一种基于MBSE的地铁转向架定制设计方法

本技术涉及高速列车产品设计，具体涉及一种基于mbse的地铁转向架定制设计方法。

背景技术：

1、随着社会经济和技术的发展，市场环境动态多变，客户的需求也呈现个性化与多样化发展的趋势，地铁车辆作为定制化复杂产品，面临设计研发周期短、定制化程度高等挑战。产品配置设计技术因能有效重用设计知识，快速生成满足客户需求的定制化产品，已成为实现定制设计的关键技术之一。近年来，随着计算机技术的发展，仿真验证技术被广泛应用于设计早期，以便设计人员技术发现错误，减少修改迭代次数。地铁转向架作为地铁车辆的核心部件之一，其设计的合理性是地铁车辆设计的核心问题。

2、当前转向架配置设计及仿真方案设计采用基于文本的系统工程（text-basedsystem engineering，tbse），每一阶段的工作以自然语言为主、独立且分散的工程文档等来描述整个系统的设计研发数据，不同团队间的交互也是基于文档开展，由于地铁转向架配置设计方法缺乏配置模块间以及设计过程与设计数据间的关联关系导致在进行数据修改时需要对每一文档中的数据进行核对和修改，容易出现数据修改不彻底，导致不同文档之间相同数据的取值不同，同时，不同学科的工程文档中对相同概念的名称、定义等存在差异，设计数据的一致性差，当对同类产品进行设计时，需要具备对应专业知识的人员采用人工的方式对每一工程文档中的内容进行阅读和修改，导致转向架的设计效率低，对设计人员的专业要求高，更新维护困难，重用困难。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有地铁转向架配置设计方法设计缺乏配置模块间以及设计过程与设计数据间的关联关系的技术问题，提供了一种基于mbse的地铁转向架定制设计方法，获取目标客户的目标需求；根据目标需求构建第一目标产品族模型，第一目标产品族模型包括第一功能域、第一物理域和第一配置规则；根据第一配置规则求解第一目标产品族模型得到目标产品族架构，目标产品族架构包括符合目标需求的功能模块和物理模块；根据目标产品族架构构建第二目标产品族模型，第二目标产品族模型包括第二功能域、第二物理域、第二实例域和第二配置规则；根据第二配置规则求解第二目标产品族模型得到目标产品族对象，实现根据模块间关联关系和设计数据间关联关系求解得到目标产品族对象，提高设计数据一致性。

2、本发明请求保护一种基于mbse的地铁转向架定制设计方法，包括：

3、获取目标客户的目标需求；

4、根据所述目标需求构建第一目标产品族模型，所述第一目标产品族模型包括第一功能域、第一物理域和第一配置规则；

5、其中，所述第一功能域为可选的功能模块的集合，所述第一物理域为可选的物理模块的集合，所述第一配置规则包括不同所述功能模块的关联关系、不同所述物理模块的关联关系以及所述功能模块与所述物理模块的关联关系；

6、根据所述第一配置规则对所述第一目标产品族模型进行求解，得到目标产品族架构，所述目标产品族架构包括符合所述目标需求的所述功能模块和所述物理模块；

7、根据所述目标产品族架构构建第二目标产品族模型，所述第二目标产品族模型包括第二功能域、第二物理域、第二实例域和第二配置规则；

8、其中，所述第二功能域为所述目标产品族架构中所有可选的所述功能模块，所述第二物理域为所述目标产品族架构中所有可选的所述物理模块，所述第二实例域为所述目标产品族架构中所有可选的所述实例模块，所述第二配置规则包括不同所述实例模块的关联关系、所述功能模块与所述实例模块的关联关系以及所述物理模块与所述实例模块的关联关系；

9、根据所述第二配置规则对所述第二目标产品族模型进行求解，得到目标产品族对象，所述目标产品族对象包括所述目标需求的所述功能模块、所述物理模块和所述实例模块。

10、在本技术一实施例中，在根据所述目标需求构建第一目标产品族模型中，还包括：

11、获取需求元模型和产品族元模型；

12、其中，所述需求元模型为根据目标客户群的需求域构建的需求模型，所述产品族元模型为根据所述需求元模型构建的产品族模型，所述产品族元模型包括第三功能域、第三物理域、第三实例域和第三配置规则；

13、在所述需求元模型的基础上对所述目标需求进行分析，得到目标需求模型；

14、在所述产品族元模型的基础上对所述目标需求模型进行分析，得到所述第一目标产品族模型。

15、在本技术一实施例中，所述产品族元模型的建立方法包括在相邻域间建立相邻域之间的映射关系和分解关系，根据“z”字形映射方式建立所述需求域到所述第三功能域的所述映射关系和所述分解关系，步骤如下：

16、将所述需求域中每一需求和所述第三功能域对应的所述功能模块建立所述映射关系；

17、获取所述需求的子需求，所述子需求为所述需求分解得到的子元素；

18、根据所述映射关系在所述子需求与对应所述功能模块之间建立所述分解关系；

19、获取所述功能模块的子功能模块，所述子功能模块为所述功能模块分解得到的子元素；

20、对所述子需求和所述子功能模块建立所述映射关系。

21、在本技术一实施例中，，根据所述第一配置规则对所述第一目标产品族模型进行求解中，还包括根据冲突数对所述第一目标产品族模型进行求解，所述冲突数为每一产品族架构不符合的所述第一配置规则的数量。

22、在本技术一实施例中，在根据冲突数对所述第一目标产品族模型进行求解中，还包括根据所述第一目标产品族模型的所述第一功能域、所述第一物理域和所述第一配置规则构建约束满足模型，根据粒子群优化模型对所述约束满足模型进行求解，得到所述目标产品族架构；

23、其中，所述约束满足模型的构建方法包括：

24、将所述第一功能域中的所述功能模块映射为所述约束满足模型的变量；

25、将所述第一物理域中的所述物理模块映射为所述变量的可选值域；

26、将所述第一配置规则映射为所述约束满足模型的约束规则。

27、在本技术一实施例中，根据所述第二配置规则对所述第二目标产品族模型进行求解中，还包括以最小化全生命周期成本、最小化交货期和最小化产品总重量为求解目标，对所述第二目标产品族模型进行求解。

28、在本技术一实施例中，在根据所述目标产品族架构构建第二目标产品族模型中，所述第二配置规则还包括所述实例模块的配置参数，根据所述目标产品族架构计算每一所述实例模块的所述配置参数。

29、在本技术一实施例中，在根据所述目标产品族架构构建第二目标产品族模型之前，还包括对所述产品族架构进行系统级仿真，所述系统级仿真用于验证所述目标产品族架构是否符合所述目标需求，若所述目标产品族架构符合所述目标需求，则保留所述目标产品族架构，若所述目标产品族架构不符合所述目标需求，则去除所述目标产品族架构。

30、本技术具有以下有益效果：

31、1、本发明在转向架配置设计过程中引入了mbse方法，将目标客户的目标需求中配置模块间的关联关系、设计数据的关联关系等一方面通过第一目标产品族模型和第二目标产品族模型进行表达，产品设计数据准确，另一方面转化为第一配置规则和/或第二配置规则，对第一目标产品族模型和第二目标产品族模型进行求解，求解过程中由于配置模块间的关联关系、设计数据的关联关系等对功能模块、物理模块和实例模块的选择结果产生影响，求解得到的目标产品配置方案在符合目标需求的同时，保留了配置模块间的关联关系、设计数据的关联关系等，在后续产品生产和使用过程中，避免由于数据修改等原因造成设计数据不一致。

32、2、本发明考虑了在转向架配置设计过程中引入mbse方法，根据目标客户的目标需求实现对第一目标产品族模型和第二目标产品族模型的构建和求解，将模块间的关联关系表示为求解模型的配置规则，分别根据第一配置规则和第二配置规则实现转向架两阶段配置求解，从而得到符合目标需求的目标产品族对象。本发明将对第一目标产品族模型和第二目标产品族模型通过智能优化算法进行求解，替代人工求解，有利于将精力和资源集中在对目标需求的获取和业务逻辑分析，而不用过多的考虑与平台相关的具体实现细节，减少产品设计对人工的依赖，减少设计人员的对相似产品的重复性设计工作，提高了产品设计效率，提高设计数据的一致性，在对新的产品进行定制化设计或对定制化产品进行更新维护时，仅需重新对第一目标产品族模型和第二目标产品族模型进行修改后，重新利用智能优化算法求解得到目标产品族对象，模型更加易于更新维护，基于mbse的仿真方案设计方法提高了仿真方案的适用性，并解决了仿真信息追溯与模型重用困难的问题。

33、3、对于同一需求，可以通过多种不同的功能模块的组合方式实现。因此，在需求域和第三功能域之间建立所述“z”字形映射方式得到的映射关系和分解关系，将客户需求和产品功能联系起来，实现根据映射关系和所述分解关系完成从需求到功能的映射，使得配置模型功能、结构更为独立，故更新、维护方便且对动态定制需求有更强的适应能力。

34、4、在实际应用场景中，目标客户可能属于目标客户群，也可能不属于目标客户群，目标需求与需求域可能存在差异，因此在需求元模型的基础上对目标客户的目标需求进行分析，一方面实现根据目标需求构建目标需求模型，使根据目标需求模型得到的目标产品族对象符合目标客户的目标需求，另一方面，由于目标客户对专业性知识的了解程度、沟通效率等因素的存在导致目标需求与目标客户的真实需求存在差异，需要在与目标客户沟通时反复沟通需求，挖掘客户的潜在需求，因此提前构建需求元模型，可以实现帮助设计人员预判目标客户的需求，提高沟通效率和产品设计效率。

35、5、预先建立需求元模型和产品族元模型，其目的在于预先将所有设计过程、设计数据以及设计过程与设计数据间的关联关系等设计研发数据进行集成，当需要根据目标客户的目标需求进行产品定制时，只需对与需求域中相同的需求进行迁移，根据目标需求与需求域的差异性需求，在需求元模型的基础上进行增加、删减和修改，快速完成对目标客户的目标需求的分析，提高产品设计的重用性。同时，根据专家经验和/或设计人员经验和/或决策者评估对目标需求和需求域的差异性需求进行分析，判断是否需要将差异性需求加入需求元模型，对需求元模型进行更新和完善，对下一次进行产品定制化设计产生影响，一方面提高了产品设计的重用性，减少每次产品定制设计的重复性工作，提高转向架的设计效率，另一方面根据产品定制设计中的差异性需求，辅助完成对目标客户群挖掘和拓展，深入挖掘具有发展前景的市场需求，帮助企业分析市场发展趋向。

36、6、将求解得到所述目标产品族对象划分为两个求解阶段，先得到符合所述目标需求的所述目标产品族架构，确定定制产品的功能模块、实现功能的技术原理逻辑和物理模块，再根据已经确定的功能模块和物理模块，结合所述第二配置规则求解得到符合所述目标需求的、目标函数取值最佳的所述产品族对象。由于优先求解得到功能模块和物理模块，再根据已经确定的功能模块和物理模块求解实例模块，避免了对不符合所述目标需求的功能模块和物理模块下对应的实例模块的计算，减小模型的计算量，提高产品设计效率。

37、7、所述系统级仿真的目的在于用于构建所述第二目标产品族模型的所述目标产品族架构能够符合所述目标需求和/或设计生产原理及时发现所述目标产品族架构中的缺陷，避免缺陷进入后续求解配置，造成资源的浪费。

38、8、本发明考虑了在转向架配置设计过程中引入mbse方法，根据需求域建立需求元模型，根据需求元模型建立产品族元模型，将需求元模型、产品族元模型以及需求元模型到产品族元模型的映射关系和/或分解关系进行封装，每次进行产品定制设计时，将目标需求和需求域进行对比，对于相同需求直接迁移，对于不同的需求，根据需求元模型进行增、删、改等操作得到目标需求元模型，根据需求元模型到产品族元模型的映射关系和/或分解关系，实现快速建立第一目标产品族模型和第一目标产品族模型，提高了产品设计方法的重用性，当每次对不同产品进行定制化设计时，修改设计数据时，基于模型的相同数据和相关数据会自动进行修改，保证数据一致性，提高设计方法的重用性。