摘要：以鐵道車輛設備附件安裝架輕量化設計開發流程為研究對象，介紹了在類C123設計思想引導下，基于SolidThinking Inspire和BS EN 12663-1:2010標準及仿真驅動設計理念，完成目標零部件結構優化設計的主要流程和技術重難點。

關鍵詞：鐵道車輛；EN12663-1:2010；C123設計方法；SolidThinking Inspire

 研究背景

多年來，在制造業的產品設計、開發和測試等領域，仿真工程師的愿景是通過仿真設計和驗證，在實物樣機模型構建前，即探索具有最優性能的虛擬樣機模型，提前查找故障缺陷，并提出解決方案，進而縮短產品開發周期。然而，由于工程師在創建仿真模型時需要較長的時間，無法與設計團隊的進度需求相匹配，因此很多場景下，仿真技術僅在驗證過程中發揮作用。另一方面，即使仿真工具被允許用于產品性能優化，往往也處于產品開發的后期，允許仿真工程師進行優化設計探索的空間已非常狹小，整體設計的變化要么無法實現要么極為昂貴。

如果能將模擬和優化作為設計工具，在產品開發的概念設計階段即介入仿真，那么則可以充分利用模型的優化潛力，獲取更多的設計信息，以開發出具有更優性能的概念設計模型，并在此基礎上豐富和完善成為詳細設計模型。

為了應對這一挑戰，Altair創建了C123開發方法，即Concept 1-2-3方法。其將仿真驅動設計的概念設計模型開發分為了嚴整的三個階段：

1. C1階段，搭建概念設計優化模型，明確其三要素。通過拓撲優化方法提取產品基本的傳力路徑模型，或稱為載荷路徑。在后續的設計中，傳力路徑模型將作為產品總體布局的依據；

2. C2階段，基于C1階段提取的傳力路徑模型，根據其自身形態特點，構建基于板桿梁模式的低保真模型，或直接根據傳力路徑模型，構建低保真度幾何模型，并對其進行校核。在該階段，普遍使用包括局部拓撲優化，形狀/尺寸優化等手段進一步進一步發掘模型的優化潛力；

3. C3階段，基于C2階段獲取的第二輪概念設計模型，對設計方案進行精細化幾何重建，并充分運用包括形狀優化/自由形狀優化，尺寸優化等手段，對設計方案的細節進行改良。

事實上在零部件級別的輕量化設計研究中，同樣可以采用類似C123設計方法的正向研發體系，幫助設計人員快速完成兼具輕量化特性及優異剛強度性能的概念模型的搭建。本文的第3、4、5節，即按照類C123設計方法，分別完成了設備安裝架的三輪概念設計。其中，第3節，對經設計空間提取的傳力路徑模型進行了第一輪粗校核；第4節中，對通過粗校核的傳力路徑模型，基于PolyNURBS技術進行了幾何重構，對重構后的概念設計模型進行了第二輪校核；第5節中，則針對零件部分區域存在的表面應力集中問題，通過自由形狀優化技術進行了局部詳細設計階段的優化設計。