[發明專利]一種高速列車轉向架模塊變更影響分析方法

在審

• 申請號: 201910385121.5
• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN111914340A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 程賢福
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種高速列車轉向架模塊變更影響分析方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟：

(1)對模塊間的關聯及變更影響度進行分析；

(2)對模塊內的關聯影響及變更傳播進行分析。

2.根據權利1要求所述的一種高速列車轉向架模塊變更影響分析方法，其特征在于，所述對模塊間的關聯及變更影響度進行分析，包括確定高速列車轉向架內主要零部件間的綜合關聯強度，構建高速列車轉向架設計初始設計結構矩陣(design structure matrix，DSM)，并將“強關聯或耦合”的零部件聚類成同一個模塊，從而將DSM矩陣劃分為若干個模塊，對模塊間的關聯及變更影響度進行分析方法如下：

設某一高速列車轉向架高速列車轉向架產品包含n個主要零部件C_i(i＝1,2,…,n)，被劃分為N個模塊，基于n×n階的DSM表達各零部件間的關聯關系。其中DSM中的主對角線元素表示零部件自身聯系，其他元素表示零部件間的綜合關聯關系。從設計變更傳播角度分析，模塊變更主要考慮的是某個零件的變化對其它零件的擾動影響程度。這種擾動影響程度可通過一個零部件的變更直接導致另一個關聯零部件重新設計的概率來表示?；谝褎澐帜K的DSM基礎上，分析各零部件間的關聯依賴關系，確定一個零件的變更引起另一個零件變化的影響程度，即建立模塊的變更影響設計結構矩陣(記為C-DSM)。

以兩個模塊M₁和M₂之間的關聯影響關系為例，如圖1所示是該兩模塊的C-DSM，圖中非對角線元素表示表示零部件間的關聯依賴關系。

M₁和M₂之間有兩個接口元素，其中M₁通過零件C₃影響M₂的零件C₅，而M₂通過零件C₆影響M₁的零件C₂。M₁的變更會引起M₂的變化，同樣，M₂的變更會影響模塊M₁。其所對應的模塊及零件間的變更傳播路徑如圖2所示。

從以上兩圖可以看出，模塊間的變更影響除了與模塊間的接口直接相關，還與依賴模塊內部零件的關聯關系以及被影響零件在依賴模塊中的地位有關。假設兩個模塊M_p和M_q之間存在相互作用，具體為M_p中的C_i影響M_q中的C_j，則稱C_i為模塊M_p影響M_q(M_p→M_q)的主控零件，C_j為依賴零件。C_i不只對M_q中的C_j有直接影響，同時會間接影響到M_q中的其它零件，因為M_q是一個“耦合子系統”，C_j在M_q中相當于變更發起零件，會直接或間接傳播給M_q中的其它零件。因此應分析C_i對M_q的變更傳播影響，識別C_i的變更傳播路徑，明確零件C_j在M_q中的地位，計算C_j對M_q中其它零件的變更影響度。

假設M_q中包含n個零件，各零件在模塊中的影響地位已確定，且其C-DSM根據主導地位的順序已重排，m_q和n_q分別是M_q中第一個主導零件及最后一個零件的序號，記P(C_j,C_k)(k＝m_q,m_q+1,…,n_q，k≠j)為C_j對M_q中第k個零件C_k的綜合變更影響度，則C_i對模塊M_q的變更影響度P(C_i,M_q)可表示為

式中，r_j,i為M_p中的C_i對C_j的直接關聯值，為C_i對M_q中其它零件的間接變更影響度。

當C_i對M_q多個零件有直接影響時，如C_i直接影響M_q中的C_u和C_v，則C_i對模塊M_q的變更影響度為

如果模塊M_p內有t個對M_q直接影響的主控零件，則模塊M_p對模塊M_q的變更影響度為

在計算出任意兩兩模塊間的變更影響度后，建立模塊間的變更影響設計結構矩陣，如圖3所示。在矩陣中，每列中變更影響度的和表示該列所對應的模塊對其它模塊的綜合變更影響度(標記為“E_M”)，而每行變更影響度的和表示其它所有模塊對該模塊的變更影響度(標記為“D_M”)。E_M越大，說明其對應的模塊對其它模塊的影響越大；D_M越大，說明其對應的模塊對其它模塊的依賴越大。

通過計算每個模塊的E_M和D_M值，可判斷模塊在高速列車轉向架設計中的優先地位。E_M/D_M表示該模塊影響其它模塊與依賴其它模塊的商，其數值越大，意味著該模塊在高速列車轉向架內部變更影響中地位越高。因此，對于包含多個模塊的高速列車轉向架，應分析每個模塊對其它所有模塊的變更影響度，再比較各個模塊的變更影響度大小。假設某一高速列車轉向架A有N個模塊，模塊M_i在高速列車轉向架A中的地位也可用下式表示

式中，P(M_i,A)為模塊M_i的E_M/D_M值。

P(M_i,A)(i＝1,2,…,N)中值最大者，表示其在高速列車轉向架中主導順序地位最高。同理，依次類推，可得到任一模塊在高速列車轉向架中的影響地位。當某個模塊的P(M_i,A)＝0，意味著該模塊不影響其它模塊，為完全吸收模塊。當某個模塊的P(M_i,A)＝∞，則表示該模塊不依賴于其它模塊，其在設計中應最優先考慮。在高速列車轉向架設計過程中，應盡量避免對主導模塊的更改，因為它將導致較大的傳播影響范圍。

3.根據權利1要求所述的一種高速列車轉向架模塊變更影響分析方法，其特征在于，所述對模塊內的關聯影響及變更傳播進行分析，包括對步驟1所得的DSM矩陣劃分情況及模塊間的關聯及變更影響度，對模塊內的關聯影響及變更傳播分析方法如下：

模塊間變更影響與依賴零件所在的模塊內部關聯依賴關系及零件在模塊中的影響地位有關。模塊規模越大及零件在模塊中的地位越高，則變更傳播影響的范圍越廣，傳播路徑越龐雜。零件變更傳播有兩種方式，一種是一個零件直接傳播到另一個零件，另一種是一個零件通過至少一個中間零件再傳播到另一個零件。零部件間不同的關聯關系會使變更傳播朝著不同的方向擴散，形成多條變更傳播路線。根據模塊內零部件之間的關聯關系和傳播的行為特性將不同的傳播路線連接起來，將形成變更影響傳播樹。變更影響傳播樹描述了模塊內整個零部件間傳播過程的行為特性，反映了零部件之間的變更傳播關系。每條路徑代表了一條直接或間接變更傳播途徑，路徑上的元素不會重復，因此最長的變更傳播路徑包含的元素數量不超過該模塊內的零件數量。

一般來說，模塊內各零部件間關聯關系越緊密，變更傳播的發散程度越大，變更影響傳播樹的樹枝越多。對于某條傳播路徑，各零部件間間接關聯的影響可能性大小與傳播路徑長度(即相關零件數)有關，長度越長，影響可能性越小。假設M_q內C_j到C_k有s條不重復的變更傳播路徑，其中C_j→C_k為直接傳播路徑(也有可能沒有直接傳播路徑，如步驟1中的C₇→C₅，r_5,7＝0)，其余s-1條均為間接傳播路徑，C_i→C_u→C_v→C_k為其中的一條(第r條)變更傳播路徑，則該條傳播路徑的變更影響度為

P(C_j,C_kr)＝r_u,j×r_v,u×r_k,v

不同的路徑表示不同的變更傳播影響，各種可能的間接變更傳播影響通過相應的傳播路徑來體現。一個零件(變更發起零件)到另一個零件(變更吸收零件)間的所有可能的變更傳播路徑的變更影響度之和就是前者對后者的綜合變更影響度。因此，C_j到C_k上s條變更影響路徑的變更影響度之和為C_j對C_k的變更影響度P(C_j,C_k)，即

如步驟1中M₁與M₂的關系所示，M₁中C₃的變化直接引起M₂中C₅的擾動，進而傳播給C₆、C₇和C₈，C₅則可視為M₂中的變更發起零件。因為C₅的變更直接傳播給C₆和C₇，C₆的變更傳播給C₈。同時，C₆和C₇、C₇和C₈之間又存在耦合關聯關系。因此，為了分析C₅對M₂中其它零件的變更傳播影響，需識別C₅在M₂中的變更傳播路徑。基于變更影響設計結構矩陣和變更傳播路徑，建立一種變更影響傳播樹。M₂中C₅到C₆、C₇和C₈的變更影響傳播樹如圖4所示。

然后，根據變更影響傳播樹，分別計算C₅到C₆、C₇和C₈的變更影響度，如下：

C₅→C₆：P(C₅,C₆)＝r_6,5+r_7,5×r_6,7＝0.6+0.5×0.1＝0.65。

C₅→C₇：P(C₅,C₇)＝0.5+0.6×(0.4+0.4×0.3)＝0.846。

C₅→C₈：P(C₅,C₈)＝0.6×(0.4+0.4×0.6)＝0.384。

將C₅→C₆、C₅→C₇和C₅→C₈的變更影響度相加，可得C₅對M₂中其它零件的變更影響度

P(C₅,M₂)＝P(C₅,C₆)+P(C₅,C₇)+P(C₅,C₈)＝1.846。

M₁中只有一個零件C₃影響M₂且僅直接其中一個零件C₅，則M₁對M₂的變更影響度為

P(M₁,M₂)＝0.2×[1+1.846]＝0.5692。

同理，分析M₂中的C₇對M₁中C₂的直接變更影響和其它零件的間接變更影響，分別建立變更影響傳播樹，計算M₂對M₁的變更影響度。

P(M₂,M₁)＝0.2×[1+1.054]＝0.4108。

P(M₁,M₂)P(M₂,M₁)，M₁對M₂的變更影響度大于M₂對M₁的變更影響度，模塊M₁優先于模塊M₂。