客戶需求對需求項數(shù)據(jù)值進行修改。在需求采集完成之后，調(diào)用高速列車映射規(guī)則庫的知識，將需求數(shù)據(jù)實例映射為技術(shù)指標體系實例，最終得到該列車的產(chǎn)品技術(shù)指標。

3 ?高速列車產(chǎn)品配置設計

高速列車從需求到技術(shù)指標、產(chǎn)品配置模型和設計幾何模型的逐層映射，需要建立各階段的映射規(guī)則，并構(gòu)建基于映射規(guī)則驅(qū)動的高速列車設計方法。高速列車客戶需求具有多樣化、個性化特點。需求映射涉及到不同學科之間的交流，借助于設計師的經(jīng)驗和知識來完成，造成了映射的準確性不足，效率不高以及知識積累和重用不夠等問題。針對上述不足，提出一種基于映射規(guī)則驅(qū)動的高速列車產(chǎn)品需求到技術(shù)指標的映射方法，通過結(jié)構(gòu)映射和數(shù)據(jù)映射來實現(xiàn)高效、精準合理的需求映射。

然后將其輸入到后續(xù)的高速列車多層級驅(qū)動映射設計系統(tǒng)進行后續(xù)的產(chǎn)品配置賦值映射設計以及詳細設計，并基于設計知識、實例知識以及映射規(guī)則，得到列車的產(chǎn)品配置模型實例。基于產(chǎn)品配置模型實例進行產(chǎn)品的配置設計以及變型設計，其余承載、走行、動力、其他組份模塊也根據(jù)此過程進行設計。最終基于配置和變型設計的結(jié)果驅(qū)動各個模塊設計幾何模型并進行集成裝配設計，輸出整車三維模型。

最后，將本方法得到的該型號車的設計結(jié)果與企業(yè)現(xiàn)場實際設計中的設計結(jié)果相對比是基本一致的。

4 ?結(jié)語

本文以某型高速列車面向需求的多層級驅(qū)動映射設計為例，利用基于知識的映射規(guī)則，設計了一套高速列車產(chǎn)品多層級映射設計系統(tǒng)，滿足高速列車多層級驅(qū)動映射的工程需求，推進其產(chǎn)品設計進程。但該系統(tǒng)還存在著一定的不足，如在映射規(guī)則的提取方法和技術(shù)指標的分解方法的選擇還需深入研究，從而進一步提高驅(qū)動映射計算的有效性和準確性。

參考文獻

[1] 都青華，邢海英，李瑞淳，等.高速動車組譜系化技術(shù)研究平臺初探[J].蘭州交通大學學報，2014（6）.

[2] 張海柱.面向產(chǎn)品譜系的高速列車轉(zhuǎn)向架定制設計方法研究[D].西南交通大學，2017.

[3] 胡光忠，肖守訥，肖世德，等.機械產(chǎn)品模糊可重構(gòu)設計原理與方法[J].西南交通大學學報，2013， 48（1）.