黃雪飛，孫海榮，朱濤，肖守訥，雷軍

基于性能驅(qū)動(dòng)的車體概念設(shè)計(jì)及其系統(tǒng)構(gòu)建研究

黃雪飛1，孫海榮1，朱濤2，肖守訥2，雷軍2

（1.中車唐山機(jī)車車輛有限公司，河北 唐山 064000；2.西南交通大學(xué) 牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031）

在傳統(tǒng)高速列車設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師憑經(jīng)驗(yàn)選擇最相似列車對(duì)其局部進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)、設(shè)計(jì)迭代次數(shù)多。根據(jù)復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品性能驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，將性能指標(biāo)納入“需求－功能－結(jié)構(gòu)”這一傳統(tǒng)理論體系，構(gòu)建“需求－功能－性能－結(jié)構(gòu)－參數(shù)”（RFPSP）的“五域”設(shè)計(jì)理論體系。在“車體系統(tǒng)典型性能指標(biāo)與設(shè)計(jì)參數(shù)的關(guān)系分析”的基礎(chǔ)上，研究車輛概念設(shè)計(jì)流程與方法，開(kāi)發(fā)以性能驅(qū)動(dòng)的車體概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)，搭建列車可視化設(shè)計(jì)工具與平臺(tái)，為快速實(shí)現(xiàn)高速列車方案設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。最后以車輛限界作為邊界條件為例，驅(qū)動(dòng)車體輪廓參數(shù)設(shè)計(jì)，根據(jù)振動(dòng)模態(tài)分析，對(duì)不同門窗布置、車體結(jié)構(gòu)參數(shù)分配等情況進(jìn)行車輛動(dòng)力特性分析，從而獲取較優(yōu)的車體布置方案。

高速列車；性能驅(qū)動(dòng)；車輛限界；模態(tài)

在車體設(shè)計(jì)方法研究方面，已有學(xué)者針對(duì)車體參數(shù)的設(shè)計(jì)展開(kāi)了廣泛研究，文獻(xiàn)[1-2]為分析車體結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)車體模態(tài)特性的影響，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，研究了車體結(jié)構(gòu)中各部件主要尺寸的厚度變化對(duì)車體模態(tài)頻率的影響，以指導(dǎo)車體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化；文獻(xiàn)[3-4]針對(duì)車體結(jié)構(gòu)，通過(guò)構(gòu)建基于多層骨架的車體參數(shù)化模型實(shí)現(xiàn)車體快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)優(yōu)化；文獻(xiàn)[5]采用車體自頂向下設(shè)計(jì)和利用中性文件，達(dá)到設(shè)計(jì)模型與有限元仿真模型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)車體的設(shè)計(jì)和分析在同一平臺(tái)下得以展示。但使用相關(guān)軟件進(jìn)行迭代仿真計(jì)算，具有一定難度，且設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、工作量大，極大地制約了車體方案設(shè)計(jì)效率。

性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)理論是現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的重要組成，文獻(xiàn)[6-7]明確提出了性能需求驅(qū)動(dòng)理論的概念范疇，并指出用特征來(lái)對(duì)性能需求進(jìn)行描述，即性能特征。文獻(xiàn)[8]認(rèn)為性能是對(duì)功能和行為的度量，即產(chǎn)品所能實(shí)現(xiàn)的預(yù)定工作狀況如何，而功能則被定義為期望從設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中所獲得的輸出。文獻(xiàn)[9]分析了復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的性能、功能和質(zhì)量這三個(gè)要素，論述了性能在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中的核心地位。文獻(xiàn)[10]研究了性能需求到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的映射方法，以商空間理論描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖，通過(guò)相似特征匹配實(shí)現(xiàn)性能需求到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的映射轉(zhuǎn)化。

目前對(duì)性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)理論方法的研究還不多，主要集中在性能特征建模、性能知識(shí)表達(dá)、性能特征模型到產(chǎn)品模型的映射等方面[11-12]，還未系統(tǒng)地將性能概念融入“需求－功能－結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)理論體系。本文針對(duì)復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品性能驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，提出將性能指標(biāo)納入“需求－功能－結(jié)構(gòu)”體系，構(gòu)建“客戶需求－功能－性能指標(biāo)－結(jié)構(gòu)－設(shè)計(jì)參數(shù)”五域設(shè)計(jì)理論體系[13]，以性能驅(qū)動(dòng)的“五域”設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)軌道車輛參數(shù)管理與設(shè)計(jì)系統(tǒng)平臺(tái)，為指導(dǎo)車輛的方案設(shè)計(jì)提供理論方法和使能工具。

1 性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法

1.1 “五域”概念的提出

對(duì)于高可靠性產(chǎn)品，性能需求是用戶對(duì)產(chǎn)品要求的主要內(nèi)容，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程順利向前推進(jìn)的根本出發(fā)點(diǎn)；性能特征是控制整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的基本特征，即在產(chǎn)品性能特征的調(diào)控下，產(chǎn)品的功能特征、結(jié)構(gòu)特征等之間的反復(fù)映射；性能指標(biāo)及其所對(duì)應(yīng)的性能模型是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)、測(cè)試、評(píng)價(jià)與決策的基本要素，是設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制與在線管理的核心內(nèi)容。

針對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)理論的不足，本文提出根據(jù)復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的性能特征要求，在傳統(tǒng)的“需求－功能－結(jié)構(gòu)”三要素設(shè)計(jì)理論體系中，建立性能指標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù)要素，形成以性能驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)理論體系。以高速列車為例，結(jié)合現(xiàn)有研究成果和標(biāo)準(zhǔn)，定義一套較為完整的高速列車“客戶需求－功能－性能指標(biāo)－結(jié)構(gòu)－設(shè)計(jì)參數(shù)”五域數(shù)據(jù)模型及其構(gòu)造體系，這為后續(xù)的參數(shù)關(guān)系研究提供基礎(chǔ)，為高速列車設(shè)計(jì)規(guī)范以及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)提供參考。在五域概念提出的具體實(shí)施方案中，根據(jù)產(chǎn)品的功能等需求初步確定產(chǎn)品的基本概念模型并細(xì)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以此確定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)，并對(duì)服役環(huán)境下的產(chǎn)品進(jìn)行性能評(píng)價(jià)和功能驗(yàn)證。換言之，產(chǎn)品是結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)的集合，產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)載體是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，性能指標(biāo)滿足的是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)，最終產(chǎn)品必須適應(yīng)其工作條件、服役環(huán)境，如圖1所示。因此，依據(jù)客戶需求，明確產(chǎn)品的功能和性能指標(biāo)，形成產(chǎn)品的功能域和性能域；根據(jù)功構(gòu)關(guān)系映射，建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)域；在結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)[14]；從而實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品的服役環(huán)境下評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能，同時(shí)要對(duì)產(chǎn)品的功能進(jìn)行驗(yàn)證。為此定義產(chǎn)品的服役環(huán)境域、功能域、性能指標(biāo)域、結(jié)構(gòu)域和設(shè)計(jì)參數(shù)域，即“五域”，如圖2所示。

通過(guò)“五域”系統(tǒng)，建立某類車型的通用指標(biāo)體系，可以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，數(shù)據(jù)的唯一性和完整性，這也是復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)要能夠完成設(shè)計(jì)功能必須具備的數(shù)據(jù)要求。

圖1 “五域”關(guān)系

圖2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)“五域”

1.2 基于性能的參數(shù)關(guān)系研究

目前的高速列車采用逆向設(shè)計(jì)，根據(jù)服役邊界條件（需求），選擇類似車輛進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，再進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析完成設(shè)計(jì)。逆向設(shè)計(jì)方法是一種有效的設(shè)計(jì)方法，但高速列車是一個(gè)多學(xué)科多性能的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)，有些性能指標(biāo)對(duì)參數(shù)的敏感性很強(qiáng)，導(dǎo)致某一參數(shù)的改變并不能同時(shí)滿足多個(gè)性能指標(biāo)。

為此基于已提出的五域概念，厘清了產(chǎn)品各個(gè)要素之間的本質(zhì)關(guān)系，形成以用戶需求為目標(biāo)、性能指標(biāo)為驅(qū)動(dòng)、功能模塊為配置、結(jié)構(gòu)單元為載體的參數(shù)設(shè)計(jì)體系（其設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是功能、結(jié)構(gòu)的模塊化和參數(shù)化設(shè)計(jì)）。因此，車輛的功能和結(jié)構(gòu)一經(jīng)確定，就形成了服役環(huán)境條件→性能指標(biāo)→設(shè)計(jì)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，這是一個(gè)正向傳遞關(guān)系。

以性能驅(qū)動(dòng)的“五域”設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，針對(duì)列車總體參數(shù)設(shè)計(jì)，運(yùn)用質(zhì)量屋理論，構(gòu)建列車服役邊界條件－性能指標(biāo)－設(shè)計(jì)參數(shù)間的映射方法，求解計(jì)算其重要度，確定參數(shù)的影響因子，并分析其參數(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系[15-16]；建立典型性能指標(biāo)與設(shè)計(jì)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，為參數(shù)設(shè)計(jì)建立較為完整的設(shè)計(jì)路徑。結(jié)合典型函數(shù)關(guān)系研究成果[17-21]，以擠壓型材拼焊的車體方案設(shè)計(jì)為例，構(gòu)建具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，為高速列車方案設(shè)計(jì)提供快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)。如圖3所示。

圖3 性能驅(qū)動(dòng)的參數(shù)關(guān)系研究體系架構(gòu)

1.3 基于性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳遞映射關(guān)系

復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品具有多層次性，系統(tǒng)的不同層級(jí)要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。根據(jù)數(shù)據(jù)特征，將服役邊界條件和性能指標(biāo)按照繼承的方式，而功能、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)按照細(xì)分的方式進(jìn)行傳遞，并將其數(shù)據(jù)模型組織結(jié)構(gòu)應(yīng)用于某型高速列車概念設(shè)計(jì)實(shí)例中，為此本文在基于五域概念與參數(shù)關(guān)系研究的基礎(chǔ)上，以擠壓型材拼焊的車體方案設(shè)計(jì)為例，著重對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，其中斷面設(shè)計(jì)以用戶提出的車輛限界和安全裕量作為邊界條件，以車體一階垂彎頻率和扭轉(zhuǎn)頻率為性能驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行車體斷面和門窗布局設(shè)計(jì)。如圖4所示。

圖4 性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳遞映射關(guān)系（以車體模態(tài)為例）

2 基于性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行流程

根據(jù)圖5所示，基于性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行流程主要包括以下過(guò)程：

（1）首先按照車輛類型定義通用“五域”，通用“五域”具有該車輛應(yīng)用的全部特征。

（2）建立車輛設(shè)計(jì)實(shí)例，該實(shí)例是針對(duì)具體車輛而設(shè)計(jì)。對(duì)具體的車輛參數(shù)設(shè)計(jì)，以車輛管理為基礎(chǔ)，車輛編號(hào)作為設(shè)計(jì)實(shí)例的唯一標(biāo)識(shí)。

（3）建立該設(shè)計(jì)車輛的“五域”，由通用五域繼承而來(lái)。該車輛“五域”建立后，進(jìn)行參數(shù)關(guān)系分析。

（4）同時(shí)根據(jù)車輛進(jìn)行服役需求管理、結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)、性能指標(biāo)確定。

（5）根據(jù)參數(shù)關(guān)系研究和性能指標(biāo)等，進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。

（6）子系統(tǒng)實(shí)例流程與總體車輛相同，子系統(tǒng)的“五域”是由總體系統(tǒng)繼承和細(xì)分而來(lái)。通過(guò)繼承或細(xì)分后，將上一級(jí)的相關(guān)指標(biāo)帶入下一級(jí)系統(tǒng)，從而形成參數(shù)的傳遞關(guān)系。

其中，參數(shù)關(guān)系研究應(yīng)用參數(shù)關(guān)系分析工具進(jìn)行，通過(guò)參數(shù)指標(biāo)的重要度分析、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系分析和函數(shù)關(guān)系研究，得到參數(shù)的重要度和設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)先度，并開(kāi)發(fā)部分函數(shù)關(guān)系工具集。車輛的服役需求管理，其主要內(nèi)容就是邊界條件的數(shù)據(jù)管理；其次是獲取車體功能模型，通過(guò)邊界條件和功能模型的通用模型和特殊模型（通用模型是按照車體類型建立的模型）建立技術(shù)指標(biāo)集（分通用指標(biāo)和特殊指標(biāo)）。通過(guò)功能模型完成車體結(jié)構(gòu)配置和布局設(shè)計(jì)（以模塊化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)），結(jié)構(gòu)確定后進(jìn)行參數(shù)配置，即設(shè)計(jì)參數(shù)體系確定（通用設(shè)計(jì)參數(shù)和特殊設(shè)計(jì)參數(shù)）。最后進(jìn)行車體參數(shù)設(shè)計(jì)，其參數(shù)設(shè)計(jì)需要調(diào)用參數(shù)設(shè)計(jì)相關(guān)工具和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)。在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，采用按照結(jié)構(gòu)模塊方式和優(yōu)先度方式。其中結(jié)構(gòu)模塊方式分為車體總體參數(shù)和子系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)（截面參數(shù)、端墻參數(shù)、底架參數(shù)、側(cè)墻參數(shù)和門窗參數(shù)等）；優(yōu)先度設(shè)計(jì)方式按照獨(dú)立結(jié)構(gòu)參數(shù)、優(yōu)先設(shè)計(jì)參數(shù)和關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)參數(shù)的順序設(shè)計(jì)，該順序來(lái)源于參數(shù)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系分析。

圖5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行流程圖

2.2 系統(tǒng)主要模塊劃分

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行流程，系統(tǒng)主要功能模塊包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、項(xiàng)目管理、五域建立、參數(shù)關(guān)系分析、參數(shù)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)工具集和系統(tǒng)幫助，如圖6所示。

其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)即對(duì)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)字典進(jìn)行定義與維護(hù)，主要是對(duì)“五域”進(jìn)行數(shù)據(jù)定義。車輛參數(shù)關(guān)系管理車輛“五域”關(guān)系建立后，就形成了以用戶需求為目標(biāo)、以性能指標(biāo)為驅(qū)動(dòng)、以功能模塊為配置、以結(jié)構(gòu)單元為載體的參數(shù)設(shè)計(jì)體系。功能模塊和結(jié)構(gòu)單元一經(jīng)確定，就形成了服役邊界條件－性能指標(biāo)－設(shè)計(jì)參數(shù)的關(guān)系體系。建立通用類型車輛參數(shù)體系及其關(guān)系，為車輛參數(shù)設(shè)計(jì)提供理論支撐。包括邊界條件管理、車輛技術(shù)體系管理和設(shè)計(jì)參數(shù)體系管理及其相互關(guān)系分析。典型參數(shù)設(shè)計(jì)工具集是將研究的參數(shù)關(guān)系開(kāi)發(fā)為子工具，一方面可以單獨(dú)作為工具使用，另一方面在車體參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)直接進(jìn)行調(diào)用，其包括車體輪廓設(shè)計(jì)、車體模態(tài)分析、布局設(shè)計(jì)。車輛參數(shù)設(shè)計(jì)包括服役需求管理、結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)、性能指標(biāo)確定和設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)，分為總體和子系統(tǒng)模塊。系統(tǒng)幫助提供該系統(tǒng)的使用說(shuō)明。

圖6 主要功能模塊結(jié)構(gòu)圖

3 應(yīng)用實(shí)例

以擠壓型材拼焊的車體方案設(shè)計(jì)為例，其中斷面設(shè)計(jì)以用戶提出的車輛限界和安全裕量作為邊界條件，以車體一階垂彎頻率和扭轉(zhuǎn)頻率為性能驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行車體斷面和門窗布局設(shè)計(jì)。車體方案設(shè)計(jì)流程，如圖7所示。

從限界出發(fā)快速構(gòu)建車體斷面輪廓和斷面型材模型，實(shí)現(xiàn)車體斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)；車體布置方案設(shè)計(jì)是在車體斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立端墻且側(cè)墻上含有門窗的車體模型，并根據(jù)車體的端墻、車門、車窗及封閉截面等不同輪廓進(jìn)行粗分段，得到車體各分段截面詳細(xì)參數(shù)，然后以車體斷面參數(shù)和門窗參數(shù)等車體參數(shù)為變量，求解車體一階垂彎頻率、扭轉(zhuǎn)頻率等性能指標(biāo)。故根據(jù)振動(dòng)模態(tài)分析，可對(duì)不同門窗布置、車長(zhǎng)/寬/高、平頂長(zhǎng)/高、車輛重量的基本分配等情況進(jìn)行車輛動(dòng)力特性分析，從而獲取較優(yōu)的車體布置方案，指導(dǎo)車輛的概念設(shè)計(jì)。

圖7 車體方案設(shè)計(jì)流程

3.1 用戶需求管理

邊界條件需求主要包括地理?xiàng)l件、氣候條件、線路條件等，在項(xiàng)目需求管理界面可顯示項(xiàng)目的主要信息，并通過(guò)項(xiàng)目信息的車輛類型加載邊界條件體系，可在系統(tǒng)界面錄入邊界條件值。安全裕量確定主要涉及能力指標(biāo)、安全性指標(biāo)、RAMS指標(biāo)以及環(huán)保性指標(biāo)等，可通過(guò)項(xiàng)目信息的車輛類型加載車輛性能指標(biāo)體系，可在系統(tǒng)相應(yīng)界面錄入性能指標(biāo)值。

3.2 車體斷面設(shè)計(jì)

以用戶提出的車輛限界和安全裕量作為邊界條件，求解車體斷面輪廓并布置設(shè)計(jì)其筋板。系統(tǒng)主要包含：車輛限界關(guān)鍵點(diǎn)選擇及型材劃分、車體斷面輪廓線設(shè)計(jì)、車體斷面型材設(shè)計(jì)，由于車體斷面關(guān)于中心線左右對(duì)稱分布，故在計(jì)算程序中繪制右側(cè)一半即可，如圖8所示。

圖8 車體斷面設(shè)計(jì)

3.3 車體布置方案設(shè)計(jì)

車體布置方案設(shè)計(jì)是在車體斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立端墻且側(cè)墻上含有門窗的車體模型，并根據(jù)車體的端墻、車門、車窗及封閉截面等不同輪廓進(jìn)行粗分段，得到車體各分段截面詳細(xì)參數(shù)；然后以車體斷面參數(shù)和門窗參數(shù)等車體參數(shù)為變量，求解車體一階垂彎頻率、扭轉(zhuǎn)頻率等性能指標(biāo)，程序得到的車體一階垂彎頻率為15.86 Hz，一階扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率為19.84 Hz，滿足整備狀態(tài)車體最低彎曲頻率不低于10 Hz的規(guī)范要求。從而以車體一階垂彎頻率和扭轉(zhuǎn)頻率為性能驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行車體斷面和門窗布局設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

（1）本文提出將性能指標(biāo)納入“需求－功能－結(jié)構(gòu)”這一傳統(tǒng)理論體系，構(gòu)建“客戶需求－功能－性能指標(biāo)－結(jié)構(gòu)－設(shè)計(jì)參數(shù)”五域設(shè)計(jì)理論體系，建立基于性能驅(qū)動(dòng)的列車設(shè)計(jì)五域數(shù)據(jù)模型及其構(gòu)造體系，為高速列車設(shè)計(jì)規(guī)范以及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

（2）以性能驅(qū)動(dòng)的“五域”設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建了軌道車輛參數(shù)管理與設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行流程，搭建了主要功能模塊。

（3）以擠壓型材拼焊的車體方案設(shè)計(jì)為例，其斷面設(shè)計(jì)以用戶提出的車輛限界和安全裕量作為邊界條件，以車體一階垂彎頻率和扭轉(zhuǎn)頻率為性能驅(qū)動(dòng)，布局設(shè)計(jì)車體斷面和門窗。

（4）借助具有人機(jī)友好的可視化軟件開(kāi)發(fā)車輛參數(shù)管理與設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車體方案初步方案設(shè)計(jì)。

運(yùn)行表明，系統(tǒng)顯著提高了車輛參數(shù)設(shè)計(jì)效率，具有較好的實(shí)用價(jià)值，為指導(dǎo)車輛的概念設(shè)計(jì)提供了新的方法與實(shí)用工具。

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Performance-Driven Conceptual Design and System Construction of High-Speed Train Body Structure

HUANG Xuefei1，SUN hairong1，ZHU Tao2，XIAO Shoune2，LEI Jun2

(1.Tangshan Railway Vehicle Co. Ltd., Tangshan 064000, China; 2.Traction Power State Key Laboratory, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China )

The traditional high-speed train design has the problems of long design period and too many design iterations. Designers used to improve the design based on the most similar train. According to the performance driven characteristics of complex mechanical product, the performance indicators are incorporated into the traditional theoretical system of "demand -function - structure" to build a new "five domain" design theory of "demand - function - structure - performance - parameters" (RFPSP). Based on the analysis of the relationship between the typical performance index and the design parameters of the body system, the design process and method of vehicle conceptual design are developed. Train visualization design tool and platform is established to provide technical support for rapid realization of high-speed train design. Taking the vehicle gauge as the boundary condition, the design of the contour parameters of the vehicle is proposed. Based on the vibration modal analysis, the layout of different doors and windows, the structure parameters and the vehicle dynamic characteristics are analyzed, thus obtaining the better vehicle body layout scheme.

high-speed train；performance-driven；vehicle gauge；modal

U271.91

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2020.07.003

1006－0316 (2020) 07－0015－08

2019－03－13

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“高速鐵路裝備本構(gòu)安全技術(shù)”（2016YFB1200403）

黃雪飛（1985－），女，河北唐山人，碩士研究生，工程師，主要從事高速列車系統(tǒng)集成及車輛動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)研發(fā)工作，E-mail：495920257@qq.com。