轨道交通装备模块化库建设的技术研究

苏会芳　宋巍　王志海　赵林林

摘要：轨道交通装备为适应现代化市场需求推出了模块化设计，模块化设计的出现对产品定制化具有重大意义。文章阐述了模块化的内涵，并以B型地铁为例介绍了模块化库的建设、技术平台的开发及模块化未来的发展趋势。

关键词：轨道交通装备；模块化设计；模块化库建设；技术平台开发；产品定制 文献标识码：A

中图分类号：U270 文章编号：1009-2374（2017）01-0108-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.053

1 概述

为适应现代市场用户多样化、小批量多品种的需求和市场全球化竞争的现状，轨道交通装备企业为追求利益最大化就要在保障产品质量的前提下，提高生产效率、降低生产成本。模块化设计作为一种先进、高效、优化的设计技术受到广泛关注。

2 模块化的内涵

模块化是一种将复杂系统分解成为可单独管理的模块的方式，在系统的结构中，模块是可组合、分解和更换的单元。多部件的区域集成初步构成了模块化技术的基础，模块化技术是把主体件和相近位置的部件合并为一个“主动安装模块”，原本分散、联结的部件先集中安装在同一构架上，并在此构架上完成彼此之间的联结。模块的组成可以在敞开的环境中进行，避免在车体底架或车内狭小的空间内进行操作的诸多不便，大大降低了劳动强度，并且多个模块和车体主架构同时进行组装，很大程度上提高了工作效率。不仅如此，模块化整合后安装还便于故障的快速维修，节省维修时间。

基于以上需求和现状，为提高产品的设计效率，建立基于标准化、模块化的模块化库是必然趋势。

3 模块化库的建设

通常城轨地铁的设计程序按照车体车端、牵引和辅助供电、内装、设备、行走装置等几大总体部类划分，各部类再分工逐级进行小部类的细节设计。同样制造装配过程也参照设计的分类划分，首先完成整个车体的制造，再依次将电气布置、内装设备布置、行走装置布置等几大部类的所属部件排序安装，构成完整的车辆。

建设模块化库的目的是将定型的、成熟的结构或接口关系模块化，存储到模块知识库里，在产品设计过程中可以直接调用相应的模块，以提高设计效率和正确率。基于以上考虑，模块化库的建设需要完成的工作有定制产品结构树、绘制模块及接口关系模型、编制模块使用说明、模块的编码等。

3.1 产品结构树

以B型地铁为例，在傳统设计划分的基础上进行了区域划分，如车体组成、车端跨接系统安装、贯通道安装、客室内部安装、司机室布置、车上电气布置、车下电气布置、车顶电气布置、转向架及制动系统安装、空调采暖系统、车门布置、车窗布置和设备布置。针对城轨城铁层次化、模块化特点建立产品结构树，如图1

所示：

根据产品结构树梳理出各相应部位的模块化清单，见表1所示，按照模块的类型可以分为固定模块、可变模块和参数化模块。固定模块是指模块的大小、结构和接口关系都固定不变的模块，例如地板型材、座椅骨架等；可变模块是指模型和接口可以根据车型及安装环境变化的模块，例如客室布置中的边顶板和立罩板安装等；参数化模块是指接口不变，模型大小可以通过变化参数来调整，例如地板、车窗、车门的安装等。

3.2 梳理模块及接口关系模型

对每个模块数据进行合理化工作，整理模块及其接口模型，包括对模块的命名和编码、编写模块使用说明文件及采购技术规范要求统一的模板等。模块化创新关键在于接口设计和界面管理，使用户能够根据需要快速和接口实现连接和组装。以立罩板与侧墙板的接口关系为例，立罩板与侧墙板为独立安装结构，立罩板可以独立拆装，不影响侧墙板的安装，如图2所示：

根据产品结构树和模块化清单梳理出模块及接口关系模型后，将相应的使用说明文件和技术规范一并存入模块化知识库，便于设计引用和模型管理。

3.3 模块的编码

模块编码是在形成产品模块化结构树以及模块数据整理的基础上，分析确定模块编码需要表达的信息，进一步确定每一种编码信息采用的编码系统、编码的码段、码段定义域、制定出编码字典，从而形成模块的编码。模块化编码规则如图3所示。

模块编码的制定应该遵循以下原则：（1）唯一性：编码必须唯一的标志一个模块，模块也只能存在唯一的编码；（2）完整性：模块编码要尽可能完整地表达模块信息，要能满足模块化设计与制造全过程的需要，包括模块的选择、组合以及模块化管理等；（3）简洁性：码位在满足需要的前提下应尽可能最少；（4）易处理性：要便于计算机的处理；（5）继承性：适当考虑工厂实际情况，在满足模块化设计需要的前提下，使模块编码对产品编号、图纸编号等原工厂标准的改动最小。编码在于用规定的字符来代表复杂的概念，从而避免文字叙述所带来的冗长和累赘以及概念表达的多样性、多义性和非标准化；（6）可扩展性：使用者可以根据自身特点更新编码定义，编码系统具有可扩

展性。

4 模块化技术平台的开发

模块化技术平台为模块化创新提供了开放的平台，设计、装配及运维过程中需要一直遵守并不断更新、完善的标准体系，共用一个技术平台以一种有效的方式共享技术语言，完成各系列产品整个生命周期的信息

互通。

模块化库平台是基于Windchill系统、Intralink系统PDM系统和SAP系统的数据信息共享的基础上所进行的开发与建设。用户界面如图4所示。

“互操作性”成为模块化创新标准体系的核心，模块化创新的规则强调模块可以在多个平台和统一平台的多个系统中通用，实现各系统间的通用性和部件的重复使用，通过规定模块的物理接口和功能界面标准，使之相互配合、协调运转。

5 车辆模块化的发展趋势

国家轨道交通“十三五”发展战略中指出：“全球化、服务化、平台化将成为产业组织新方式”；轨道交通装备亟需“打造系列化、模块化、标准化的产品结构和技术平台”。以最少数量、最低成本、最成熟技术的模块搭建组合出适用范围最广品种最多的产品，推动轨道交通车辆技术发展。

参考文献

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南交通大学出版社，2009.

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国工业经济，2005，（3）.

[3] 张永华.技术与应用：模块化技术在动车组的运用

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[4] 严隽髦，傅茂海.车辆工程[M].北京：中国铁道出

版社，2009.

基金项目：项目编号：P81602。

作者简介：苏会芳（1984-），女，中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心助理工程师，硕士，研究方向：项目

管理。

（责任编辑：王 波）