高速列車總體編組布局方案設(shè)計系統(tǒng)研制

都青華，錢一山

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高速列車總體編組布局方案設(shè)計系統(tǒng)研制

都青華1，錢一山2

（1.中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062；2.西南交通大學(xué) 機械工程學(xué)院，四川 成都 610031）

將基于實例模板的設(shè)計思想引入到高速列車的總體編組布局設(shè)計中，并研制了基于實例模板的動車組總體編組布局設(shè)計系統(tǒng)。首先建立高速列車總體編組布局設(shè)計實例的模板，然后開發(fā)高速列車總體編組布局設(shè)計系統(tǒng)，在系統(tǒng)中基于模板實例，采用可視化交互技術(shù)，實現(xiàn)高速列車總體編組布局的快速定制，最后以某型高速列車的總體編組布局設(shè)計為例驗證該系統(tǒng)的正確性和快速定制方法的可行性。

高速列車；總體設(shè)計；編組布局

隨著世界高速鐵路的快速發(fā)展和市場需求的多樣化、個性化發(fā)展，對現(xiàn)有的高速列車研發(fā)模式提出了挑戰(zhàn)[1]。為了適應(yīng)復(fù)雜多變的市場需求，需要新的設(shè)計方法[2]來不斷提高高速列車的研發(fā)效率，縮短研發(fā)周期。運用既有成熟的高速列車總體編組布局設(shè)計經(jīng)驗和實例知識，形成一套快速響應(yīng)市場變化和個性化需求的高速列車總體編組布局方案設(shè)計系統(tǒng)成為一個重要的手段。

總體方案設(shè)計是新產(chǎn)品設(shè)計的核心首要環(huán)節(jié)，在高速列車總體設(shè)計中，編組布局方案設(shè)計的主要任務(wù)是確定列車編組方式、定員、車種，平面布局方案（包括車內(nèi)、車頂和車下）以及車體斷面設(shè)計等，為后續(xù)設(shè)計提供設(shè)計參數(shù)及接口等[3]。在現(xiàn)有的高速列車總體設(shè)計領(lǐng)域中，主流方法是依賴設(shè)計者的專業(yè)知識和經(jīng)驗不斷進行手工調(diào)整，設(shè)計效率低下[4-6]。

本文將基于實例模板的設(shè)計思想引入到高速列車的總體編組布局設(shè)計中，并提出基于實例模板的動車組總體編組布局設(shè)計的實現(xiàn)方法。首先建立高速列車總體編組布局設(shè)計實例模板，然后進行高速列車總體編組布局設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)，最后以某型高速列車的總體編組布局設(shè)計為例驗證該系統(tǒng)的正確性和基于實例模板的快速定制方法的可行性。

1 總體編組布局方案設(shè)計模板構(gòu)建

根據(jù)CRH3A、CRH380B和中國標準動車組等實例的平面布置方案，分別對編組形式、車內(nèi)、車下和車頂設(shè)備進行分析，如表1所示。

表1 總體布局方案設(shè)計中的要素

由表1可知，分五種類型進行布置。車內(nèi)布置分頭車布置C（動/拖）、帶變壓器的拖車布置P、中間動車（拖）布置Z、中間餐吧車布置B、帶殘疾人衛(wèi)生間的中間車布置（動/拖）H；車底布置車種分M、T、P三種模板；平面布置編組車種分C、P、Z、H、B五種模板。各車模板可編輯參數(shù)：車輛定距、車門寬度、車體寬度、車體高度、客室座椅布局長度、一位端距離、二位端距離、車門與車體中心距離。

各個信息存儲模板表中包含：

（1）編組方式：ID、編組數(shù)量、列車定員信息、動拖比、編組形式、車型代號、各車定員、列車編組圖片、備注等；

（2）車內(nèi)、車頂、車下設(shè)備：ID、名稱、設(shè)備圖片、備注等；

（3）平面布置編組模板車型（包括實例）：ID、模板名稱、設(shè)備（包括車頂、車上）、車輛定距、車門寬度、車體寬度、車體高度、座椅間距、客室座椅布局長度、一位端距離、二位端距離、車門與車體中心距離、車內(nèi)和車上布置圖、備注等；

（4）車底布置模板車型（包括實例）：ID、模板名稱、車下設(shè)備、車下布置圖、備注等；

（5）車體外輪廓模板（包括實例）：ID、模板名稱、車體高度、車體寬度、斷面圖紙、斷面離散點、備注等。

（6）列車總裝骨架：ID、模板名稱、骨架模型、編組數(shù)量、車輛定距、車門寬度、車體寬度、車體高度、客室座椅布局長度、一位端距離、二位端距離、車門與車體中心距離、備注等。

2 總體編組布局快速定制設(shè)計方案

方案設(shè)計如圖1所示。

圖1 總體編組布局快速定制設(shè)計方案

布局模塊主要包括編組方式確定、座席安排、車內(nèi)車頂布置、車下設(shè)備布置、車體斷面圖設(shè)計等，輸入為編組數(shù)量、動拖比、座席需求等，輸出主要是平面布局方案圖、車體斷面圖、整車裝配骨架及各組份模塊裝配接口等。

以CRH3A為例進行具體說明如下。

（1）編組方式

輸入?yún)?shù)。從訂單的相應(yīng)技術(shù)指標實例得到。列車編組8輛，動拖比4M4T，定員614人，座席需求為一等座席（2＋2）、二等座席（2＋3）。

輸出參數(shù)。編組形式：MC01＋TP02＋M03＋TH04＋TB05＋M06＋TP07＋MC08；車型代號：ZY＋ZE＋ZE＋ZE＋ZEC＋ZE＋ZE＋ZE；定員：48＋90＋90＋77（＋1殘）＋63＋90＋90＋65；整列定員：一等車定員48人、二等車定員565人。

輸出到平面布置模塊的參數(shù)：MC01-48為一等座席、MC08-65、TP02/07-90、M03/06-90、TB05-63和TH04-77為二等座席。模塊設(shè)計效果圖如圖2所示，要求最后輸出參數(shù)和效果圖保存到數(shù)據(jù)庫。

圖2 編組模塊設(shè)計效果圖

（2）平面布置

輸入?yún)?shù)：MC01-48為一等座席、MC08-65、TP02/07-90、M03/06-90、TB05-63和TH04-77為二等座席。

調(diào)用：車上布置C、P、Z、B、H車模板，車下布置調(diào)用M、T、P車模板（要求根據(jù)輸入?yún)?shù)生成基本編組布局模板，可以在初始模板的約束下對座椅位置和設(shè)備位置調(diào)整、添加、刪除）。

輸出參數(shù)：MC01、MC08、TP02/07（圖3）、M03/06和TB05車的平面布置圖及主要布局參數(shù)、TH04車平面布置圖、主要布局參數(shù)及總布局方案圖（要求保存編組布局方案圖，輸出主要布局參數(shù)到列車總裝骨架中）。MC/TP車下設(shè)備布置如圖4所示。

圖3 TP車平面布置圖

3 總體編組布局方案設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)及驗證

（1）系統(tǒng)開發(fā)背景及運行環(huán)境

高速列車總體編組布局方案設(shè)計系統(tǒng)是在Windows 7 32位操作系統(tǒng)下應(yīng)用，三維軟件設(shè)計平臺采用CATIA V5R21，二次開發(fā)應(yīng)用CAA V5R21 對應(yīng)的程序語言Microsoft Visual Studio 2008 C++。前臺定制界面流程應(yīng)用Microsoft Visual Studio 2008 C#語言編制。后臺數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Server 2005作為數(shù)據(jù)庫管理軟件。因此，本系統(tǒng)軟件的編制主要是前臺界面定制、后臺數(shù)據(jù)庫、三維模型參數(shù)化三大部分的開發(fā)內(nèi)容。

圖4 MC/TP車下設(shè)備布置圖

（2）功能設(shè)計及實現(xiàn)

根據(jù)技術(shù)指標確定列車編組方式，可對車輛型式、車種、定員進行編輯。列車編組界面如圖5所示。

根據(jù)列車編組方式，確定列車平面布置。單擊[編組方式]中[平面布局]按鈕打開窗口?？蓪γ恳惠v車內(nèi)的設(shè)備、座椅等進行編輯和查看。

根據(jù)列車編組、車內(nèi)、車下、車頂?shù)脑O(shè)備布置，確定列車編組布置圖和列車總裝骨架以及各個車輛型式的裝配骨架。

（3）系統(tǒng)應(yīng)用驗證

以CRH3A的設(shè)計輸入為例進行系統(tǒng)的應(yīng)用驗證，通過高速列車總體編組布局方案設(shè)計系統(tǒng)得到最終的編組布局方案。

4 結(jié)語

將基于實例模板思想引入到高速列車總體編組布局方案設(shè)計領(lǐng)域，研制一套高速列車總體編組布局方案設(shè)計系統(tǒng)。在分析高速列車總體編組布局設(shè)計要素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建高速列車總體編組布局方案設(shè)計模板，提出基于實例模板的高速列車總體編組布局方案定制設(shè)計流程，然后基于VS 2008和SQL Server開發(fā)了高速列車總體編組布局方案設(shè)計系統(tǒng)，最后以CRH3A總體編組布局方案設(shè)計為實例驗證開發(fā)系統(tǒng)的正確性和可行性，證明所提出方法的有效性。

圖5 列車編組

[1]張海柱，黎榮，鄒益勝，等. 基于實例推理的高速動車組總體方案設(shè)計[J]. 制造業(yè)自動化，2015（16）：113-116.

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Case-Based Reasoning Design of High-Speed EMU Overall Scheme

DU Qinghua1，QIAN Yishan2

( 1.CRRC Changchun Railway Vehicles Co., Ltd., Changchun 130062,China; 2.School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University,Sichuan 610031,China)

The design idea based on instance template is introduced into the overall marshalling and layout design of high-speed train, and the overall marshalling and layout design system of EMU based on instance template is developed in this paper. Firstly, a instance template for the overall marshalling and layout design of the high-speed train is established. Then, the overall marshalling and layout design system of the high-speed train is developed. In the system, the visual interactive technology is used to achieve the rapid customization of overall marshalling and layout of the high-speed train based on the template examples. Finally, the overall marshalling and layout design of a type of high-speed train is taken as an example to verify the correctness of the system and the feasibility of the rapid customization method.

high-speed train；overall design；marshalling and layout

U292.8

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.02.003

1006－0316 (2018) 02－0010－05

2017－06－05

國家重點研發(fā)計劃先進軌道交通重點專項（2016YFB1200506）

都青華（1980－），男，山東煙臺人，碩士，高級工程師，主要研究方向為軌道車輛。