毕业设计论文城市轨道列车外观造型概念设计资料.docx
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毕业设计论文城市轨道列车外观造型概念设计资料
××××大学
本科毕业设计（论文）
城市轨道列车外观造型概念设计
年级:
2009级
学号:
姓名:
专业:
机械设计制造及其自动化
指导老师:
2013年6月
院系专业
年级姓名
题目城市轨道列车外观造型概念设计
指导教师
评语
指导教师（签章）
评阅人
评语
评阅人（签章）
成绩
答辩委员会主任（签章）
年月
毕业设计（论文）任务书
班级学生姓名学号
发题日期：
2013年3月2日完成日期：
6月6日
题目城市轨道列车外观造型概念设计
1、本论文的目的与意义
概念设计是实现创新的关键,概念设计阶段是设计中最富有创造性的阶段,是一个从无到有、从上到下、从模糊到清晰、从抽象到具体的过程。
对广义设计来说,概念设计可以定义为:
“在对预设目标充分理解后,确定设计理念,构想实现目标的途径和方法,采用适合预设目标的表达形式,构成多种可行方案,评价和决策最优方案,作为详细设计的依据的一种设计过程”。
本论文以城市轨道列车外观造型为设计内容，对未来城市轨道列车进行了深入的概念设计，通过设计体现造型的未来感和时代精神。
同时，通过设计进一步深入理解概念设计的设计方法、设计手段和思路，在设计过程中熟练运用三维建模软件3dmax，增加动手制作实体模型的能力，进一步巩固所学，提高综合应用的能力。
2、学生应完成的任务
（1）收集有关概念设计、未来轨道列车的资料，完成英文翻译。
（2）1万外文字符的翻译。
（3）学习掌握概念设计、灵感的收集、草图方案的绘制、筛选方案的设计方法。
（4）为选方案的技术论证。
（5）应用3dmax进行3D建模和渲染。
（6）实体模型油泥的制作方法
（7）完成论文的撰写（不少于15000字）。
3、论文各部分内容及时间分配：
（共15周）
第一部分查阅、搜集相关资料，参考学习，并完成外文翻译。
（2周）
第二部分学习掌握基本知识、方法和原理，并完成论文总体内容设计。
（3周）
第三部分设计方案、绘制草图，为所选方案技术论证。
（3周）
第四部分用3dmax软件建模，用油泥建造实体模型。
（3周）
第五部分设计说明书、整理等工作（2周）
评阅及答辩（2周）
备注
指导教师：
年月日
审批人：
年月日
摘要
概念设计是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清晰、由抽象到具体的不断进化的过程。
概念设计即是利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法。
概念设计是完整而全面的设计过程，它通过设计概念将设计者繁复的感性和瞬间思维上升到统一的理性思维从而完成整个设计。
本文介绍的是未来观光列车外观造型的仿生设计，利用三维软件3dmax对其进行建模。
设计过程包括草图的绘制，结构设计，性能设计，技术论证，方案的确定，三维建模，实体建模。
学习并掌握概念设计中设计方式和思考方法，利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法。
将存在于思想中的灵感和想法，通过草图设计的形式表达出来，进行删改，并为其技术上的可行性进行分析，最终完成整个方案的设计和在三维软件中的构建。
也许他们还不能马上走向市场，但是当你在做概念设计或者寻找灵感的时候，概念设计依然可以带给人们启迪。
而且，我们可以看到一个设计理念是如何逐渐演化和成长的。
最后，根据所设计出来的方案，用3dmax软件进行建模，多次删改后更加符合美学特征。
然后用油泥对该模型以一定的比例进行实体建模，构建出想要的方案效果。
关键词：
未来列车，概念设计，三维建模，仿生设计，实体油泥建模。
Abstract
Conceptwasdesignedbyanalyzinguserneedstogenerateaseriesofconceptproductsordered,canbeorganized,targeteddesignactivities,itbehavesasacoarse-to-finefromfuzzytoclear,fromtheabstracttotheconcreteevolvingprocess.Thatis,theuseofthedesignconceptdesignconceptanditsmainlinerunsthroughtheentiredesignprocessdesignmethods.Conceptualdesigniscompleteandcomprehensivedesignprocess,itwillbethroughthedesignconceptofthecomplexemotionalandtransientdesignerrosetounifythinking,rationalthinkinginordertocompletetheentiredesign.
Thisarticleisaboutthefuturetouristtrainappearancebionicdesign,theuseofthree-dimensionalmodelingsoftware3dmaxthem.Designprocessincludesasketchdrawing,structuraldesign,performance,design,technologydemonstrationprogramtodetermine,3Dmodeling,solidmodeling.
Learnandmastertheconceptualdesignmethodsanddesignthinking,theuseofthedesignconceptanditsmainlinerunsthroughtheentiredesignprocessdesignmethods.Willexistinthemindsofinspirationandideas,throughsketchdesignexpressedintheform,fordeletion,anditstechnicalfeasibilityanalysis,thefinalcompletionoftheentireprogramdesignandconstructathree-dimensionalsoftware.Maybetheycannotimmediatelyenterthemarket,butwhenyouaredoingconceptualdesignorlookingforinspirationwhenconceptualdesigncanstillbringpeopletoenlightenment.Moreover,wecanseeadesignphilosophyishowgradualevolutionandgrowth.
Finally,accordingtothedesignedprogram,with3dmaxmodelingsoftware,manytimesmoreinlinewithaestheticfeaturesexcision.Thenusetheclaymodelofacertainpercentageofthesolidmodelingtoconstructthedesiredprogramresults.
Keywords:
thenexttrain,conceptualdesign,3Dmax,bionicdesign,solidmodelingclay.
第1章绪论
1.1概念设计的现状及其发展
以计算机、网络为特征的信息化社会改变了我们的生活方式，也改变了设计师的工作方式，设计的形式和内涵都在发生变化。
电脑微型处理器的运用解放了机械化时代对产品形式的束缚，设计师可以更多地在形式上发挥自己的创造性和想象力，消费者对多样化产品的要求又鼓励了设计形式的变化，形色各异的设计成了商家占有市场的策略或年轻设计师标新立异的观念体现。
发生在设计品内在的变化则是人们对工业化发展进程中一些问题的认真反思和严肃认识，工业化造成的环境污染使设计师意识到了保护自然的责任，对人本身的关怀使设计更多地体现出人性化的另一面。
在提倡多元化的今天，设计在体现高新技术、提供良好功能的同时还充当着表现民族传统、人文特点、个性特色的多重角色。
现代设计是科学和艺术、技术与人性的结合，科学技术给设计以坚实的结构和良好的功能，而艺术和人性使设计富于美感，充满情趣和活力，成为人与设计和谐亲近的纽带。
片面强调一面忽视另一面，将使设计走向极端，与设计初衷背道而驰。
现代主义设计之所以受到人们的批评和责难，就在于它在强调理性主义和功能性的同时，忽略了对人性化、多样化的关注，而走入了高度理性化、冷漠化、单一化和功能化的歧路；而产生于20世纪70年代的后现代主义之所以并未赢得大多数消费者的认同并在90年代以后逐渐式微，很大程度上在于它在追求个性化、人性化、多样性和装饰性的同时，又走入了忽略、无视功能和结构的死胡同——很多后现代主义的产品设计压根就无法使用，成了真正意义上的“概念设计”。
意大利设计大师索特萨斯于80年代设计的书架，使用了塑料贴面材料，颜色鲜艳跳跃，而造型夸张奇特，几乎不具备书架的使用功能，却更像一个抽象的雕塑作品。
这样的设计虽也有着多样而生动的特点，甚至包含很深的文化隐喻色彩，对消费者而言，却形同虚设，又何来人性化可言?
著名美籍华裔科学家李政道先生曾把科学和艺术比作一个硬币的两面，形象地论述了科学与艺术的不可分割关系。
1.2未来列车的发展及其现状
1.2.1未来列车的发展意义
好的列车设计在给人们带来快捷写方便的同时,也给人们提供了一种独特的生活体验,它通过对氛围、组织、可得性等诸多以客户为导向的体验设计原则的理解应用,为人们移动生活中存在的问题提供了更好的解决方案,将我们带入一个令人向往的全新的体验时代。
列车的体验设计,不仅对设计产业有着拉动作用,对其他产业的发展也将产生重大影响。
在越来越快的生活节奏中,人们对便捷快速的交通工具的需求越来越高了。
在未来人类文明的发展中，应该出现一些贴近人们日常生活、高效率、便捷环绕人们生活的城市中的交通工具。
这样，未来列车应运而生。
1.2.2未来列车的发展现状
随着欧洲经济逐步一体化,欧洲人口稠密的大城市对交通运输的需求迅猛增长,这对铁路是个机遇,因为铁路是环保最好的运输方式,可为满足运输要求做出贡献。
为了满足这一要求,业巳规划出了欧洲高速铁路网。
只有实现高速运营,才能充分缩短旅行时间,使铁路对长途旅客也有足够的吸引力。
因此,多年来西欧各国铁路一直在进行不懈的努力,为的是使国际联运也达到国内高速铁路运营业已达到的运输质量。
由于东欧和南欧诸国对运量要求越来越大,此项欧洲高速铁路规划将有新的扩大。
要进行全面的研究与规划,才能确保每一条线路都能依照工作能力准则予以设计。
对线路或铁路网的结构、线路的平面布置参数、最高速度、客货混合运输运量
、运营概念等方方面面,都要考虑。
从交通、经济较为发达的欧洲的现状，我们可以得到很多方面的启示和更多的灵感。
1.3本文主要研究内容及论文结构
1.3.1本论文的选题意义
无论是在现在，还是在未来的交通工具中，搭乘高速列车都是人们出行生活的主要方式。
由于在未来人们生活和工作节奏的加快，因此，一款便捷、快速、贴近人们生活的轨道列车的出现变得很有存在的意义。
而现在的轨道列车由于科技和目前高速列车的发展程度，并没有更多的从人们生活的角度去建造。
本论文研究的是未来铁路交通工具概念设计，众所周知，在人口日益众多的今天，我国以及世界的铁路交通正在飞速的发展，正呈蒸蒸日上的景象。
而这些发展，来自于众多人们的汗水、辛劳，以及创新。
而其中，创新恰恰是最重要最不容易的一环。
而本次课题设计是在此基础上的概念设计，而设计理念正是创新的具体体现。
所以，通过本次课题的研究，希望能够发挥自己的能力，开拓思维，达到抛砖引玉的作用。
1.3.2论文结构
本文分为5章，其主要研究内容有:
对未来轨道列车的设计、对设计方案的草绘、对设计方案的技术论证、对车头的美学造型和仿生设计、对设计方案的三维建模和实体建模。
第一章介绍了概念设计的研究背景、未来轨道列车设计的发展现状。
第二章主要内容是对未来轨道列车的方案设计，草图讲解。
第三章主要内容是对设计方案的技术论证。
第四章主要内容是对车头的美学造型和仿生设计和对设计方案的三维建模。
第五章主要内容是对设计方案的实体油泥塑造。
最后对全文进行了总结，得出了合理的结论，从而对该研究有了进一步的认识。
第2章基于未来列车的概念设计与分析
2.1本论文的设计思路
2.1.1基本定义
概念设计又可分为前阶段的确定设计理念,构思设计思想,进行形象思维和抽象思维,是设计者形成创新思维、产生创新灵感的重要时期;后阶段的确定功能结构,构思实现途径和方法,进行逻辑思维,是设计者形成具体可行方案的重要时期。
2.1.2设计思路
由概念设计的定义可见，概念设计又可分为前阶段的确定设计理念,后阶段的确定功能结构,构思实现途径和方法,进行逻辑思维,是设计者形成具体可行方案的重要时期。
在最开始，根据需求预设本次课题的目的：
设计未来列车，缓解城市交通压力，方便普通民众生活、工作。
前阶段：
确定设计理念，“钢筋水泥城市中的纽带，高楼之间的桥梁”。
在未来的城市生活中，人们可以在自己家的楼房中方便地搭上便捷的空中列车。
后阶段：
确定功能结构，列车设计为一种穿梭于高楼之间的空中轨道列车，特点是停靠站台设计在高楼的楼层或者顶楼中，从而达到足不出户，便可享受便捷的交通。
首先需了解城际列车的概念及开行条件，列车的轨道、悬挂方式、动力，空气阻力以及列车车头部的设计，了解一些体验列车的现状以及未来列车的发展方向。
2.2本论文的设计方案
2.2.1列车运行方式
首先确定列车的开行地点，未来的城市中。
站台设定在楼房的楼层或者顶楼；轨道的高度在半空，基本保持同一高度；轨道穿越在各个楼房之间，使得人们不用下楼就可以搭上便携的交通工具，如图2-1。
图2-1草绘列车的运行方式
2.2.2列车轨道的设计
一般情况下，电能是通过受电弓和电网接触取得，高速条件下弓网受流稳定性成为保证列车高速运行的关键因素。
方案Ⅰ目前存在的道床式铁轨这样的轨道优点是成本低、维护及垃圾清理方便；缺点是噪声较大、受气象和天气影响比较严重、空气阻力较大。
如图2-2。
图中的铁轨中间设计了感应轨，通过它与列车底部的反馈，可以获得列车与轨道的空气高度以获得很多检测故障的信息。
受电弓则是埋藏在轨道道床底部。
图2-2草绘列车轨道方案Ⅰ
方案Ⅱ真空式管道铁轨真空管道是不一定完全真空的，通过设计时速所需来决定管道内的压强，如图2-3。
这样的轨道优点是速度快、不必太多考虑空气阻力等因素来设计车头、受天气影响较小；缺点是成本较高、维修不便。
在图中，列车右侧的设计有安全舱。
每隔一段距离会设计安全舱，当车辆发生故障停止后，乘客及其他人员就可以从此撤离。
列车左侧则是车站的出口及通道。
图2-3草绘列车轨道方案Ⅱ
方案Ⅲ悬挂式铁轨列车的轨道存在于列车的上方，采用悬挂的方法，双向轨道，有利于节约空间，如图2-4。
优点是成本不是很高，缺点是需要考虑天气因素、影响城市美观。
受电弓埋藏在轨道内部，但是整个轨道在两辆列车相向而行高速相遇的时候，之间的空气会造成一些不稳定因素，或多或少会引起车体的摇晃。
图2-4草绘列车轨道方案Ⅲ
而悬挂式铁轨的车站构成，如图2-5，由于有双向轨道，图中位于“IN”方向的乘客下车后稍作等待，列车离开之后，经过中央到达右方出口。
图2-5草绘悬挂式铁轨的车站构成
2.2.3列车动力的设计
方案Ⅰ如图2-6（上），太阳能电池铺在列车顶端。
但仍需要用受电弓以防电力不够以及阴天的情况。
方案Ⅱ如图2-6（下），太阳能电池铺在隧道顶部。
图2-6草绘列车动力的设计方案I，II
2.2.4列车运行方式的设计
方案Ⅰ如图2-7，磁悬浮运行方式的优点在于安全、洁净、噪声小、高效节能。
在轨道的顶部有线性变压器传输电能；在两侧有线性电机导向系统，用于导向；刹车系统也存在于两侧接触的地方；在轨道底部有紧急通道。
图2-7列车运行方式的设计方案I
方案II全方位磁悬浮装置。
以各个方向给予磁场力使之悬浮。
该方案的优点是不再需要转向架，利用真空间隙的大小来实现转弯；封闭式较强。
缺点是更为耗能，只能行走固定型号的车辆。
如图2-8。
图2-8列车运行方式的设计方案II
第3章关于设计方案的技术论证
3.1关于真空轨道的技术论证
3.1.1隧道
现阶段两种主要的真空管道系统：
现阶段提出的真空管道系统主要有两种，分别是美国的DarylOster的ETT（EvacuatedTubeTransport）系统和瑞士的超高速地铁（SWISSMETR0）。
美国E公司的ETT系统美国佛罗里达机械工程师DarylOster经过多年的研究与设计，于1999年获得真空管道运输（ETT）系统发明专利。
至此，真空管道运输作为一项正式的专利技术被记录在世界科技发明史上。
系统设计时速来决定真空管道内压强大小。
管道由持久耐用的可维持真空的密封材料制成。
管道的材料要因每条路线所处的环境、气候等实际情况而有所改变。
管道可以由混凝土、陶瓷、钢铁、铝、玻璃纤维和塑料等按层次建造。
根据实际情况可能还有其他更合适的材料。
管道可像高铁建设方式高架桥模式，也可地下布置，这要根据当地的地形和经济条件来决定。
直径小于1英尺（0.305m）的管道用来邮寄小型的包裹和邮件。
据估计直径5英尺（1.5m）的管道几乎可以满足所有的运输需求。
在管道沿线每隔一定距离设有安全舱，当车辆发生故障停止后，乘客可从此安全船安全的逃离。
瑞士超高速地铁（Swissmetro）系统Swissmetro是一个地下高速磁悬浮列车系统，设计速度400-500km/h，瑞士政府把它定名为瑞士地下铁路。
作为一个高速的客运交通系统方案，最初是计划以高速度和高频率把瑞士的主要城市和地区联系起来，并考虑未来向其他欧洲城市的延伸。
为避免两辆迎头对开的列车相遇时出现气压转变及震荡波，而使迎头对开的列车底分开，SWISSMETRO的主体由两条隧道组成。
根据地貌不同，隧道深度在60-lOOm之间。
为了减小空气阻力，在隧道中抽成真空，真空度大约跟18000米高空的气压相当（约为0.1个大气压），这一般就是飞机作高速飞行所需的高度与大气密度，这种真空环境有利于减小空气对车体的阻力，节省用于驱动的能量。
车站都设在城镇中心，跟城市和地面的运输线联接成网。
隧道中抽成一定的真空，隧道直径5m，2个隧道间隔25m，并用钢筋混凝土管片（25cm）衬砌，铺3cni密封层及现绕混凝土内层衬砌（25cm）。
岩层与衬砌管片间的缝隙（4cm）用灌衆封闭。
两条对向隧道通过横向的走廊连接起来，产生和保持部分真空的抽气泵就放在这里。
管道真空度为制造并保持隧道中的部分真空，可使用市面上常见的抽气机。
每15km长的区段，抽风效率要求达到6000L/h，这样列车就能在气压2000Pa（相当于0.02个大气压）的环境中运行，预计不可避免的泄漏约为30%。
因此，15km隧道区段的持续抽气效率约12000/h。
真空管道磁悬浮系统的优点，与现有的运输工具（飞机、高铁、汽车等）相比，真空管道磁悬浮系统有以下显著优点：
（1）快速
洛杉矶一纽约，仅需要45分钟；北京-华盛顿.DC,只需2小时;本地旅行速度350km/h,国际间旅行速度达到4000km/h左右;与常压下的轨道交通对比，在0.1个大气压下的真空管道磁悬浮系统中磁浮列车速度可以达到运营速度500-700km/h。
（2）高效、节能
由于快速的特点，减小了空气阻力和轮轨间的摩擦力，使得列车的能耗大大降低。
这将大大有利于缓解日益紧张的能源问题。
（3）便捷
运行过程采用"快速起停、快速乘降"的原则，即:
无需待避/会让:
快速起停，减少了旅客等待时间。
由于列车在封闭的管道内运行，也使得列车和旅客的出行不在受天气因素影响。
（4）安全
ETT由于其运行环境的封闭性和行驶的路径单一性具有其他运输方式无法比拟的优势。
ETT可以减少甚至避免引起各种传统运输方式的事故因素。
（5）洁净
环境友好;使用可再生能源一-少量的电力，可持续性好，由于管道内抽成一定要求的真空，自然形成隔音屏障，以至无任何对外噪声。
（6）现实可行
所有建设ETT的设备和绝大部分的技术都是现成的;部分所涉及的技术己投入商业应用。
真空管道磁悬浮系统从设想提出、概念形成到技术专利的确立，虽然还需经历了一个漫长的技术革新过程。
随着21世纪材料工艺、计算机、航天工业、自动控制、高速铁路等技术走向成熟，建设真空管道磁悬浮系统所需的基础条件己经具备。
美国E公司的ETT系统和瑞士Swissmetro公司的Swissmetro系统都属于真空管道运输范畴，但二者之间有本质的区别。
E公司的ETT基于小管道断面、独立的小车体，高频率连续发车，除了可以低速运行，更追求高目标速度，不仅适合较短距离运输，长大距离更能发挥其优越性。
而Swissmetro的出发点是为了解决瑞士本国或者欧洲范围内的运输问题，由于将来应用的目标区域较小，则没有追求超高速度.管道断面以及车辆大小跟现有的地铁相当，运行车辆采用组合列车方式。
3.1.2噪声
采用真空隧道很好的解决了城市噪声的问题。
第一，磁悬浮的动力系统噪声很小；第二，真空隧道隔绝了车体运行部位与外界的接触，噪声不能传达至外部。
3.2关于运行速度的技术论证
磁悬浮列车的高速性无可厚非，下面论证磁悬浮动力系统的可行性。
城轨磁悬浮交通线路的平面技术条件包括最小曲线半径、缓和曲线线型、缓和曲线长度和最小夹直线、最小夹圆曲线等。
线路平面技术条件对线路走向、工程投资、运营费用和通过能力都具有重要的影响。
3.2.1最小曲线半径
最小曲线半径,是指按照正常要求的运营速度下,保证行车安全和旅客乘坐舒适的最小曲线半径。
在轨道交通轮轨铁路系统中,线路所允许的最小曲线半径主要由安全条件、舒适条件确定。
磁浮铁路系统从构造上采取了避免列车脱轨和倾覆的措施。
列车环抱线路,而电磁力会随着间隙的减小而成几何级数增大,几乎排除了列车脱轨和倾覆的可能性。
因此,城轨磁悬浮交通的平面最小曲线半径主要由舒适条件确定的磁悬浮列车在空间曲线上运动时,作用
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