動車組3D模擬應(yīng)急實訓(xùn)系統(tǒng)功能設(shè)計與應(yīng)用

摘要：為提升動車組隨車機械師應(yīng)急故障處理能力，本文提出了動車組3D模擬應(yīng)急實訓(xùn)系統(tǒng)功能設(shè)計，介紹了動車組3D模擬應(yīng)急實訓(xùn)系統(tǒng)在廣州動車段隨車機械師培訓(xùn)應(yīng)用情況，系統(tǒng)對隨車機械師有關(guān)動車組故障處理能力提升有明顯效果。

關(guān)鍵詞：動車組;模擬;培訓(xùn);應(yīng)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(jiān)控動車組運行技術(shù)狀態(tài)，管理和操作動車組設(shè)備，應(yīng)急處理途中動車組突發(fā)故障。近幾年來，中國高鐵飛速發(fā)展，大量動車組上線運行，對隨車機械師人數(shù)需求增加，業(yè)務(wù)素質(zhì)要求提高。但隨車機械師人多分散、實訓(xùn)時間和條件不足等客觀因素影響，需要設(shè)計開發(fā)“動車組3D模擬應(yīng)急故障實訓(xùn)系統(tǒng)”，提升隨車機械師應(yīng)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(xiàn)故障，將影響后續(xù)車組的運行。動車組發(fā)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(huán)境等因素干擾，十分必要。同時，設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)能自適應(yīng)動車組技術(shù)改造，具有自由編制故障處理流程，以及自由上傳展現(xiàn)多媒體功能，以延長系統(tǒng)適用生命期。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

將動車組應(yīng)急故障處理相關(guān)的部件分別建模，并導(dǎo)入Unity3D開發(fā)平臺，通過編程實現(xiàn)3D模型具備可視化交互功能。系統(tǒng)設(shè)計分為客戶端和服務(wù)器后臺（網(wǎng)站）?？蛻舳擞糜趯W(xué)員模擬應(yīng)急故障處理培訓(xùn)和考試。服務(wù)器后臺使用瀏覽器界面，用于老師編輯模擬應(yīng)急故障處理試題、組織培訓(xùn)考試等。

2.2 主要功能設(shè)計

2.2.1 動車360瀏覽模塊設(shè)計

學(xué)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(tài)反饋;可瀏覽轉(zhuǎn)向架等大部件分解和組裝過程。

2.2.2 模擬培訓(xùn)模塊設(shè)計

客戶端自動下載服務(wù)器上的培訓(xùn)題目及評分標準。學(xué)員選取培訓(xùn)題目自行練習(xí)，按操作提示，一步一操作，模擬故障處理。學(xué)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(xùn)界面如圖1。

2.2.3 模擬考試模塊設(shè)計

模擬考試與模擬培訓(xùn)的操作形式一致，區(qū)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(wù)器。評分標準由老師設(shè)定最大允許錯誤次數(shù)，滿分除以最大錯誤次數(shù)，即為每錯一次的扣分。學(xué)員每步考試操作正確與否，由服務(wù)器判斷。若當步操作錯誤，則扣分并讓學(xué)員重做;若當步為關(guān)鍵步驟，若錯誤則判失格。學(xué)員還須在規(guī)定時間內(nèi)完成考試。

2.2.4 后臺3D試題編寫功能設(shè)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(tài)設(shè)置，操作內(nèi)容設(shè)置，是否關(guān)鍵步驟設(shè)置，虛擬場景參數(shù)（背景音樂、風(fēng)速、溫度等）設(shè)置，以及部件狀態(tài)反饋設(shè)置等。而操作內(nèi)容設(shè)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(jù)實際選擇合適操作形式。通過部件初始狀態(tài)、操作內(nèi)容和部件狀態(tài)反饋分別設(shè)置，模擬動車組各種狀態(tài)下，不同處理方法，得出不同結(jié)果，既降低研究動車組網(wǎng)絡(luò)邏輯難度，也提高系統(tǒng)模擬仿真度。

2.2.5 后臺考試管理設(shè)計

考試管理功能以下幾要素組成：（1）考試組織，可設(shè)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(shè)置3D試題范圍。（3）設(shè)置考試人員，應(yīng)可批量導(dǎo)入，可逐個添加，或以部門選擇。（4）考試類型設(shè)置：日?？荚囋试S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(shè)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(shù)、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(shù)比例、各步驟做錯的人數(shù)比例。三是部門考試分析，分析各部門考試人數(shù)、平均成績、不合格人數(shù)。四是日?？荚囋露确治?，分析考生某月考試次數(shù)、平均成績、合格次數(shù)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)部署和推廣

廣州動車段根據(jù)上述設(shè)計方案，組織開發(fā)了“CRH1、3型動車組3D模擬應(yīng)急故障考核實訓(xùn)系統(tǒng)”，在2014年8月推廣使用。系統(tǒng)服務(wù)器部署在廣州動車段段部機房，在廣州、深圳、三亞、長沙地區(qū)各車間安裝客戶端。在系統(tǒng)試行前，集中開展了系統(tǒng)使用操作培訓(xùn)。后續(xù)新增隨車機械師通過同事幫扶和自學(xué)等方式掌握系統(tǒng)操作方法。

3.2 隨車機械師日常培訓(xùn)應(yīng)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(xùn)考試。通過修訂培訓(xùn)考試管理辦法，要求每人每月考試合格次數(shù)不少于2次，對考試成績和考試次數(shù)排名前3%的，獎勵200元/人;對合格次數(shù)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(tǒng)實施應(yīng)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(yīng)用效果

本系統(tǒng)推廣應(yīng)用后，培訓(xùn)效果主要體現(xiàn)在：一是以游戲方式融入培訓(xùn)考試，形式生動新穎，隨車機械師學(xué)習(xí)興趣高，易接受。二是引入3D模擬實訓(xùn)形式，使文字理論培訓(xùn)和現(xiàn)場實作培訓(xùn)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(xùn)，擺脫對現(xiàn)場條件的依賴，隨車機械師可隨時模擬實訓(xùn)，保持自身故障處理技能時刻處于熟練狀態(tài)。四是系統(tǒng)可支持24小時、多人同時模擬實訓(xùn)，大幅提高培訓(xùn)效率。五是減輕現(xiàn)場培訓(xùn)用車壓力，避免頻繁拆裝現(xiàn)有動車組零部件帶來的質(zhì)量安全風(fēng)險。六是避免人工培訓(xùn)教學(xué)標準不同的可能，3D系統(tǒng)實現(xiàn)培訓(xùn)考試標準統(tǒng)一。七是廣州動車段因隨車機械師基本業(yè)務(wù)技能原因?qū)е翪RH1A和CRH3型動車組晚點事故基本消失。

4 結(jié)語

通過動車組3D模擬應(yīng)急實訓(xùn)系統(tǒng)在廣州動車段隨車機械師培訓(xùn)效果分析，3D系統(tǒng)在提高隨車機械師應(yīng)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(zhì)保障。本系統(tǒng)開發(fā)的動車組模擬實訓(xùn)環(huán)境與模式，也可以推廣至鐵路其他專業(yè)領(lǐng)域，如模擬動車組電務(wù)通信設(shè)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(xùn)。