虛擬檢修技術在動車組檢修中的應用前景分析

趙喆川

摘要：在我國，動車組列車通常指的是時速在140公里每小時以上的列車，由于其速度較快，若運行中突然出現故障，將會對車內人員的生命安全造成嚴重威脅，所以，在動車組運行之前，需要采用良好的檢修技術對其進行檢修，如物聯網技術、虛擬檢修技術等，其中，虛擬檢修技術最為常見。因此，對虛擬檢修技術在動車組檢修中的應用前景進行分析具有重要意義，為動車組檢修中進一步對虛擬檢修技術進行應用奠定良好基礎。

關鍵詞：虛擬檢修技術；動車組檢修；應用前景

1虛擬檢修技術概述

近年來，社會的進步與經濟的增長推動了虛擬技術的發展，使得虛擬技術應用到了各個領域內，從而衍生出很多全新的技術，其中包括虛擬檢修技術，即以計算機為主要工具，通過虛擬現實技術，結合相應的仿真軟件，完成對設備的檢修，以確保設備能夠安全、穩定的運行。與傳統的檢修技術相比，虛擬檢修技術具有非常多的優勢，如檢修人員無需以實際的動車組為研究對象，即可進行檢查、拆卸等整個流程，不僅提高了維修效率，而且還可以避免檢修人員與動車組內部線路的接觸，從而為檢修人員的人身安全帶來一定保障。

2動車組檢修的內容

由于動車組與傳統列車速度更高，使得其內部結構更加復雜，所以，與傳統列車相比，動車組檢修的內容更加繁瑣，具體來說，主要包括以下幾個方面：

2.1一級修

在動車所內，對動車組的基礎狀態進行檢修，包括對動車組內易損零件的檢查，并將損壞的零件進行替換；填充相應的潤滑油；擰緊車輛內部所有螺絲；調節或替換替換等。通過對動車組進行一級檢修，及時發現列車內存在的安全隱患，或者是對車輛運行時，突發問題的后續處理。以保障動車組性能良好。

2.2二級檢修

該檢修也是在動車所進行的，其中，不僅包括一級檢修的基礎狀態檢修，而且還加入了其他方面的檢修內容，即專項檢修，以及新的檢修工具。如檢測車軸的探傷，需要此案用超聲波探傷儀；對踏面進行修形，需要采用旋輪機；對電器做絕緣測量，需要采用相應的電氣儀表等。通過專項檢修，進一步提升動車組的性能。

2.3三級檢修

在動車段內，定期對動車內部的零部件進行檢修，如轉向架的修理，制動系統的測試，受電弓的檢驗等。

2.4四級檢修

在動車段內，定期對動車組的主系統進行檢修。

2.5五級檢修

在動車段內，或者是動車生產廠家處，對動車整體進行檢查，以更換零部件為主，并重新將動車進行組裝。

3虛擬檢修技術在動車組檢修中的應用前景

3.1虛擬檢修技術在動車組檢修人員培訓中的應用

動車組檢修作為一項系統的工作，需要檢修人員具有較高的檢修能力，只有確保檢修人員具有較高的能力，才能快速、準確將動車組內存在的隱患發現出來，并采用相應的手段進行處理。而采用傳統的方法來培養動車組檢修人員，只能傳遞大量的理論知識，而對檢修人員實踐能力的提升則不是很大。因此，需要改變動車組檢修人員的培養模式，從而為虛擬檢修技術在動車組檢修管理中的應用奠定了良好基礎。培訓人員可以利用VR技術，構建出一種動車故障的虛擬場景，而學生通過佩戴相應的眼鏡，結合操作觸桿，從而完成各項檢修工作。且在檢修完成之后，虛擬技術還可以根據檢修人員的檢修情況，對動車組運行狀況進行模擬，并顯示出檢修中存在的問題，使得檢修人員能夠了解不同檢修問題，將會對動車組的運行帶來怎樣危害。此外，培訓時，還要將現實中常見的一些安全因素加入進去，如觸電、零件掉落砸傷等。動車組人員培訓中對虛擬技術進行應用，能夠有效提升培訓的質量，不僅能夠使檢修人員掌握良好的檢修能力，而且還提升檢修人員的安全意識，確保其在實際工作當中，以免實際的檢修，對檢修人員造成身體損傷。

3.2虛擬檢修技術在動車組檢修系統設計中的應用

3.2.1系統功能模塊設計

對于動車組檢修系統來說，其主要是為檢修人員提供一個良好的檢修平臺，檢修人員可以利用該平臺，對零部件進行拆卸以及安裝，并對零部件的相關信息進行瀏覽等。

（1）CAD模型生成與導入。通過CAD技術，構建出動車組的三維模型，并確定下各項參數，并將模型與參數傳遞給仿真系統。為增強仿真的準確性，還可以將模型傳遞給3DSMax，對模型賦予相應的材質。

（2）檢修修成信息。根據不同的故障、引發原因以及處理方法，構建出相應的數據庫，其中包括維修的級別，維修的時間，維修所采用的工具，維修的流程等。構建出數據庫后，還要針對修成的級別，自動生成相應目錄，以快速的對信息進行查詢。

（3）檢修過程演示。針對檢修的要求與流程，在該系統內對正檢修流程進行演示，如零部件的拆卸，故障的檢查等。

（4）維修目標資料。點擊相應的維修目標后，會在三維場景內，展示出相零部件的信息，包括零部件的材料、規格尺寸等。

（5）可視化交互裝配拆卸與裝配。檢修人員可以在模塊內，按照相應流程，對零部件進行拆卸。同時，若拆卸時出現錯誤，則立即進行提示。

（6）資源中心。對設備模型、參數等資料進行存儲。對于動車組來說，內部結構較為復雜，需要通過資源中心與其他模塊的連接，使得數據庫有限管理的同時，對虛擬檢修模型進行集成。

3.2.2維修過程仿真

動車組虛擬檢修的過程中，主要的原理為：在虛擬檢修環境內，檢修人員按照相應的流程，對零部件進拆卸、檢查與安裝。檢修仿真時，需要進行縮放、選裝等工序，而這些工序的開展，均是通過級聯相乘的方式，對檢修目標進行處理而完成的。在OSG內，利用矩陣M的變換，可以將向量V編程V/，具體公式為：

為了確保向量V能夠有效的轉換，需要構建出相應的MatrixTr點，并通過setMatrix（）方式，將mat賦予MatrixTransform。同時，利用公式（2），結合節點，對osg：：NodeCallback進行回調，從而更換了零部件。

此外，在以往的虛擬檢修系統內，整個檢修過程是通過視頻的方式展示出來的，不僅展示的不是很全面，而且需要占據較大的空間。所以，該系統針對這一問題，將裝配模型與拆裝動作關鍵點數據分離其中，對于前一類數據來說，存儲到.ive文件內，而對于后一類信息來說，則存儲在XML內。

3.2.3實例分析

虛擬仿真系統的設計，能夠提升檢修人員對動車組內部結構的了解程度，從而為檢修工作的進行奠定良好基礎。根據上述系統的介紹，結合某動車組檢修工作的要求，能夠得到相應的系統應用實例，該系統運行非常流暢，且符合虛擬檢修的要求。

結論

綜上所述，虛擬檢修技術最為當前較為先進的科學技術，將其應用到動車組檢修中時，不僅能夠提升檢修人員的檢修能力，而且還會增強檢修工作的效率，對整個動車組的運行具有重要意義。因此，未來發展過程中，需要在動車組檢修人員培訓，以及動車組檢修系統的設計當中，加強對虛擬檢修技術的應用程度，以使虛擬檢修技術發揮出更大的作用，從而為動車組的運行提供安全保障。

參考文獻

[1]馬軍，喬磊，張嘉鷺，王柏華.高速動車組轉向架系統檢修虛擬仿真實驗的建設[J].實驗技術與管理，2018，35（05）：111-114+118.

[2]張嘉鷺，馬軍，邵明輝.動車組轉向架檢修工藝虛擬仿真實驗系統開發[J].實驗室研究與探索，2018，37（05）：100-102+113.

[3]張海峰，周韶澤，崔凱，宗振龍，楊文慶，張軍.基于VR技術的標準動車組虛擬檢修系統設計[J].大連交通大學學報，2017，38（02）：43-47.

[4]孫鵬.動車組維修物聯網及其關鍵技術研究[D].中國鐵道科學研究院，2013.

（作者單位：中國鐵路北京局集團天津動車客車段）