鐵路客車轉(zhuǎn)向架虛擬仿真系統(tǒng)的實(shí)用性分析

1、    鐵路客車轉(zhuǎn)向架虛擬仿真系統(tǒng)的實(shí)用性分析    衛(wèi)海 馮巖 鄒俊俊 張佩 樊亞玲摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)擴(kuò)大鐵路規(guī)模，鐵路客運(yùn)里程大幅增長(zhǎng)，符合資質(zhì)要求的檢修工人數(shù)無(wú)法滿足鐵路客車檢修量的矛盾日益突出。大量的鐵路客車需要定期檢修，而培訓(xùn)一名合格的檢修工人周期較長(zhǎng)，且受場(chǎng)地等客觀因素的限制性較大。本文以鐵路客車較為重要的部位轉(zhuǎn)向架為例，通過(guò)研究基于vr技術(shù)的鐵路客車轉(zhuǎn)向架虛擬仿真系統(tǒng)，分析該系統(tǒng)的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架系統(tǒng);虛擬仿真;檢修培訓(xùn);實(shí)用性doi：10.16640/ki.37-1222/t.2019.02.2131 前言改革開放以來(lái)，我國(guó)鐵

2、路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)迎來(lái)了飛躍式發(fā)展。大規(guī)模鐵路網(wǎng)需要數(shù)以萬(wàn)計(jì)的鐵路客車運(yùn)行支持。轉(zhuǎn)向架技術(shù)關(guān)系到鐵路客車運(yùn)行的安全性、可靠性和舒適度，是鐵路客車的核心技術(shù)之一。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，雖然鐵路客車轉(zhuǎn)向架成本占比較小，但在維修成本中的占比卻很大。在不同級(jí)別檢修過(guò)程中，轉(zhuǎn)向架的檢修工作量最大，消耗的人力資源和時(shí)間成本最多，相關(guān)的組織管理工作難度也最大。為了解決與日俱增的鐵路客車檢修工作任務(wù)，需要大量的檢修人才。鐵路職業(yè)院校作為為鐵路集團(tuán)公司輸送實(shí)踐技能型人才的搖籃，應(yīng)積極承擔(dān)起培養(yǎng)鐵路客車檢修人才的重任，這不僅能成為校企合作的良好契機(jī)，更能提升高職院校的就業(yè)率和社會(huì)價(jià)值。傳統(tǒng)的鐵路客車檢修人才的培養(yǎng)模式投資大、效率

3、低、學(xué)習(xí)效果一般，且受時(shí)間、地點(diǎn)限制性大。因此依托企業(yè)的技術(shù)等優(yōu)勢(shì)資源，深化校企合作，增進(jìn)理實(shí)一體化，打造虛實(shí)結(jié)合、信息交互、學(xué)校培養(yǎng)、企業(yè)培訓(xùn)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，意義重大。2 鐵路客車轉(zhuǎn)向架虛擬仿真系統(tǒng)概述近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的興起，虛擬仿真系統(tǒng)作為一種新型的輔助教學(xué)手段被廣泛應(yīng)用于各科實(shí)踐類教學(xué)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)越性在于通過(guò)三維模型和環(huán)境的建立，可使操作者與場(chǎng)景發(fā)生交互，使操作者能夠在虛擬的環(huán)境中完美地模擬現(xiàn)實(shí)檢修的各個(gè)環(huán)節(jié)。這種先進(jìn)的多媒體技術(shù)可將圖像、聲音、各類傳感器、各類反饋技術(shù)集成于一體，很好地解決了現(xiàn)實(shí)檢修的時(shí)間、地點(diǎn)等局限性。鐵路客車檢修部位非常多，本文以檢修成本占比

4、最大的轉(zhuǎn)向架為例，通過(guò)研究鐵路客車轉(zhuǎn)向架虛擬仿真系統(tǒng)，分析該系統(tǒng)的構(gòu)成、功能及實(shí)用性。該鐵路客車轉(zhuǎn)向架虛擬仿真系統(tǒng)前期借助catia等三維軟件，采用參數(shù)化建模方法，真實(shí)準(zhǔn)確地建立轉(zhuǎn)向架的零件和總裝模型。通過(guò)參觀學(xué)習(xí)檢修車間，建立虛擬工作場(chǎng)景。根據(jù)實(shí)際檢修規(guī)程，建立隨機(jī)故障庫(kù)，模擬生成常見的檢修故障。通過(guò)人機(jī)交互方式對(duì)轉(zhuǎn)向架實(shí)現(xiàn)虛擬拆裝、檢修功能，同時(shí)記錄學(xué)員的實(shí)操行為。最終，對(duì)培訓(xùn)學(xué)員處置故障的操作給予科學(xué)公正的評(píng)價(jià)。該虛擬仿真系統(tǒng)分為三大塊。其中，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)認(rèn)知模塊分為零件基本結(jié)構(gòu)認(rèn)知和檢修工藝文件閱讀兩部分內(nèi)容;虛擬檢修模塊分為標(biāo)準(zhǔn)化檢修流程、檢修工具模擬操作及常見故障判斷三部分內(nèi)容;學(xué)習(xí)

5、評(píng)價(jià)模塊即對(duì)學(xué)員操作過(guò)程給予科學(xué)公正的評(píng)價(jià)。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)認(rèn)知模塊可使操作學(xué)員了解該系統(tǒng)的操作說(shuō)明、轉(zhuǎn)向架的零件結(jié)構(gòu)及檢修工藝文件。該軟件提供了兩種按檢修操作流程學(xué)習(xí)的模式供學(xué)員選擇，不僅能通過(guò)系統(tǒng)自帶演示功能觀看學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向架零件的基本結(jié)構(gòu)，更能夠通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤與系統(tǒng)進(jìn)行交互的方式，自主選擇特定的零件模型進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)、平移等以便掌握零件結(jié)構(gòu)特征。轉(zhuǎn)向架虛擬檢修模塊主要包括構(gòu)架的組成、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、搖枕彈簧裝置、輪對(duì)軸箱裝置等。具體步驟如下：第一步，架車準(zhǔn)備;第二步，檢查外觀、記錄、編碼;第三步，構(gòu)架組成、輪對(duì)軸箱、搖枕彈簧、基礎(chǔ)制動(dòng)、管路及輔助裝置的各工位檢修;第四步，自檢、互檢及專檢。學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)模

6、塊可對(duì)學(xué)員操作給予科學(xué)評(píng)價(jià)。既可通過(guò)該模塊對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)進(jìn)行考核，又可通過(guò)該模塊對(duì)職工的崗前實(shí)操技能進(jìn)行實(shí)訓(xùn)考核。3 對(duì)教師及學(xué)生的幫助鐵路客車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)在高職院校檢修實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)開展的現(xiàn)狀并不理想，原因在于設(shè)備昂貴、場(chǎng)地受限、安全隱患較大、且無(wú)法模擬鐵路客車實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種故障等。這樣，軌道交通相關(guān)專業(yè)的學(xué)生就無(wú)法掌握鐵路客車檢修的技能。為使學(xué)生在校期間掌握各類實(shí)操技能，培養(yǎng)崗位能力，本文中提到的鐵路客車轉(zhuǎn)向架虛擬仿真系統(tǒng)意義重大。該虛擬仿真系統(tǒng)以鐵路客車轉(zhuǎn)向架資源為核心，營(yíng)造出開放、共享的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境，最終集成虛擬資源、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、智能指導(dǎo)和教學(xué)管理于一體，具有良好自主性、交互

7、性、可擴(kuò)展性和安全性的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)。該系統(tǒng)可用于軌道交通類課程的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，為檢修維護(hù)、故障處理及裝配技術(shù)虛擬仿真等提供更為廣泛的可操作性。4 對(duì)企業(yè)及員工的價(jià)值目前，鐵路客車檢修工人基本都是在入職后集中進(jìn)行培訓(xùn)。由于培訓(xùn)周期較長(zhǎng)，培訓(xùn)內(nèi)容較復(fù)雜，既消耗人力物力，又耽誤時(shí)間。該虛擬仿真系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)將鐵路客車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)集圖文、聲音、視頻等于一體，使操作學(xué)員在非現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境即可通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤，采用人機(jī)交互的方式直觀清晰地了解轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)及各檢修規(guī)程等信息。這將大大節(jié)省不必要的人力和物力，達(dá)到利潤(rùn)最大化。5 結(jié)束語(yǔ)鐵路客車轉(zhuǎn)向架虛擬仿真系統(tǒng)采用先進(jìn)的多媒體技術(shù)，利用現(xiàn)代信息手段開

8、發(fā)，具有建設(shè)和維護(hù)成本低、平臺(tái)擴(kuò)展性強(qiáng)、利用率高等優(yōu)勢(shì)。該系統(tǒng)的開發(fā)為校企合作帶來(lái)了良好的契機(jī)，形成了“教學(xué)實(shí)訓(xùn)研發(fā)”的共建共享模式。利用該虛擬仿真系統(tǒng)，可有效節(jié)省實(shí)驗(yàn)設(shè)備購(gòu)置經(jīng)費(fèi)、減輕學(xué)校資金壓力;同時(shí)也為軌道交通類企業(yè)節(jié)省了大量人力物力成本，從而提高利潤(rùn)。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源可方便、快捷地形成共享資源，滿足學(xué)生實(shí)訓(xùn)、職工培訓(xùn)、科技服務(wù)等需求，輻射人群廣泛，社會(huì)價(jià)值較高。參考文獻(xiàn)：1劉麗影，劉繼剛，劉維.我國(guó)高速動(dòng)車組檢修制度j.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，29（08）：1000-1003.2米小珍，梁樹林，兆文忠.面向檢修的crh3動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)j.鐵道機(jī)車車輛，2010（02）