铁道车辆业务A书铁道车辆的模块化设计与检修

1、铁道车辆的模块化设计与检修07车辆三班雷飞学号：20071293邮件： HYPERLINK mailto:61103477 61103477指出的问题观点问题：这是分部件设计，不是严格的模块化设计。修改的思路完善了车辆模块化设计的概念，探讨了其应用、基本的实现方法和研究内容，总结其对检修方法带来的改变。取得的进展随着计算机的发展，计算机辅助技术（CAD）成功运用于各个领域，件计算机辅助技术与模块化设计结合起来，可以极大提高设计效率和质量。主要包括铁道车 辆模块化设计思想及实施方法、车辆模块化设计的应用及研究内容。车辆模块化设计的思想 就是将铁道车辆按逻辑结构自上而下分解成若干相对独立的模块，模

2、块下再细分成若干子 模块。将这些模块进行有机地组合，就可组成不同的车辆种类。铁道车辆模块化技术主要可 在以下方面加以应用：（1）车辆装备模块化。（2）客车客室模块化。（3）机电装置模块化。 （4）车体结构模块化。模块化的设计有利于提高系统的可靠性和可维护性。在模块化的产品 中，各个模块有较强的独立性，检修时可以用备用模块将相应模块换下，再讲换下的模块集 中修理，可以大大节省车辆在维修中耗费的时间，大大提高效率。同时，模块具有很强的可 维护性，将换下的模块修理合格后，又可以作为备用模块重新投入使用，带来很好的经济效 X 益0摘要：模块化设计是在标准化、规范化、通用化、系列化的基础上发展起来的一

3、种设计技术。在铁道车辆研制中采用模块化设计是降低产品成本、提高产品质量， 从而获得较大经济效益的途径。同时，模块化设计为铁道车辆的检修带来了极大地 便利。关键词：铁道车辆 Railway Cars 模块化 Modularization 设计 Design 检修 Recondition 刖言科学技术的发展使传统的设计方法正在为现代设计方法所取代，而模块化设计就是现 代设计发展中出现的一门新技术，是在标准化理论的基础上引入系统工程原理的一种创新 设计方法0目前，我国社会主义市场经济体制整逐步完善，铁道车辆制造业和其他制造业一样， 完成了从计划型生产方式向以合同型生产方式为主的转变。合同型生产方式的

4、产品必须按 照用户的特殊要求进行设计，如任然按照传统的生产方式必然产生几方面的问题：（1）设 计制造周期难以跟上市场需求；（2）用户对产品性能和工艺水平的要求日益提高，但由于 时间的紧迫导致产品技术含量难以提高，甚至质量难以保证；（3）合同产品由于数量不多 生产效率不高而使成本提高0面临巨大的市场竞争压力，我国的铁道车辆业要继续生存和发展，必须提高应对市场 变化的能力。由于基于系统工程的模块化设计，体型了标准化的理论思想。模块化产品通 过标准的结构模块与功能模块的组合，由先进的计算机辅助设计技术作为依托，解决了标 准语定制要求的矛盾，极大地提高了设计制造效率和质量，在铁道车辆设计制造领域有着

5、广阔的前景。1模块化设计思想及实施方法1.1 模块化设计所谓的模块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组 合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。可以同 时满足产品的功能属性和环境属性，一方面可以缩短产品研发与制造周期，增加产 品系列，提高产品质量，快速应对市场变化；另一方面，可以减少或消除对环境的 不利影响，方便重用、升级、维修和产品废弃后的拆卸、回收和处理。1.2 规范化、通用化、系列化模块化设计是在标准化、规范化、通用化、系列化的基础上发展起来的一种设 计技术。“四化”是

6、在传统设计中就已经提出而在现代设计中越来越显得重要的技 术，“四化”是降低产品成本、提高产品质量，从而获得较大经济效益的途径，也是 模块化设计的基础。标准化是指产品构成内容的标准定义和产品构成资源的标准定义。由于产品时 由零件组成的，为了达到互换性和通用性的要求，许多机械零件都有统一的设计标 准，这种标准有国家标准和产品行业标准。在模块化设计中，产品由模块构成，模 块可以由子模块或单元构成，因而标准化包括模块的标准和单元的标准化。规范化是指规范产品定义的过程和内容，以有效控制由于设计的随意性而造成 的产品构成的多样性和冗余性。标准化和规范化是不可分割的。通用化是为了最大限度地减少重复劳动而广泛

7、的利用现有技术成果的设计技 术，标准化是通用化的前提和基础，二通用化则是标准化的延伸。在产品开发过程 中推行通用化，就必须具备可利用的通用化资源，这种资源就是通过单元或通用模 块。通用化资源可以有两个方面的来源：（1）从现有的产品中选定；（2）重新开发。通用单元范围差别很大，可以在某一类别或特定产品内通用，亦可以在企业范围内 通用。当然，通用范围越大，经济效果就越显著，但工作难度就越大。因而在确定 或开发通用单元时，确定其适用的范围使开发工作的关键。系列化是市场经济条件下发展企业生产的有效手段，也是产品适应市场的必要 条件，而系列化设计只有依赖于标准化和通用化才能真正达到减低成本提高效率的 目

8、的。系列化充功能出发，通过确定基本参数，最后落实到系列型谱上，即把基本 型产品、派生产品及其重要特征和结构形式等简明的图标上反应出来，以便不同的 用户进行选择。1.3产品模块化的思想及实施模块化技术通过将一个复杂的工程产品优化分解成合理层次的简化系列单元模 块，并利用这些模块组合成更多更新的通用模块和结构模块。这种组合可以根据系 统工程的原理构成多层次结构的模块化体系，从而形成完整的产品。产品的模块化包括建立模块系统和组合成新的产品两个过程。建立模块：1）建立模块系统需求分析：模块化的目的是以尽可能少的品种、规格的模块组 成尽可能多的各种规格产品以满足用户多样化的要求，因而必须在需求分析的基础

9、 上确定产品的主要技术性能范围，作为模块设计的依据。2）功能分析与分解：模块是为了满足产品部分功能需要而存在的产品组成部 分，所以必须对产品的功能进行科学和合理的分析并予以分解。机械产品的零部件 可以视为组成整体的模块、变型模块和专用模块。3）模块划分：划分的模块应具有独立的功能和结构，有很强的通用性和组合 性，从而能以有限种类的模块合成大量满足市场需要的不同产品。4模块的设计开发：模块的开发应着重考虑通用性尤其是不同零部件的组合和 连接能里以及保证需要传递的功能和相关的物理性能参数。作为模块化制造实验的 依据，还应编制通用模块的标准或规范。组合设计：组合设计值总体方案设计，是一个创造的过程。

10、通过组合设计，既要保证符合 新产品的功能要求又要尽可能采用通用模块。经过模块划分和设计，一个新产品就 由通用模块、专用模块和专用零部件组而成了。2 铁道车辆的模块化设计铁道车辆从出现初期直至近代，由于不同的目的、用途及运用条件，使铁道车辆形成 了多种多样的类型与结构，但都可以概括成五个基本的组成部分或系统：车体、走形部（转 向架）、制动系统、联接和缓冲装置、车内设备（空调体统、给水、电气等）。近十几年来， 随着计算机硬件、软件的飞速发展，计算机辅助设计（CAD ）技术已成功地运用于各个领域。 它为设计者提供了更有效的分析、优化、仿真及绘图手段。将先进的计算机辅助技术与 模块化设计技术结合起来，

11、极大地提高了设计效率和设计质量。2.1铁道车辆种类繁多，其共有的零部件亦非常多，一种普通客车可采用几种转向架；同 一种车轮可共用于不同转向架的轮对；在同一系列中，一种底架可用于多种车体的承载结 构等。可以说，模块化设计和制造的思想正是由这一特点延伸拓展并加以升华而形成的。车 辆模块化设计的思想就是将铁道车辆按逻辑结构自上而下分解成若干相对独立的模块模 块下再细分成若干子模块。将这些模块进行有机地组合，就可组成不同的车辆种类。这种建 模方法的明显优点是可以使非常复杂的模型很有条理地、分块分层地建立起来。模块的最高 层可以是产品的模型，如客车；模块的下层可包含诸如转向架、车体钢结构、室内布置、车

12、电装置等子模块；子模块的下层又可以是一些基本的零部件，如客车的车窗、车门，转向架 的轮对等。这样，在设计中，可以将车辆划分为分段模块、次模块、组件、零部件等并逐 一定义其上下层次关系、制造方法；通过建立一个以三维数据库为核心的（。环境，以空间 组合的观点来进行设计，并将全部设计与制造紧密结合起来。2.2模块化设计在铁道车辆上的应用铁道车辆模块化技术主要可在以下方面加以应用：（1）车辆装备模块化。（2）客车客 室模块化。按室内布置不同，客车分为硬座车、软座车、硬卧车、软卧车等，每个车厢均有 乘务员室模块、洗脸间模块等。将这些模块加以适当布置和组合就可形成不同车型的室 内布置。（3）机电装置模块化

13、。以空调为例，模块系统中的空调器、制冷机组等都有定型产 品，可按不同需要进行组合。（4）车体结构模块化。车体结构模块化是比较困难的，因为车 体模块既要考虑车辆的总体性能，又要涉及车辆内部模块的组装。通常用一种较常见的车型 为模块化车。2.3车辆模块化设计的研究内容车辆模块化设计研究涉及车辆设计原理、系统工程、成组技术、标准化方法、车辆结 构及计算机集成技术等多个领域，是一项高度综合性的系统工程。车辆模块化设计研究内容 可分为以下几个方面：（1）建立模块化车辆技术参数系列。这是设计基础，涉及车辆性能、 应用要求、规范等多方面因素。（2）模块化设计条件下的结构设计方法研究。它涉及模块划 分准则、模

14、块大小、模块的通用性、易修改性、模块的连接方法、结构的简化及各模块间标 准化接口等诸多方面。（3）模块化车辆的技术2经济论证方法研究。（4）模块化车辆设计系 统研究。它涉及车辆厂组织和管理系统的变更、产品的质量和精度控制、财务等。3铁道车辆模块化设计与检修体系的相互作用模块的形式可以是车辆的某一大部件，也可以是整个车辆一部分，还可以是车 辆的某些附属设备，在欧洲的铁路行业中已得到了普遍的应用，其优点如下：1）车辆组成简单化只需将各个模块接口组装在一起即可构成整车。2）互换性能强相同类型的车辆对应部分的模块可以互换。3）易于维修保养 在结构出现缺陷或设备出现故障时，只需将所在的模块拆下来进行处理，而不需对整车进行作业-模块的“四化”决定了它的优点，这在铁道车俩的检修中更明显体现出来。模块 化的设计使车辆的检修程序简化，针对性强，极大地提高了车辆检修的效率：车辆 组成的简单化使参与检修的工人无需对各个设备都全部了解，可让专人对某一模块 进行检修，各个模块的检修可同时进行；互换性强指在不同车辆上相同的模块可互 换使用，大大增强了车辆的维修度，提高车辆的使用年限；在列车故障时，可将故 障模块单独处理，而不需对整车进行作业。结束语铁道车辆模块化设计制造涉及面广，技术复杂，是一项高度综合性的技术，需 要通过生产、科研等多方面的结合，共同实践才能