虛擬檢修技術(shù)在動車組檢修中的應(yīng)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(yùn)行中突然出現(xiàn)故障，將會對車內(nèi)人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅，所以，在動車組運(yùn)行之前，需要采用良好的檢修技術(shù)對其進(jìn)行檢修，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬檢修技術(shù)等，其中，虛擬檢修技術(shù)最為常見。因此，對虛擬檢修技術(shù)在動車組檢修中的應(yīng)用前景進(jìn)行分析具有重要意義，為動車組檢修中進(jìn)一步對虛擬檢修技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：虛擬檢修技術(shù)；動車組檢修；應(yīng)用前景

1虛擬檢修技術(shù)概述

近年來，社會的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的增長推動了虛擬技術(shù)的發(fā)展，使得虛擬技術(shù)應(yīng)用到了各個領(lǐng)域內(nèi)，從而衍生出很多全新的技術(shù)，其中包括虛擬檢修技術(shù)，即以計算機(jī)為主要工具，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的仿真軟件，完成對設(shè)備的檢修，以確保設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。與傳統(tǒng)的檢修技術(shù)相比，虛擬檢修技術(shù)具有非常多的優(yōu)勢，如檢修人員無需以實(shí)際的動車組為研究對象，即可進(jìn)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(nèi)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(nèi)容

由于動車組與傳統(tǒng)列車速度更高，使得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，所以，與傳統(tǒng)列車相比，動車組檢修的內(nèi)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(nèi)，對動車組的基礎(chǔ)狀態(tài)進(jìn)行檢修，包括對動車組內(nèi)易損零件的檢查，并將損壞的零件進(jìn)行替換；填充相應(yīng)的潤滑油；擰緊車輛內(nèi)部所有螺絲；調(diào)節(jié)或替換替換等。通過對動車組進(jìn)行一級檢修，及時發(fā)現(xiàn)列車內(nèi)存在的安全隱患，或者是對車輛運(yùn)行時，突發(fā)問題的后續(xù)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(jìn)行的，其中，不僅包括一級檢修的基礎(chǔ)狀態(tài)檢修，而且還加入了其他方面的檢修內(nèi)容，即專項(xiàng)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(jìn)行修形，需要采用旋輪機(jī)；對電器做絕緣測量，需要采用相應(yīng)的電氣儀表等。通過專項(xiàng)檢修，進(jìn)一步提升動車組的性能。

2.3三級檢修

在動車段內(nèi)，定期對動車內(nèi)部的零部件進(jìn)行檢修，如轉(zhuǎn)向架的修理，制動系統(tǒng)的測試，受電弓的檢驗(yàn)等。

2.4四級檢修

在動車段內(nèi)，定期對動車組的主系統(tǒng)進(jìn)行檢修。

2.5五級檢修

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

3虛擬檢修技術(shù)在動車組檢修中的應(yīng)用前景

3.1虛擬檢修技術(shù)在動車組檢修人員培訓(xùn)中的應(yīng)用

動車組檢修作為一項(xiàng)系統(tǒng)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(zhǔn)確將動車組內(nèi)存在的隱患發(fā)現(xiàn)出來，并采用相應(yīng)的手段進(jìn)行處理。而采用傳統(tǒng)的方法來培養(yǎng)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(shí)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(yǎng)模式，從而為虛擬檢修技術(shù)在動車組檢修管理中的應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。培訓(xùn)人員可以利用VR技術(shù)，構(gòu)建出一種動車故障的虛擬場景，而學(xué)生通過佩戴相應(yīng)的眼鏡，結(jié)合操作觸桿，從而完成各項(xiàng)檢修工作。且在檢修完成之后，虛擬技術(shù)還可以根據(jù)檢修人員的檢修情況，對動車組運(yùn)行狀況進(jìn)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(yùn)行帶來怎樣危害。此外，培訓(xùn)時，還要將現(xiàn)實(shí)中常見的一些安全因素加入進(jìn)去，如觸電、零件掉落砸傷等。動車組人員培訓(xùn)中對虛擬技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，能夠有效提升培訓(xùn)的質(zhì)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(shí)際工作當(dāng)中，以免實(shí)際的檢修，對檢修人員造成身體損傷。

3.2虛擬檢修技術(shù)在動車組檢修系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

3.2.1系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

對于動車組檢修系統(tǒng)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(jìn)行拆卸以及安裝，并對零部件的相關(guān)信息進(jìn)行瀏覽等。

（1）CAD模型生成與導(dǎo)入。通過CAD技術(shù)，構(gòu)建出動車組的三維模型，并確定下各項(xiàng)參數(shù)，并將模型與參數(shù)傳遞給仿真系統(tǒng)。為增強(qiáng)仿真的準(zhǔn)確性，還可以將模型傳遞給3DSMax，對模型賦予相應(yīng)的材質(zhì)。

（2）檢修修成信息。根據(jù)不同的故障、引發(fā)原因以及處理方法，構(gòu)建出相應(yīng)的數(shù)據(jù)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(gòu)建出數(shù)據(jù)庫后，還要針對修成的級別，自動生成相應(yīng)目錄，以快速的對信息進(jìn)行查詢。

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

（4）維修目標(biāo)資料。點(diǎn)擊相應(yīng)的維修目標(biāo)后，會在三維場景內(nèi)，展示出相零部件的信息，包括零部件的材料、規(guī)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(nèi)，按照相應(yīng)流程，對零部件進(jìn)行拆卸。同時，若拆卸時出現(xiàn)錯誤，則立即進(jìn)行提示。

（6）資源中心。對設(shè)備模型、參數(shù)等資料進(jìn)行存儲。對于動車組來說，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要通過資源中心與其他模塊的連接，使得數(shù)據(jù)庫有限管理的同時，對虛擬檢修模型進(jìn)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(huán)境內(nèi)，檢修人員按照相應(yīng)的流程，對零部件進(jìn)拆卸、檢查與安裝。檢修仿真時，需要進(jìn)行縮放、選裝等工序，而這些工序的開展，均是通過級聯(lián)相乘的方式，對檢修目標(biāo)進(jìn)行處理而完成的。在OSG內(nèi)，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(zhuǎn)換，需要構(gòu)建出相應(yīng)的MatrixTr點(diǎn)，并通過setMatrix（）方式，將mat賦予MatrixTransform。同時，利用公式（2），結(jié)合節(jié)點(diǎn)，對osg：：NodeCallback進(jìn)行回調(diào)，從而更換了零部件。

此外，在以往的虛擬檢修系統(tǒng)內(nèi)，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(jù)較大的空間。所以，該系統(tǒng)針對這一問題，將裝配模型與拆裝動作關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)分離其中，對于前一類數(shù)據(jù)來說，存儲到.ive文件內(nèi)，而對于后一類信息來說，則存儲在XML內(nèi)。

3.2.3實(shí)例分析

虛擬仿真系統(tǒng)的設(shè)計，能夠提升檢修人員對動車組內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解程度，從而為檢修工作的進(jìn)行奠定良好基礎(chǔ)。根據(jù)上述系統(tǒng)的介紹，結(jié)合某動車組檢修工作的要求，能夠得到相應(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例，該系統(tǒng)運(yùn)行非常流暢，且符合虛擬檢修的要求。

結(jié)論

綜上所述，虛擬檢修技術(shù)最為當(dāng)前較為先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，將其應(yīng)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(qiáng)檢修工作的效率，對整個動車組的運(yùn)行具有重要意義。因此，未來發(fā)展過程中，需要在動車組檢修人員培訓(xùn)，以及動車組檢修系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，加強(qiáng)對虛擬檢修技術(shù)的應(yīng)用程度，以使虛擬檢修技術(shù)發(fā)揮出更大的作用，從而為動車組的運(yùn)行提供安全保障。

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（作者單位：中國鐵路北京局集團(tuán)天津動車客車段）