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原文传递面向产品谱系的高速列车转向架定制设计方法研究

论文题名：	面向产品谱系的高速列车转向架定制设计方法研究
关键词：	高速列车;转向架;定制设计;产品谱系
摘要：	转向架是高速列车最重要的核心组成部件，其设计的合理性直接影响高速列车的运行品质与安全性。随着高速列车技术水平和市场需求个性化、多样化发展，高速列车转向架不仅呈现出纵向的单一代系关系，而且开始向横向的多元化发展，将会形成庞大的产品谱系，对现有的高速列车转向架研发模式提出了挑战;同时高速列车转向架设计知识的积累与重用不足，导致设计反复和修改过程中存在大量的重复工作，使研发的效率低下。针对上述问题，需要不断提高高速列车转向架的研发效率来适应复杂多变的市场需求，因此本文开展面向产品谱系的高速列车转向架定制设计方法研究，其核心问题是在构建高速列车转向架产品谱系的基础上，运用这个谱系来加速转向架的研发过程，即在给定一个需求条件如运用环境等前提下，选择已有的谱系节点进行继承与设计变更，选择相应的设计工具来支持新产品的研发过程。本文从谱系构建、定制设计关键技术方法和原型系统开发验证三个方面进行高速列车转向架研究，主要的研究内容如下: 　　(1)高速列车转向架产品谱系构建　　在高速列车转向架产品共性技术和适应性技术特征分析的基础上，借鉴谱系生物遗传学定义，给出产品谱系的定义，并明确与其密切相关概念之间的区别与联系。基于谱系学的思想，提出产品谱系的构建与描述方法。从高速列车转向架产品需求谱系、演化谱系和特征谱系三个维度构建高速列车转向架谱系信息图表。　　(2)面向产品谱系的高速列车转向架产品元模型构建　　在高速列车转向架产品谱系构建的基础上，给出产品元模型定义及建模流程;建立高速列车转向架的设计空间，分析提取高速列车转向架及其模块元模型的各领域属性参数，构建产品元模型;结合矢量化和阵列化描述数据结构形成高速列车转向架产品元模型的矢量阵列表达;制定基于产品元模型的高速列车转向架定制设计流程。　　(3)高速列车转向架概念设计方案生成　　在基于产品元模型的高速列车转向架定制设计流程建立的基础上，全新定制设计是面向多样化、个性化需求驱动生成其概念设计方案。建立PDS-Behavior-Structure概念设计模型及支持概念设计分析和综合过程的矢量映射工具;以高速列车基础制动装置设计为实例验证面向需求驱动的高速列车转向架概念设计方案生成方法;基于PDS-Behavior-Structure概念设计模型及其分解过程，结合黑箱法，构建高速列车转向架的功能-结构映射分解模型。　　(4)高速列车转向架结构定制设计　　高速列车转向架结构定制设计包括需求映射、配置设计和变型设计等关键步骤。在需求映射阶段需要映射规则支持，提出基于粗糙集理论的高速列车转向架设计知识提取方法，以高速列车转向架动力学性能设计知识提取为例验证方法的正确性和有效性。在配置设计阶段，提出基于产品元模型高速列车转向架的配置设计方法;在变型设计阶段，提出一种面向需求变化的快速有效的寻找设计变更路径的方法，指导产品的变型设计。　　(5)高速列车转向架定制设计原型系统开发与验证　　根据高速列车转向架产品谱系及定制设计关键技术，开发了一套面向产品谱系的高速列车转向架定制设计系统，并在某主机厂的设计研发部门试运行。首先从整个高速列车的谱系设计制造一体化平台技术架构的具体内容开展需求分析，再具体描述高速列车转向架定制设计系统设计方法及其主要的关键技术。最终以某型车转向架的快速设计为例对高速列车转向架的定制设计系统的应用进行实例验证。　　本文的研究表明，面向产品谱系的高速列车转向架定制设计研究不仅完善了高速列车转向架研发设计技术体系，并且实现了高速列车转向架设计知识有效管理以及知识的共享与交流，有助于提升了企业数字化设计与制造管理水平和产品竞争力，缩短设计周期，为快速响应国内外用户多样化、个性化需求提供保障，为高速列车转向架产品研发、数据管理和持续应用提供基础。
作者：	张海柱
专业：	机械制造及其自动化
导师：	阎开印;丁国富
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文