转向架是机车车辆中最重要的组成部件之一,担当着运行、导向、承载、减振的任务,同时也是牵引和制动最终执行者,是一个典型的复杂机械系统,其设计具有模糊性、耦合性和递归性等特点。目前的设计方法主要针对现有运行转向架存在的问题,进行局部改进和优化,很少有涉及转向架结构设计理论和方法的研究。同时,现代社会的高效率同样影响着产品开发设计。在日趋激烈的市场竞争下,如何充分利用现有资源,实现产品的快速重构设计是复杂机械产品研究的重点。本文基于这两方面的现状,以快速创新设计理论最新研究成果为基础,结合我国转向架设计实际,展开模糊可重构设计理论与方法及其在列车转向架设计的应用研究。1.可重构设计作为21世纪制造业关键技术之一,相对其他的设计方法能够同时解决设计的继承性和创新性两个问题,但是其设计理论基础为独立公理设计理论,仍然难以支撑复杂产品重构设计。本文在详细论述传统可重构理论及其设计方法的基础上,提出了模糊可重构设计理论和设计方法。分析了设计输入信息的模糊性、设计域关系的模糊性和设计求解过程的模糊性,给出了模糊可重构设计的定义及其模糊可重构性的定理,并证明了复杂机械产品设计具有可重构性。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,给出了模糊可重构设计方法。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。2.论述了模糊可重构设计相关模糊集理论及其方法。介绍了模糊集定义和λ-截集的概念,给出了机械产品设计中设计参数的常用隶属度函数。详细论述了基于多参数的模糊识别加权贴近度方法,并将其应用于模糊可重构设计构件的模糊优选。论述了机械结构的模糊优化方法,以许用应力为模糊约束和转向架构架质量最小为优化目标,采用Hypermesh的OptiStruct工具对构架进行了优化分析。3.研究了基于质量屋(HOQ)的产品重构设计矩阵分析方法及其在转向架总体设计中的应用。论述了结构化分析工具(HOQ)的构建过程和关联矩阵及其耦合性分析方法。以转向架设计为例,构建了转向架的“功能—结构”映射矩阵,分析了其可重构性。在此基础上,构建了转向架”性能—参数“关联矩阵,给出了主要设计参数及其重要度排序,为确定目标设计参数提供了理论指导,同时为构件的模糊识别提供了依据。4.针对转向架构架结构的复杂性,研究了构架广义模块化设计方法及其性能仿真。结合焊接构架的结构特征,给出了广义模块定义及其函数表达,分析了参数化模块、柔性模块和虚拟模块的划分方法及其特点,论述了广义模块化产品重构设计方法。以某构架设计为例,实现了构架广义模块化设计以及性能仿真的自动化。5.研究了模糊可重构设计系统(BFRDS)关键技术,实现了其系统开发。产品可重构设计系统关键技术包括产品数据模型、配置设计和自动装配等技术。根据复杂机械产品性能的复杂性,提出了多软件协同仿真技术。在此基础上,详细分析了高速列车转向架的结构特征和设计过程,构建了转向架模糊可重构设计系统的结构体系,给出了系统功能模块和重构设计流程,开发了设计系统软件。综上所述,本文针对复杂机械产品可重构设计问题,以传统可重构设计为基础,基于并行工程和数字样机技术,研究了模糊可重构理论与方法,并以某型转向架为典型应用,探索了转向架设计继承与创新问题。开发的模糊可重构设计系统实现了转向架的模糊重构设计及其产品数据的集成管理,为转向架快速设计和资源重用提供了重要手段和软件平台。