鐵道車輛業(yè)務(wù)A書鐵道車輛的模塊化設(shè)計與檢修

1、鐵道車輛的模塊化設(shè)計與檢修07車輛三班雷飛學號：20071293郵件： HYPERLINK mailto:61103477 61103477指出的問題觀點問題：這是分部件設(shè)計，不是嚴格的模塊化設(shè)計。修改的思路完善了車輛模塊化設(shè)計的概念，探討了其應(yīng)用、基本的實現(xiàn)方法和研究內(nèi)容，總結(jié)其對檢修方法帶來的改變。取得的進展隨著計算機的發(fā)展，計算機輔助技術(shù)（CAD）成功運用于各個領(lǐng)域，件計算機輔助技術(shù)與模塊化設(shè)計結(jié)合起來，可以極大提高設(shè)計效率和質(zhì)量。主要包括鐵道車 輛模塊化設(shè)計思想及實施方法、車輛模塊化設(shè)計的應(yīng)用及研究內(nèi)容。車輛模塊化設(shè)計的思想 就是將鐵道車輛按邏輯結(jié)構(gòu)自上而下分解成若干相對獨立的模塊，模

2、塊下再細分成若干子 模塊。將這些模塊進行有機地組合，就可組成不同的車輛種類。鐵道車輛模塊化技術(shù)主要可 在以下方面加以應(yīng)用：（1）車輛裝備模塊化。（2）客車客室模塊化。（3）機電裝置模塊化。 （4）車體結(jié)構(gòu)模塊化。模塊化的設(shè)計有利于提高系統(tǒng)的可靠性和可維護性。在模塊化的產(chǎn)品 中，各個模塊有較強的獨立性，檢修時可以用備用模塊將相應(yīng)模塊換下，再講換下的模塊集 中修理，可以大大節(jié)省車輛在維修中耗費的時間，大大提高效率。同時，模塊具有很強的可 維護性，將換下的模塊修理合格后，又可以作為備用模塊重新投入使用，帶來很好的經(jīng)濟效 X 益0摘要：模塊化設(shè)計是在標準化、規(guī)范化、通用化、系列化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一

3、種設(shè)計技術(shù)。在鐵道車輛研制中采用模塊化設(shè)計是降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量， 從而獲得較大經(jīng)濟效益的途徑。同時，模塊化設(shè)計為鐵道車輛的檢修帶來了極大地 便利。關(guān)鍵詞：鐵道車輛 Railway Cars 模塊化 Modularization 設(shè)計 Design 檢修 Recondition 刖言科學技術(shù)的發(fā)展使傳統(tǒng)的設(shè)計方法正在為現(xiàn)代設(shè)計方法所取代，而模塊化設(shè)計就是現(xiàn) 代設(shè)計發(fā)展中出現(xiàn)的一門新技術(shù)，是在標準化理論的基礎(chǔ)上引入系統(tǒng)工程原理的一種創(chuàng)新 設(shè)計方法0目前，我國社會主義市場經(jīng)濟體制整逐步完善，鐵道車輛制造業(yè)和其他制造業(yè)一樣， 完成了從計劃型生產(chǎn)方式向以合同型生產(chǎn)方式為主的轉(zhuǎn)變。合同型生產(chǎn)方式的

4、產(chǎn)品必須按 照用戶的特殊要求進行設(shè)計，如任然按照傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式必然產(chǎn)生幾方面的問題：（1）設(shè) 計制造周期難以跟上市場需求；（2）用戶對產(chǎn)品性能和工藝水平的要求日益提高，但由于 時間的緊迫導致產(chǎn)品技術(shù)含量難以提高，甚至質(zhì)量難以保證；（3）合同產(chǎn)品由于數(shù)量不多 生產(chǎn)效率不高而使成本提高0面臨巨大的市場競爭壓力，我國的鐵道車輛業(yè)要繼續(xù)生存和發(fā)展，必須提高應(yīng)對市場 變化的能力。由于基于系統(tǒng)工程的模塊化設(shè)計，體型了標準化的理論思想。模塊化產(chǎn)品通 過標準的結(jié)構(gòu)模塊與功能模塊的組合，由先進的計算機輔助設(shè)計技術(shù)作為依托，解決了標 準語定制要求的矛盾，極大地提高了設(shè)計制造效率和質(zhì)量，在鐵道車輛設(shè)計制造領(lǐng)域有著

5、廣闊的前景。1模塊化設(shè)計思想及實施方法1.1 模塊化設(shè)計所謂的模塊化設(shè)計，簡單地說就是將產(chǎn)品的某些要素組合在一起，構(gòu)成一個具有特定功能的子系統(tǒng)，將這個子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進行多種組 合，構(gòu)成新的系統(tǒng)，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產(chǎn)品?？梢酝?時滿足產(chǎn)品的功能屬性和環(huán)境屬性，一方面可以縮短產(chǎn)品研發(fā)與制造周期，增加產(chǎn) 品系列，提高產(chǎn)品質(zhì)量，快速應(yīng)對市場變化；另一方面，可以減少或消除對環(huán)境的 不利影響，方便重用、升級、維修和產(chǎn)品廢棄后的拆卸、回收和處理。1.2 規(guī)范化、通用化、系列化模塊化設(shè)計是在標準化、規(guī)范化、通用化、系列化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種設(shè) 計技術(shù)。“四化”是

6、在傳統(tǒng)設(shè)計中就已經(jīng)提出而在現(xiàn)代設(shè)計中越來越顯得重要的技 術(shù)，“四化”是降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而獲得較大經(jīng)濟效益的途徑，也是 模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)。標準化是指產(chǎn)品構(gòu)成內(nèi)容的標準定義和產(chǎn)品構(gòu)成資源的標準定義。由于產(chǎn)品時 由零件組成的，為了達到互換性和通用性的要求，許多機械零件都有統(tǒng)一的設(shè)計標 準，這種標準有國家標準和產(chǎn)品行業(yè)標準。在模塊化設(shè)計中，產(chǎn)品由模塊構(gòu)成，模 塊可以由子模塊或單元構(gòu)成，因而標準化包括模塊的標準和單元的標準化。規(guī)范化是指規(guī)范產(chǎn)品定義的過程和內(nèi)容，以有效控制由于設(shè)計的隨意性而造成 的產(chǎn)品構(gòu)成的多樣性和冗余性。標準化和規(guī)范化是不可分割的。通用化是為了最大限度地減少重復(fù)勞動而廣泛

7、的利用現(xiàn)有技術(shù)成果的設(shè)計技 術(shù)，標準化是通用化的前提和基礎(chǔ)，二通用化則是標準化的延伸。在產(chǎn)品開發(fā)過程 中推行通用化，就必須具備可利用的通用化資源，這種資源就是通過單元或通用模 塊。通用化資源可以有兩個方面的來源：（1）從現(xiàn)有的產(chǎn)品中選定；（2）重新開發(fā)。通用單元范圍差別很大，可以在某一類別或特定產(chǎn)品內(nèi)通用，亦可以在企業(yè)范圍內(nèi) 通用。當然，通用范圍越大，經(jīng)濟效果就越顯著，但工作難度就越大。因而在確定 或開發(fā)通用單元時，確定其適用的范圍使開發(fā)工作的關(guān)鍵。系列化是市場經(jīng)濟條件下發(fā)展企業(yè)生產(chǎn)的有效手段，也是產(chǎn)品適應(yīng)市場的必要 條件，而系列化設(shè)計只有依賴于標準化和通用化才能真正達到減低成本提高效率的 目

8、的。系列化充功能出發(fā)，通過確定基本參數(shù)，最后落實到系列型譜上，即把基本 型產(chǎn)品、派生產(chǎn)品及其重要特征和結(jié)構(gòu)形式等簡明的圖標上反應(yīng)出來，以便不同的 用戶進行選擇。1.3產(chǎn)品模塊化的思想及實施模塊化技術(shù)通過將一個復(fù)雜的工程產(chǎn)品優(yōu)化分解成合理層次的簡化系列單元模 塊，并利用這些模塊組合成更多更新的通用模塊和結(jié)構(gòu)模塊。這種組合可以根據(jù)系 統(tǒng)工程的原理構(gòu)成多層次結(jié)構(gòu)的模塊化體系，從而形成完整的產(chǎn)品。產(chǎn)品的模塊化包括建立模塊系統(tǒng)和組合成新的產(chǎn)品兩個過程。建立模塊：1）建立模塊系統(tǒng)需求分析：模塊化的目的是以盡可能少的品種、規(guī)格的模塊組 成盡可能多的各種規(guī)格產(chǎn)品以滿足用戶多樣化的要求，因而必須在需求分析的基礎(chǔ)

9、 上確定產(chǎn)品的主要技術(shù)性能范圍，作為模塊設(shè)計的依據(jù)。2）功能分析與分解：模塊是為了滿足產(chǎn)品部分功能需要而存在的產(chǎn)品組成部 分，所以必須對產(chǎn)品的功能進行科學和合理的分析并予以分解。機械產(chǎn)品的零部件 可以視為組成整體的模塊、變型模塊和專用模塊。3）模塊劃分：劃分的模塊應(yīng)具有獨立的功能和結(jié)構(gòu)，有很強的通用性和組合 性，從而能以有限種類的模塊合成大量滿足市場需要的不同產(chǎn)品。4模塊的設(shè)計開發(fā)：模塊的開發(fā)應(yīng)著重考慮通用性尤其是不同零部件的組合和 連接能里以及保證需要傳遞的功能和相關(guān)的物理性能參數(shù)。作為模塊化制造實驗的 依據(jù)，還應(yīng)編制通用模塊的標準或規(guī)范。組合設(shè)計：組合設(shè)計值總體方案設(shè)計，是一個創(chuàng)造的過程。

10、通過組合設(shè)計，既要保證符合 新產(chǎn)品的功能要求又要盡可能采用通用模塊。經(jīng)過模塊劃分和設(shè)計，一個新產(chǎn)品就 由通用模塊、專用模塊和專用零部件組而成了。2 鐵道車輛的模塊化設(shè)計鐵道車輛從出現(xiàn)初期直至近代，由于不同的目的、用途及運用條件，使鐵道車輛形成 了多種多樣的類型與結(jié)構(gòu)，但都可以概括成五個基本的組成部分或系統(tǒng)：車體、走形部（轉(zhuǎn) 向架）、制動系統(tǒng)、聯(lián)接和緩沖裝置、車內(nèi)設(shè)備（空調(diào)體統(tǒng)、給水、電氣等）。近十幾年來， 隨著計算機硬件、軟件的飛速發(fā)展，計算機輔助設(shè)計（CAD ）技術(shù)已成功地運用于各個領(lǐng)域。 它為設(shè)計者提供了更有效的分析、優(yōu)化、仿真及繪圖手段。將先進的計算機輔助技術(shù)與 模塊化設(shè)計技術(shù)結(jié)合起來，

11、極大地提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。2.1鐵道車輛種類繁多，其共有的零部件亦非常多，一種普通客車可采用幾種轉(zhuǎn)向架；同 一種車輪可共用于不同轉(zhuǎn)向架的輪對；在同一系列中，一種底架可用于多種車體的承載結(jié) 構(gòu)等?？梢哉f，模塊化設(shè)計和制造的思想正是由這一特點延伸拓展并加以升華而形成的。車 輛模塊化設(shè)計的思想就是將鐵道車輛按邏輯結(jié)構(gòu)自上而下分解成若干相對獨立的模塊模 塊下再細分成若干子模塊。將這些模塊進行有機地組合，就可組成不同的車輛種類。這種建 模方法的明顯優(yōu)點是可以使非常復(fù)雜的模型很有條理地、分塊分層地建立起來。模塊的最高 層可以是產(chǎn)品的模型，如客車；模塊的下層可包含諸如轉(zhuǎn)向架、車體鋼結(jié)構(gòu)、室內(nèi)布置、車

12、電裝置等子模塊；子模塊的下層又可以是一些基本的零部件，如客車的車窗、車門，轉(zhuǎn)向架 的輪對等。這樣，在設(shè)計中，可以將車輛劃分為分段模塊、次模塊、組件、零部件等并逐 一定義其上下層次關(guān)系、制造方法；通過建立一個以三維數(shù)據(jù)庫為核心的（。環(huán)境，以空間 組合的觀點來進行設(shè)計，并將全部設(shè)計與制造緊密結(jié)合起來。2.2模塊化設(shè)計在鐵道車輛上的應(yīng)用鐵道車輛模塊化技術(shù)主要可在以下方面加以應(yīng)用：（1）車輛裝備模塊化。（2）客車客 室模塊化。按室內(nèi)布置不同，客車分為硬座車、軟座車、硬臥車、軟臥車等，每個車廂均有 乘務(wù)員室模塊、洗臉間模塊等。將這些模塊加以適當布置和組合就可形成不同車型的室 內(nèi)布置。（3）機電裝置模塊化

13、。以空調(diào)為例，模塊系統(tǒng)中的空調(diào)器、制冷機組等都有定型產(chǎn) 品，可按不同需要進行組合。（4）車體結(jié)構(gòu)模塊化。車體結(jié)構(gòu)模塊化是比較困難的，因為車 體模塊既要考慮車輛的總體性能，又要涉及車輛內(nèi)部模塊的組裝。通常用一種較常見的車型 為模塊化車。2.3車輛模塊化設(shè)計的研究內(nèi)容車輛模塊化設(shè)計研究涉及車輛設(shè)計原理、系統(tǒng)工程、成組技術(shù)、標準化方法、車輛結(jié) 構(gòu)及計算機集成技術(shù)等多個領(lǐng)域，是一項高度綜合性的系統(tǒng)工程。車輛模塊化設(shè)計研究內(nèi)容 可分為以下幾個方面：（1）建立模塊化車輛技術(shù)參數(shù)系列。這是設(shè)計基礎(chǔ)，涉及車輛性能、 應(yīng)用要求、規(guī)范等多方面因素。（2）模塊化設(shè)計條件下的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究。它涉及模塊劃 分準則、模

14、塊大小、模塊的通用性、易修改性、模塊的連接方法、結(jié)構(gòu)的簡化及各模塊間標 準化接口等諸多方面。（3）模塊化車輛的技術(shù)2經(jīng)濟論證方法研究。（4）模塊化車輛設(shè)計系 統(tǒng)研究。它涉及車輛廠組織和管理系統(tǒng)的變更、產(chǎn)品的質(zhì)量和精度控制、財務(wù)等。3鐵道車輛模塊化設(shè)計與檢修體系的相互作用模塊的形式可以是車輛的某一大部件，也可以是整個車輛一部分，還可以是車 輛的某些附屬設(shè)備，在歐洲的鐵路行業(yè)中已得到了普遍的應(yīng)用，其優(yōu)點如下：1）車輛組成簡單化只需將各個模塊接口組裝在一起即可構(gòu)成整車。2）互換性能強相同類型的車輛對應(yīng)部分的模塊可以互換。3）易于維修保養(yǎng) 在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷或設(shè)備出現(xiàn)故障時，只需將所在的模塊拆下來進行處理，而不需對整車進行作業(yè)-模塊的“四化”決定了它的優(yōu)點，這在鐵道車倆的檢修中更明顯體現(xiàn)出來。模塊 化的設(shè)計使車輛的檢修程序簡化，針對性強，極大地提高了車輛檢修的效率：車輛 組成的簡單化使參與檢修的工人無需對各個設(shè)備都全部了解，可讓專人對某一模塊 進行檢修，各個模塊的檢修可同時進行；互換性強指在不同車輛上相同的模塊可互 換使用，大大增強了車輛的維修度，提高車輛的使用年限；在列車故障時，可將故 障模塊單獨處理，而不需對整車進行作業(yè)。結(jié)束語鐵道車輛模塊化設(shè)計制造涉及面廣，技術(shù)復(fù)雜，是一項高度綜合性的技術(shù)，需 要通過生產(chǎn)、科研等多方面的結(jié)合，共同實踐才能