動車組3D模擬應急實訓系統功能設計與應用

摘要：為提升動車組隨車機械師應急故障處理能力，本文提出了動車組3D模擬應急實訓系統功能設計，介紹了動車組3D模擬應急實訓系統在廣州動車段隨車機械師培訓應用情況，系統對隨車機械師有關動車組故障處理能力提升有明顯效果。

關鍵詞：動車組;模擬;培訓;應急故障處理;隨車機械師

廣州動車段是中國鐵路廣州局集團有限公司直屬站段之一，主要承擔京港線、滬昆線、南廣線、貴廣線等20條線路本屬動車組的運用檢修。廣州動車段隨車機械師近一千人，主要負責監控動車組運行技術狀態，管理和操作動車組設備，應急處理途中動車組突發故障。近幾年來，中國高鐵飛速發展，大量動車組上線運行，對隨車機械師人數需求增加，業務素質要求提高。但隨車機械師人多分散、實訓時間和條件不足等客觀因素影響，需要設計開發“動車組3D模擬應急故障實訓系統”，提升隨車機械師應急故障處理能力。

1 需求分析

高鐵運輸秩序緊張，一旦動車組出現故障，將影響后續車組的運行。動車組發生途中故障，其處理時間要求很短，這對隨車機械師故障處理能力要求很高。通過計算機3D模擬，以游戲方式幫助隨車機械師固化故障處理流程記憶，減少緊張心理、外部環境等因素干擾，十分必要。同時，設計系統應能自適應動車組技術改造，具有自由編制故障處理流程，以及自由上傳展現多媒體功能，以延長系統適用生命期。

2 系統設計

2.1 總體設計

將動車組應急故障處理相關的部件分別建模，并導入Unity3D開發平臺，通過編程實現3D模型具備可視化交互功能。系統設計分為客戶端和服務器后臺（網站）。客戶端用于學員模擬應急故障處理培訓和考試。服務器后臺使用瀏覽器界面，用于老師編輯模擬應急故障處理試題、組織培訓考試等。

2.2 主要功能設計

2.2.1 動車360瀏覽模塊設計

學員可通過本模塊360度了解動車組部件和位置。例如，可“行走式”瀏覽動車組部件，可點擊3D模型并觀察狀態反饋;可瀏覽轉向架等大部件分解和組裝過程。

2.2.2 模擬培訓模塊設計

客戶端自動下載服務器上的培訓題目及評分標準。學員選取培訓題目自行練習，按操作提示，一步一操作，模擬故障處理。學員每步操作正確與否，由客戶端判斷，錯誤不扣分，但需重新操作正確才能下一步。模擬培訓界面如圖1。

2.2.3 模擬考試模塊設計

模擬考試與模擬培訓的操作形式一致，區別在于考試隱藏操作提示，考試題目與評分標準均存在服務器。評分標準由老師設定最大允許錯誤次數，滿分除以最大錯誤次數，即為每錯一次的扣分。學員每步考試操作正確與否，由服務器判斷。若當步操作錯誤，則扣分并讓學員重做;若當步為關鍵步驟，若錯誤則判失格。學員還須在規定時間內完成考試。

2.2.4 后臺3D試題編寫功能設計

每道3D試題由若干步驟組成，每個步驟由五要素組成（見圖2）：分別為部件初始狀態設置，操作內容設置，是否關鍵步驟設置，虛擬場景參數（背景音樂、風速、溫度等）設置，以及部件狀態反饋設置等。而操作內容設置分成四類，分別為對話類、操作類、理論知識類、測量類和多媒體類等，便于老師根據實際選擇合適操作形式。通過部件初始狀態、操作內容和部件狀態反饋分別設置，模擬動車組各種狀態下，不同處理方法，得出不同結果，既降低研究動車組網絡邏輯難度，也提高系統模擬仿真度。

2.2.5 后臺考試管理設計

考試管理功能以下幾要素組成：（1）考試組織，可設置考試名稱、考試時間、考試類型、是否可重考、是否可查看成績等。（2）設置3D試題范圍。（3）設置考試人員，應可批量導入，可逐個添加，或以部門選擇。（4）考試類型設置：日常考試允許考生每月可考試多次，但每天只能考1次;專項考試僅能考試1次。

2.2.6 后臺成績分析設計

成績分析從四角度分析，一是考生個人成績分析，分析考生每次考試錯誤題數、錯誤步驟，并輸出近期成績趨勢圖。二是專項考試分析，分析某次考試各題做錯的人數比例、各步驟做錯的人數比例。三是部門考試分析，分析各部門考試人數、平均成績、不合格人數。四是日常考試月度分析，分析考生某月考試次數、平均成績、合格次數。

3 系統應用

3.1 系統部署和推廣

廣州動車段根據上述設計方案，組織開發了“CRH1、3型動車組3D模擬應急故障考核實訓系統”，在2014年8月推廣使用。系統服務器部署在廣州動車段段部機房，在廣州、深圳、三亞、長沙地區各車間安裝客戶端。在系統試行前，集中開展了系統使用操作培訓。后續新增隨車機械師通過同事幫扶和自學等方式掌握系統操作方法。

3.2 隨車機械師日常培訓應用

隨車機械師日常主要利用出退乘（上下班）交接時間自行3D模擬實訓考試。通過修訂培訓考試管理辦法，要求每人每月考試合格次數不少于2次，對考試成績和考試次數排名前3%的，獎勵200元/人;對合格次數不足的，考核100元/次。為豐富考試題庫，鼓勵老師編制3D試題，并獎勵100元/題。自系統實施應用以來，累計共有60356人次參與了3D模擬考試，月均考試1628人次。

3.3 應用效果

本系統推廣應用后，培訓效果主要體現在：一是以游戲方式融入培訓考試，形式生動新穎，隨車機械師學習興趣高，易接受。二是引入3D模擬實訓形式，使文字理論培訓和現場實作培訓有機銜接，利于隨車機械師知行合一。三是利用計算機模擬實訓，擺脫對現場條件的依賴，隨車機械師可隨時模擬實訓，保持自身故障處理技能時刻處于熟練狀態。四是系統可支持24小時、多人同時模擬實訓，大幅提高培訓效率。五是減輕現場培訓用車壓力，避免頻繁拆裝現有動車組零部件帶來的質量安全風險。六是避免人工培訓教學標準不同的可能，3D系統實現培訓考試標準統一。七是廣州動車段因隨車機械師基本業務技能原因導致CRH1A和CRH3型動車組晚點事故基本消失。

4 結語

通過動車組3D模擬應急實訓系統在廣州動車段隨車機械師培訓效果分析，3D系統在提高隨車機械師應急故障處理能力有顯著作用，為高鐵運輸秩序順暢提供了人員素質保障。本系統開發的動車組模擬實訓環境與模式，也可以推廣至鐵路其他專業領域，如模擬動車組電務通信設備故障處理，模擬組織乘客乘降、防恐演練，模擬列車救援演練等。

作者簡介：黃志忠（1985—），男，廣東鶴山人，工程師，在中國鐵路廣州局集團有限公司廣州動車段工作，主要研究方向為信息化職工教育培訓。