軌道交通裝備模塊化庫建設的技術研究

蘇會芳　宋巍　王志海　趙林林

摘要：軌道交通裝備為適應現代化市場需求推出了模塊化設計，模塊化設計的出現對產品定制化具有重大意義。文章闡述了模塊化的內涵，并以B型地鐵為例介紹了模塊化庫的建設、技術平臺的開發及模塊化未來的發展趨勢。

關鍵詞：軌道交通裝備；模塊化設計；模塊化庫建設；技術平臺開發；產品定制 文獻標識碼：A

中圖分類號：U270 文章編號：1009-2374（2017）01-0108-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.053

1 概述

為適應現代市場用戶多樣化、小批量多品種的需求和市場全球化競爭的現狀，軌道交通裝備企業為追求利益最大化就要在保障產品質量的前提下，提高生產效率、降低生產成本。模塊化設計作為一種先進、高效、優化的設計技術受到廣泛關注。

2 模塊化的內涵

模塊化是一種將復雜系統分解成為可單獨管理的模塊的方式，在系統的結構中，模塊是可組合、分解和更換的單元。多部件的區域集成初步構成了模塊化技術的基礎，模塊化技術是把主體件和相近位置的部件合并為一個“主動安裝模塊”，原本分散、聯結的部件先集中安裝在同一構架上，并在此構架上完成彼此之間的聯結。模塊的組成可以在敞開的環境中進行，避免在車體底架或車內狹小的空間內進行操作的諸多不便，大大降低了勞動強度，并且多個模塊和車體主架構同時進行組裝，很大程度上提高了工作效率。不僅如此，模塊化整合后安裝還便于故障的快速維修，節省維修時間。

基于以上需求和現狀，為提高產品的設計效率，建立基于標準化、模塊化的模塊化庫是必然趨勢。

3 模塊化庫的建設

通常城軌地鐵的設計程序按照車體車端、牽引和輔助供電、內裝、設備、行走裝置等幾大總體部類劃分，各部類再分工逐級進行小部類的細節設計。同樣制造裝配過程也參照設計的分類劃分，首先完成整個車體的制造，再依次將電氣布置、內裝設備布置、行走裝置布置等幾大部類的所屬部件排序安裝，構成完整的車輛。

建設模塊化庫的目的是將定型的、成熟的結構或接口關系模塊化，存儲到模塊知識庫里，在產品設計過程中可以直接調用相應的模塊，以提高設計效率和正確率。基于以上考慮，模塊化庫的建設需要完成的工作有定制產品結構樹、繪制模塊及接口關系模型、編制模塊使用說明、模塊的編碼等。

3.1 產品結構樹

以B型地鐵為例，在傳統設計劃分的基礎上進行了區域劃分，如車體組成、車端跨接系統安裝、貫通道安裝、客室內部安裝、司機室布置、車上電氣布置、車下電氣布置、車頂電氣布置、轉向架及制動系統安裝、空調采暖系統、車門布置、車窗布置和設備布置。針對城軌城鐵層次化、模塊化特點建立產品結構樹，如圖1

所示：

根據產品結構樹梳理出各相應部位的模塊化清單，見表1所示，按照模塊的類型可以分為固定模塊、可變模塊和參數化模塊。固定模塊是指模塊的大小、結構和接口關系都固定不變的模塊，例如地板型材、座椅骨架等；可變模塊是指模型和接口可以根據車型及安裝環境變化的模塊，例如客室布置中的邊頂板和立罩板安裝等；參數化模塊是指接口不變，模型大小可以通過變化參數來調整，例如地板、車窗、車門的安裝等。

3.2 梳理模塊及接口關系模型

對每個模塊數據進行合理化工作，整理模塊及其接口模型，包括對模塊的命名和編碼、編寫模塊使用說明文件及采購技術規范要求統一的模板等。模塊化創新關鍵在于接口設計和界面管理，使用戶能夠根據需要快速和接口實現連接和組裝。以立罩板與側墻板的接口關系為例，立罩板與側墻板為獨立安裝結構，立罩板可以獨立拆裝，不影響側墻板的安裝，如圖2所示：

根據產品結構樹和模塊化清單梳理出模塊及接口關系模型后，將相應的使用說明文件和技術規范一并存入模塊化知識庫，便于設計引用和模型管理。

3.3 模塊的編碼

模塊編碼是在形成產品模塊化結構樹以及模塊數據整理的基礎上，分析確定模塊編碼需要表達的信息，進一步確定每一種編碼信息采用的編碼系統、編碼的碼段、碼段定義域、制定出編碼字典，從而形成模塊的編碼。模塊化編碼規則如圖3所示。

模塊編碼的制定應該遵循以下原則：（1）唯一性：編碼必須唯一的標志一個模塊，模塊也只能存在唯一的編碼；（2）完整性：模塊編碼要盡可能完整地表達模塊信息，要能滿足模塊化設計與制造全過程的需要，包括模塊的選擇、組合以及模塊化管理等；（3）簡潔性：碼位在滿足需要的前提下應盡可能最少；（4）易處理性：要便于計算機的處理；（5）繼承性：適當考慮工廠實際情況，在滿足模塊化設計需要的前提下，使模塊編碼對產品編號、圖紙編號等原工廠標準的改動最小。編碼在于用規定的字符來代表復雜的概念，從而避免文字敘述所帶來的冗長和累贅以及概念表達的多樣性、多義性和非標準化；（6）可擴展性：使用者可以根據自身特點更新編碼定義，編碼系統具有可擴

展性。

4 模塊化技術平臺的開發

模塊化技術平臺為模塊化創新提供了開放的平臺，設計、裝配及運維過程中需要一直遵守并不斷更新、完善的標準體系，共用一個技術平臺以一種有效的方式共享技術語言，完成各系列產品整個生命周期的信息

互通。

模塊化庫平臺是基于Windchill系統、Intralink系統PDM系統和SAP系統的數據信息共享的基礎上所進行的開發與建設。用戶界面如圖4所示。

“互操作性”成為模塊化創新標準體系的核心，模塊化創新的規則強調模塊可以在多個平臺和統一平臺的多個系統中通用，實現各系統間的通用性和部件的重復使用，通過規定模塊的物理接口和功能界面標準，使之相互配合、協調運轉。

5 車輛模塊化的發展趨勢

國家軌道交通“十三五”發展戰略中指出：“全球化、服務化、平臺化將成為產業組織新方式”；軌道交通裝備亟需“打造系列化、模塊化、標準化的產品結構和技術平臺”。以最少數量、最低成本、最成熟技術的模塊搭建組合出適用范圍最廣品種最多的產品，推動軌道交通車輛技術發展。

參考文獻

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[4] 嚴雋髦，傅茂海.車輛工程[M].北京：中國鐵道出

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基金項目：項目編號：P81602。

作者簡介：蘇會芳（1984-），女，中車唐山機車車輛有限公司產品研發中心助理工程師，碩士，研究方向：項目

管理。

（責任編輯：王 波）