基于BOM的地铁转向架配置设计方法研究

摘要

近些年来，我国的地铁市场得到了飞速发展，地铁主机厂作为地铁车辆的设计和制造者，也面临着许多发展机遇与挑战。转向架是地铁车辆的关键组成，其主流设计方式是客户需求驱动的按订单定制设计。在多年的转向架研发工作中，主机厂积累了大量的差异化产品实例，但却缺乏对已有产品本身和其需求的共性和差异性分析，导致产品设计重用率低、研发知识没有得到有效积累、研发周期长、效率低等问题。产品配置设计是一种在客户个性化需求驱动下，通过选择与组合从历史设计资料中定义的可配置单元产生定制化产品的方法，具有满足客户多样性需求、缩短产品设计周期、减少企业生产总成本等优势，可被用于新形式下的转向架设计。但由于客户需求不同造成的地铁转向架差异性，不仅体现为功能的不同，还存在相同功能由不同技术原理来实现的情况，传统将产品的功能和结构封装于同一个配置单元的方式不能满足这种要求。因此，本文以地铁转向架为研究对象，提出基于功能、技术原理和结构解耦的两阶段配置设计技术，主要内容如下：　　(1)分析了现有地铁转向架的销售BOM和EBOM的特点，基于BOM数据从共性和差异性角度分析了现有地铁转向架产品的需求、技术指标和结构，在此基础上构建了全文研究的研究框架和技术路线。　　(2)研究了基于功能、技术原理和结构解耦的地铁转向架配置建模方法。首先基于公理设计和FBS理论确定了配置建模框架，然后基于QFD方法构建转向架配置特征模型，实现客户需求向转向架整体及组成单元功能属性的映射，并对传统GBOM模型进行扩展，构建转向架扩展GBOM模型实现转向架功能向技术原理和具体实例的映射，最后构建配置规则实现转向架配置模型的集成。　　(3)研究了多维需求驱动下的地铁转向架功能、技术原理和具体实例的两阶段配置求解过程。第一阶段通过FAHP计算客户需求的相对权重，并基于QFD方法实现配置特征模型中客户需求到产品级配置特征的映射，然后基于配置规则完成扩展GBOM模型中功能单元和技术单元的配置，最后基于VIKOR方法对得到的技术单元组合方案进行评价，以得到最佳方案；第二阶段基于参数映射规则完成配置特征模型中产品级配置特征到模块级配置特征的映射，并建立组合优化模型，利用遗传算法求解扩展GBOM中购置成本和维修成本之和最低的实例模块组合方案。　　(4)基于上述研究，开发了地铁转向架配置设计原型系统，分析了系统的需求，并设计了系统的架构和主要功能模块，最后以实例验证全文方法和构建系统的可行性和有效性。　　本文通过研究基于功能、技术原理和结构解耦的地铁转向架两阶段配置设计方法，使得配置产品既可快速满足多样化的客户需求，又可实现购置成本和维修成本之和最低。

目录

声明

第1章绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2.1 BOM研究现状

1.2.2 配置设计研究现状

1.2.3 配置设计系统研究现状

1.2.4 地铁转向架配置设计研究现状

1.2.5 现有研究存在的不足

1.3 论文内容与结构

1.3.1 研究目的及研究内容

1.3.2 全文组织结构

第2章基于BOM的地铁转向架配置设计方法研究基础

2.1 地铁转向架配置设计术语定义

2.2 地铁转向架BOM分析

2.3.1 转向架需求分析

2.3.2 转向架技术指标分析

2.3.3 转向架结构分析

2.4 基于BOM的地铁转向架配置设计技术路线

2.5 本章小结

第3章基于BOM的地铁转向架配置模型构建

3.1.1 配置建模理论基础

3.1.2 配置模型框架与建模流程

3.2 基于QFD的配置特征模型构建

3.2.1 QFD相关理论

3.2.2 建模流程分析

3.2.3 模型的形式化表达

3.3.1 扩展GBOM理论

3.3.2 建模流程分析

3.3.3 模型的形式化表达

3.4 模型构建实例

3.4.1 配置特征模型构建

3.4.2 扩展GBOM模型构建

3.5 本章小结

第4章地铁转向架两阶段配置求解

4.1 配置求解总流程分析

4.2 转向架一阶段配置求解

4.2.1 客户需求权重确定

4.2.2 产品级配置特征映射

4.2.3 功能单元和技术单元配置

4.2.4 技术单元组合方案评价

4.3 转向架二阶段配置求解

4.3.1 模块级配置特征映射

4.3.2 实例模块组合优化模型构建

4.3.3 基于遗传算法的组合优化模型求解

4.4 实例应用

4.4.1 转向架一阶段配置

4.4.2 转向架二阶段配置

4.5 本章小结

第5章地铁转向架配置设计原型系统设计

5.1 系统需求分析

5.2 系统设计

5.2.1 系统架构设计

5.2.2 系统功能模块设计

5.3 系统开发与应用实例

5.3.1 系统开发框架和运行环境

5.3.2 系统运行实例

5.4 本章小结

总结与展望

总结

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果