ICS45.060

CCSS50

團體標準

T/CCTASXX—2023

高速列車模塊化產品技術平臺建設指南

Guideforconstructionofmodularproducttechnologyplatformforhigh-speedtrains

草案版次選擇

（本草案完成時間：X）

XXXX-XX-XX發布XXXX-XX-XX實施

中國交通運輸協會??發布

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高速列車模塊化產品技術平臺建設指南

1范圍

本標準規定了高速列車模塊化產品技術平臺建設的總體要求、平臺建設過程模型、平臺構建主要方

法、平臺運用主要方法、平臺評價主要方法。

本標準適用于最高運行速度大于200km/h的高速列車模塊化產品技術平臺（以下簡稱平臺）建設，

機車、客車、貨車及其它制式軌道交通裝備可參照執行。

2規范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T30438-2013支持模塊化設計的數據字典技術原則和方法

GB/T31982—2015機械產品模塊化設計規范

3術語和定義

GB/T30438—2013和GB/T31982-2015界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1產品技術平臺producttechnologyplatform

通過信息化賦能實現某類產品共用要素規范化管理和可重用的產品快速設計系統。

3.2模塊化設計modularitydesign

將產品的某些要素組合在一起,構成一些具有特定功能的模塊,將這些模塊作為通用性的模塊與其

他產品要素進行多種組合,構成新的系統,產生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列產品的設計方

法。

[GB/T31982—2015，定義3.20]

3.3產品族productfamily

具有相似功能和/或結構的產品集合

[GB/T31982—2015，定義3.9]

3.4公共模塊commonmodule

形狀與特征在產品族產品中完全相同的模塊。

3.5適應性模塊adaptablemodule

形狀與特征在產品族產品中不完全相同，可通過構建多個配置實例或參數化模板響應多樣化的客戶

需求。

3.6個性化模塊individualizedmodule

形狀與特征在產品族產品中幾乎完全不同的模塊。

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3.7模塊簡統化設計modulesimplificationdesign

將系列產品模塊進行構型和接口簡化統型的設計過程。

3.8產品主結構productmasterstructure

一種可配置的、包括所有組成模塊和規則的、面向產品族的產品結構。

[GB/T31982—2015，定義3.16]

3.9產品配置規則productconfigurationrules

支持訂單產品族定位、模塊屬性參數賦值以及模塊配置約束校驗的規則，具體包括：產品族定位規

則、需求-模塊映射規則、模塊層級映射規則、模塊配置規則。

3.10產品配置設計productconfigurationdesign

基于產品主結構,按一定的配置規則，選擇必選模塊和可選模塊組合成客戶所需產品的設計方法。

[GB/T31982—2015，定義3.22]

3.11產品配置變更productconfigurationchange

基于配置設計結果采用更換模塊配置、修改模型實例、新建模塊實例幾種方式對各個組份的配置結

果進行修改，以獲得最終的產品配置清單。

4總體要求

4.1目標

面向軌道交通裝備市場、技術、研發、運維、成本等需求，搭建高速列車模塊化產品技術平臺系統，

支持高速列車整車級、系統級等多種產品技術平臺構建，可實現企業研發資源平臺化管理和需求驅動的

高速列車快速定制設計，滿足不同環境、不同速度等級的多樣化運用需求，有助于企業研發知識經驗的

積累和重用。

具體包括：

a）對企業產品需求、結構、模塊、流程等研發資源要素進行通用可擴展的規范化管理，實現產品

設計流程與知識的高效、高質量管理；

b）滿足定制化、差異化需求，使同一類產品能在同一平臺、按照同一標準進行開發，實現產品的

模塊化快速定制設計，使產品研發高效、可靠、快速；

c）便于實現模塊技術升級和產品的裝配、維修、回收等，控制成本；

d）幫助企業形成以產品技術平臺為核心的專業化研發、生產和供應鏈格局。

4.2平臺建設原則

4.2.1平臺要素模塊化和標準化原則

企業研發資源包括產品、數據、知識、流程、標準規范等要素實現模塊化、標準化并納入平臺管理，

使研發資源得以有效重用。

4.2.2平臺模塊獨立性和通用性原則

平臺模塊間的信息、功能、結構等耦合度盡可能小，易于實現模塊的單獨設計與制造，以利于提

高模塊的互換性、可維修性、可重用性和可回收性等，同時滿足在不同產品中可選用同一模塊實現相同

功能的需求，以便構成產品技術平臺。

4.2.3平臺可持續性原則

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模塊化產品技術平臺具有不斷更新或升級的迭代能力。

5平臺建設過程模型

5.1概述

高速列車模塊化產品技術平臺建設的典型過程用雙“O”模型表示，見圖1。高速列車模塊化產品

技術平臺建設可分為平臺構建、評價、運用三個基本過程，過程間循環反復以使平臺不斷迭代更新，每

個過程可細分為多個過程功能塊，可根據具體需要選擇其中全部或部分功能開展產品平臺建設。

圖1高速列車模塊化產品平臺建設過程模型（雙“O”模型）

5.2平臺構建過程

在已有的各規格和品種產品實例的基礎上，開展模塊規劃和建模，并實現研發資源的標準化表達

和規范化管理。其過程包括：模塊劃分、模塊類型識別、模塊簡統化設計、產品主結構構建、模塊配置

規則構建。見圖1模型的（A~E功能塊）。

5.3平臺運用過程

在所構建產品平臺的基礎上，開展需求驅動的產品快速定制化設計，產生多種不同功能或相同功能、

不同性能的系列產品。其過程包括：配置設計、配置變更。見圖1模型的（F~G功能塊）。

5.4平臺評價過程

采用恰當的方法對已構建的產品技術平臺技術經濟效益等開展量化評價，以支撐平臺更新策略的制

定。其過程包括：平臺的經濟性評價、技術性評價、運用狀態識別、更新決策。見圖1模型的（H~K功能

塊）。

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6平臺構建主要方法

6.1模塊劃分

高速列車產品結構模塊宜采用基于BOM的多層級模塊劃分方法（見附錄A），構建統一、規范的

模塊化結構樹。模塊劃分應遵循以下原則：

a）劃分順序原則：模塊劃分應先整體后局部、先主要后次要、先功能后結構。

1）先整體后局部，即先進行系統級的模塊劃分，然后根據某一個系統模塊劃分出更細的模塊，

直至不能再細分的模塊；

2）先主要后次要，先劃分對產品功能具有決定意義的核心模塊，再劃分其它次要的模塊，最

后是輔助性模塊；

3）先功能后結構，即在功能模塊清晰的情況下，再按結構劃分子模塊。

b）功能獨立性原則

劃分的模塊應能獨立完成一定的功能，一個模塊宜只響應一個功能。

c）結構獨立性原則

劃分的模塊應盡量增大模塊內零部件的關聯，減少模塊之間的關聯，滿足模塊設計、管理和生產的

獨立要求。

d）粒度適中原則

模塊劃分時宜以部件作為模塊，外購件、安裝座、通用件不宜再劃分。

6.2模塊類型識別

將結構樹上的不可再分節點識別為產品平臺模塊（公共模塊、適應性模塊、個性化模塊）與非平臺

模塊。模塊類型識別可采用“模塊相似度”與“模塊使用度”兩個指標識別模塊的類型。“模塊相似度”、

“模塊使用度”計算公式和模塊識別規則參見附錄B。

6.3模塊簡統化設計

進行平臺模塊簡統化設計，宜采用多屬性決策方法從已有實例中確定平臺模塊實例（應用示例參見

附錄C），以減少不必要、無價值的差異性。

6.4產品主結構構建

產品主結構構建即將模塊化結構樹、模塊類型識別結果、模塊簡統化設計結果綜合，形成產品族主

結構，以支持需求驅動的產品快速定制設計。需要標識的模塊類別有兩個維度：通用程度維度和選型要

求維度。按通用程度模塊分為公共模塊、適應性模塊、個性化模塊、非平臺模塊，按選型要求模塊分為

基本模塊、必選模塊、可選模塊。將各個模塊的實體設計結果與模塊化結構樹上的模塊對象關聯，作為

模塊對象的可配置空間。產品主結構示意圖參見附錄D。

6.5模塊配置規則構建

模塊配置規則是支持配置設計，為模塊屬性參數賦值以及模塊配置約束校驗的規則，具體包括4類：

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a）產品族定位規則

為產品族規劃時的市場細分變量與產品族規劃結果的映射關系，構建產品族的定位規則，用于將客

戶訂單需求定位到某一產品族范圍。

b）需求-模塊映射規則

為不同車種的客戶需求與產品模塊屬性參數間的映射關系，支持基于產品平臺的定制設計中需求向

模塊屬性參數的快速轉化。

c）模塊層級映射規則

為產品主結構中相鄰的上級模塊與下級模塊的屬性之間的映射關系，支持基于產品平臺的定制設計

中上層模塊技術參數向下級模塊技術參數的快速分解、映射。

d）模塊配置規則

為產品主結構中不同模塊間的約束關系，以保證模塊配置時模塊組合的合理性。

7平臺運用主要方法

7.1配置設計

配置設計是以需求映射得到的模塊設計參數為輸入，采用基于實例推理的配置設計方法對產品結構

樹從系統級節點開始進行自上而下的遍歷，對每個模塊節點進行配置，從而獲得產品配置清單的一種方

法。基于實例推理的配置設計方法見附錄E。

7.2配置變更

配置變更可分為系統配置變更和配置結果校驗，實現對各個系統配置結果的修改變更。

a）系統配置變更

以配置設計結果為基礎，采用更換模塊配置、修改模型設計、新建模塊實例幾種方式對各系統推薦

配置的結果進行修改。

1）更換模塊配置：以同車種中所有產品族主結構中關聯的模塊為變更空間，對某個模塊對象

的配置實例進行更換。

2）修改模型設計：對所配置的模塊實例的屬性參數進行修改，對其三維模型進行變型，產生

新的模塊實例。

3）新建模塊實例：以模塊的元模型為基礎，對其屬性參數進行賦值，在三維建模軟件中創建

對應的三維模型，生成新的模塊實例。

b）配置結果校驗

根據模塊配置規則，對各個系統的模塊配置結果進行兼容性校驗，判斷是否滿足所定義的配置規則。

若存在不滿足的規則，則需要返回修改配置結果；若滿足所有配置規則，則可進行總體裝配。

8平臺評價主要方法

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8.1平臺經濟性評價

平臺的經濟性可采用平臺市場份額、平臺效率、平臺效益（產品平臺經濟性指標）進行評價，相關

計算方法參見附錄F。

8.2平臺技術性評價

平臺技術性可采用產品技術平臺通用性指數與適應性指數進行評價，相關計算方法參見附錄F。

8.3平臺運用狀態識別

基于產品平臺各生命周期（興起期、成長期、成熟期和衰退期）的經濟性與技術性指標計算結果，

評估已構建的產品技術平臺的運營狀態，包括“正常”與“異常”兩個狀態，評估準則詳見附錄F。

8.4平臺更新決策

通過產品平臺運營狀態分析，可持續評估產品平臺在各生命周期的運營狀態，當產品平臺顯示異

常運營時，應提示企業開展產品平臺更新決策，分析并且識別產品技術平臺的更新決策項，包括模塊類

型轉化、模塊實例（或模板）變更、模塊技術升級等。

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附錄A

（資料性）

基于BOM的多層級模塊劃分方法

A.1基于BOM的多層級模塊劃分流程

以各車種的產品BOM實例為輸入，采用基于BOM的多層級模塊劃分方法，過程如圖A-1所示。

圖A-1基于BOM的多層級模塊劃分流程

A.2系統級模塊劃分

a）產品BOM處理

對產品BOM的節點進行處理，包括兩部分內容：

1）對結構節點進行分類，有標準件、外購件、通用件、虛件/實件、安裝座5種類型。其中

“虛件”是指企業為了管理方便而虛構的一組零部件集合，它沒有設計、加工圖紙，如“車頂設備”、

“車外設備”等。

2）去除標準件。為了提高模塊劃分的效率，可以去除標準件，如螺栓、墊片等。

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b）基于系統評分表判斷節點是否重新劃分

采用系統評分表評估每個系統級節點的分數，若總分≥3，則建議節點不再重新劃分，可作為一個

系統級模塊，并進入下一層級劃分，系統評分表見圖A-2所示。

圖A-2系統級評分表

注：由系統級評分表可知，面向系統級的模塊劃分主要考慮的是功能獨立性，系統級模塊最好只響應

一個明確的功能。例如，“車體及內裝設備”節點顯然不止一個明確功能，而且還是一個虛件，因此需要對

其進一步劃分，拆分為“車體”、“車內設施”兩個系統模塊。而“轉向架”節點具有一個明確的總功能“走

行”，而且它還不是一個虛件，因此“轉向架”可以不再劃分，直接作為一個系統級模塊。

c）功能-結構分析

針對具有多個功能的系統級節點，需要對其進行功能-結構分析，從而劃分出響應明確功能（最好

為1個）的系統級模塊。

A.3零部件級模塊劃分

a）基于零部件評分表判斷節點是否重新劃分

與系統評分表類似，采用零部件評分表評估每個零部件節點的分數，若總分≥3，則建議節點不再

重新劃分，可作為一個零部件模塊，反之則需重新進行劃分，零部件評分表見圖A-3所示。面向零部件

的模塊劃分除了考慮功能外，還需重點考慮其結構信息，包括它是否是外購件、通用件、安裝座等。

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圖A-3零部件級評分表

b）相關性聚類分析/主觀定性分析

針對需要進一步模塊劃分的零部件節點，可以采用相關性聚類分析重新劃分模塊。此外，除了聚類

分析方法，也可以組織領域專家對待劃分的零部件節點進行定性分析以獲得最終的零部件模塊劃分結果。

A

A

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附錄B

（資料性）

模塊相似度、使用度計算方法及模塊類型識別規則

B.1模塊相似度

模塊相似度是指模塊實例在性能、尺寸、接口等方面相似程度，相似度越高，模塊間功能結構設計

越接近，可滿足互換性要求，計算公式為：

n(t)

S

Mi(r,s)(t)

Sr1,s1,rs…………………（1）

Mi(t)n(t)n(t)1

式中：

S是t時刻模塊Mi的相似度；

Mi(t)

n(t)是t時刻模塊Mi的實例數；

S是t時刻模塊i第r與第s個實例之間的相似度，計算公式為：

Mi(r,s)(t)

kSM(r,s)(t)

Sij……（2）

Mi(r,s)(t)

jk

式中：

Mij是指模塊Mi的技術參數屬性，其總數為k；

S是指t時刻模塊Mi第r與第s個實例關于第j個屬性的相似度值。S在計算過程中，

Mij(r,s)(t)Mij(r,s)(t)

需要按以下兩種情況來識別計算：

1）若第j個屬性的數據類型為數值型，則其相似度的計算公式為：

min(Mij(r,s))(t)

S………………（3）

Mij(r,s)(t)

max(Mij(r,s))(t)

式中：

是指時刻第與第個實例技術參數的最小值；

min(Mij(r,s))(t)trsMij

是指時刻第與第個實例的技術參數的最大值。

max(Mij(r,s))(t)trsMij

2）若第j個屬性的數據類型為文本型，則其相似度的計算公式為：

1,當rs時

……（）

SM(r,s)(t)4

ij0,當rs時

B.2模塊使用度

模塊使用度表示模塊被產品所采用的頻次，使用度越高，表明模塊越基礎，并且該模塊在以后的產

品實例中也基本不變，計算公式為：

m(t)

q假如實例有模塊

p1Mi,p1,pM

U(t)，qi……………（5）

Mim(t)Mi,p0,假如實例p沒有模塊M

i

式中：

是時刻第個模塊使用度；

UMi(t)ti

q是表示產品實例是否使用當前模塊Mi，其中p為產品實例。如果產品實例使用了模塊Mi，

Mi,p

那么q等于1，如果產品實例沒有使用模塊Mi，則q等于0；

Mi,pMi,p

m(t)是t時刻產品實例總量。

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B.3模塊識別規則

通過“模塊相似度S”與“模塊使用度U(t)”所計算的數值制定模塊識別規則，自動、動態

Mi(t)Mi

識別模塊的類型，規則如下:

如果{ε≤S≤1和U(t)=1},那么{Mi=公共模塊}；

Mi(t)Mi

如果{ε≤S≤1和λ≤U(t)<1},那么{Mi=適應性模塊}；

Mi(t)Mi

如果{ε≤S≤1和0≤U(t)<λ},那么{Mi=個性化模塊}；

Mi(t)Mi

如果{0≤S<ε},那么{Mi=非平臺模塊}；

Mi(t)

其中，ε、λ分別是模塊相似度與使用度閾值。

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附錄C

（資料性）

采用多屬性決策方法開展簡統化示例

模塊簡統多屬性決策模型包括4層結構，如圖C-1所示。最高層是目標層，即在已有的多個模塊

實例中選擇符合要求的最優模塊實例；第二層是準則層，即從可重用性、可靠性、供應商評分、成本四

個方面評估模塊實例；第三層是指標層，是實現多屬性決策的關鍵，包括模塊實例差異度、模塊實例使

用度、模塊實例平均故障間隔時間、模塊供貨成本、模塊制造成本、模塊運維成本等；最底層是方案層，

即已有的多個模塊實例。

圖C-1模塊多屬性決策模型

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附錄D

（資料性）

產品主結構示意圖

D.1產品主結構示意圖

圖D-1產品主結構示意圖

B

B

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附錄E

（資料性）

基于實例推理的配置設計方法說明

E.1基于實例推理的高速列車配置設計流程

圖E-1配置設計過程示意圖

E.2屬性參數相似度計算

計及模塊屬性參數中可能包含數值型數據（精確性、區間型）、字符型數據、集合型數據等，因

此分別采用以下算法實現不同類別數據之間相似度的計算。

1)數值型數據的相似度計算

若實例中某一屬性參數的數據類型為數值型數據，其目標值和實例值分別為精確值m和n，則其

相似度計算為：

mn

SimN(m,n)1……（1）

式中:

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為屬性參數的下限值，

為屬性參數的上限值，

為屬性參數的取值范圍，即值域。

若不存在或不好判斷屬性參數的上限和下限值，可采用下式進行精確值m和n的相似度計算：

………………（2）

若實例中某一屬性參數的數據類型為數值?型數據，但?其??目(標?,值?)和實際值一個為精確值m，一個為

???(?,?)=???(?,?)

范圍型值的時候，其相似度計算為：

12n

?,?2simN(m,x)dx

Nn1

Sim(m,n1,n2)…………（3）

n2n1

若實例中某一屬性參數的數據類型為數值型數據，但其目標值和實例值為范圍型值m1,m2和

n1,n2的時候，其相似度計算為：

mn

22simN(x,y)dydx

Nm1n1

Sim(m1,m2,n1,n2)……（4）

(m2m1)(n2n1)

2)字符型數據的相似度計算

實例中字符串型數據有動力型式、注水口型式等。對實例的屬性參數進行相似度計算時，可直接

判斷其實際值n與目標值m是否一致，其相似度計算為：

1,if(mn)

SimS(m,n)……（5）

0,if(mn)

3)集合型數據的相似度計算

實例中集合型數據有制動裝置設置（輪盤制動、軸盤制動），車窗設置（普通窗、逃生窗）等。

若目標值為m(m1,m2,......mi)，實例值為n(n1,n2,......nj)，則相似度為計算為：

Card(mn)

SimA(m,n)……（6）

Card(mn)

式中：

Card表示集合中所含的元素的數量。

E.3綜合相似度計算

若實例屬性參數集中具有k個參數，根據上述相應數據類型的相似度計算公式計算對應的屬性參

數相似度，再計算實例的綜合相似度Sim(case_id)，即：

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k

………………（7）

Sim(case_id)Simi(m,n)i

i1

式中：

是第i個屬性參數對應的相似度；

???為?(第?,i?個)屬性參數的權重。

??

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附錄F

（資料性）

產品技術平臺評價指標和準則計算方法

F.1平臺市場份額

市場份額是指企業產品銷售量在整個市場中所占的比重。企業產品包括非平臺派生產品與平臺派

生產品，其中平臺派生產品的銷售量在整個市場中所占的比重即為平臺市場份額，可基于公式（1）計

算獲得。

npla(t)

Mspla(t)…………………（1）

ntol(t)

式中：

Mspla(t)為企業所建平臺的市場份額；

npla(t)為t時刻平臺派生產品在平臺所覆蓋市場區間的銷售總量；

ntol(t)為t時刻市場區間內所有產品的銷售總量。

F.2平臺效率

平臺效率主要是從時間維度評價所建產品技術平臺派生產品的效率，它是開發派生產品的周期與

開發產品平臺的周期的比值，其計算見公式（2）所示。

Tp(t)

EffiPla(t)…………………（2）

Tpla(t)

式中：

Effipla(t)為t時刻的平臺效率；

Tp(t)為t時刻開發派生產品的平均周期；

Tpla(t)為t時刻開發產品平臺的周期，包括首次開發周期與維護平臺的周期。

F.3平臺效益

產品技術平臺經濟性指標是指產品平臺的效益，即從成本維度評價所建產品技術平臺的經濟效益，

它是派生產品的凈利潤與開發派生產品與產品技術平臺成本的比值，計算公式如下：

Nevp(t)

Eepla(t)（3）

Cp(t)+Cpla(t)

式中：Eepla(t)是t時刻的平臺效益；

Nevp(t)是t時刻派生產品的凈利潤；

Cp(t)是t時刻開發派生產品的成本；

Cpla是t時刻開發產品技術平臺的成本，包括首次開發成本與平臺的累積維護成本。

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進一步，可獲得產品技術平臺效益的環比增長率，計算公式如下：

Eepla(t)Eepla(t1)

GEepla(t)（4）

Eepla(t1)

式中：GEepla(t)是t時刻的平臺效益的增長率；

Eepla(t)是t時刻的平臺效益；

Eepla(t-1)是t-1時刻的平臺效益。

F.4產品技術平臺通用性指數和適應性指數

（1）產品技術平臺通用性指數

產品技術平臺通用性指數是指產品技術平臺公共模塊在所有模塊集合中所占的比例，反映了產品技

術平臺的通用程度，計算公式如下：

n(t)

cm（5）

CIpla(t)

ntol(t)

式中：CIpla(t)是t時刻的平臺通用性指數；

ncm(t)是t時刻公共模塊數量；

ntol(t)是t時刻模塊總數。

（2）產品技術平臺適應性指數

產品技術平臺適應性指數是指產品技術平臺適應性模塊在所有模塊集合中所占的比例，反映了產品

技術平臺面向多樣化客戶需求的適應程度，計算公式如下：

n(t)

am（6）