高速列车转向架模糊可重构设计理论与方法研究

The bogie of high-speed train is a typical and complicated mechanical system, which not only takes charge of moving, guiding, supporting, damping, but also is the final executor of traction and brake. The innovation in its design is difficult in cause of its fuzziness, coupling, recursion etc. Aiming at this problem, the theory and method of fuzzy reorganizability are put forward combined the theory and research outcome of reorganizability design. Namely, the theory of fuzzy is used to construct design domain and its coupled matrix, and prove the reorganizability of complicated products. On this basis, in allusion to the limitation of analytic hierarchy process and 'Z' mapping used in traditional method of reorganizable design, based on the house of quality (HOQ), the quantitative analysis is put forward to solve the coupling mapping between function and structure domain and the coupling mapping between Performance and parameter domain, and fuzzy identification method is put forward to solve mapping between parameters and structure domain. At last, the complicated mechanical product bogie is chosen as a typical application to construct its fuzzy design domain and coupled matrix, the component models supporting fuzzy mapping and the fuzzy reorganizable bogie design system. Research of this project can enrich the theory and method of reorganizability, develop the bogie design of high-speed train. It is especially significant to make the production of new high-speed bogie with proprietary intellectual property rights in China.

高速列车转向架承担着运行、导向、承载、减振的任务，同时也是牵引和制动的最终执行者，是一个典型复杂的运动机械系统，其设计具有模糊性、耦合性和递归性等特点，创新十分困难。针对这一问题，根据可重构设计理论和最新研究成果，提出模糊可重构理论与方法，即运用模糊集理论来构建设计域及其设计耦合矩阵，并证明复杂产品的可重构性。在此基础上，针对传统的可重构设计方法所采用的层次分析和"Z"字映射方法的局限性，提出基于质量屋（HOQ）定量分析方法求解功能域与结构域、性能域与参数域的耦合映射，用模糊识别方法求解参数与结构域的映射。最后以复杂机械产品高速列车转向架为典型应用，构建转向架模糊设计域及其模糊设计矩阵、支持模糊映射的构件模型和转向架模糊可重构设计系统。本项目的研究可进一步丰富可重构理论与方法，推动高速列车转向架设计理论与方法的发展，尤其对我国形成具有自主知识产权的新型高速转向架具有重要意义。

高速列车转向架承担着运行、导向、承载、减振的任务，同时也是牵引和制动的最终执行者，是一个典型复杂的运动机械系统，其设计具有模糊性、耦合性和递归性等特点。针对这一问题，结合复杂机械产品开发资源重用与创新问题，在现有可重构设计理论基础上，展开了模糊可重构设计理论与方法等关键技术研究。主要内容如下：. 1、提出了模糊可重构设计理论和方法，为复杂产品可重构设计提供了理论基础。在详细分析了产品设计活动过程及其特点，提出了模糊可重构设计的定义及其模糊可重构性的定理，即用模糊关系设计矩阵代替经典的布尔设计矩阵，并用“λ-截集”对矩阵进行模糊矩阵裁剪与转化，由此判断复杂机械产品设计具有可重构性。. 2、给出了模糊可重构设计方法。针对传统可重构设计采用的层次分析和“Z”字映射方法，在复杂机械产品可重构设计方面存在效率低和风险大的问题，将传统的设计域进行细化，提出了性能域概念，将物理域分为结构域和参数域，采用模糊数描述设计域及其映射关系，通过模糊矩阵变化、模糊相似识别和再设计实现产品的重构。. 3、在转向架的可重构分析表明转向架构架因结构的复杂性，可重构性较低。结合现有广义模块化设计研究成果，扩展了广义模块的定义及其模块构建方法，并以某型动车组转向架构架为例详细论述构架广义模块化理论方法及其系统的开发过程，实现了转向架构架参数化和模块化设计及其性能仿真的自动化。. 4、产品可重构系统关键技术研究，为系统开发奠定技术基础。主要包括基于性能驱动的产品数据模型、复杂参数关系网络化分析方法、基于预定义装配特征的自动装配技术、轨道车辆载荷反演技术和多软件协同仿真技术等。. 最后，结合高速列车的结构特征、设计程序和相关标准要求，构建了转向架模糊可重构设计系统、轮对广义模块化设计系统和车体参数设计与管理系统。本项目的研究进一步丰富可重构理论与方法，推动高速列车设计理论与方法的发展，对促进复杂产品创新设计具有重要意义。