史建飛

(中車(chē)大同電力機(jī)車(chē)有限公司 山西 大同 037038)

目前，我國(guó)電力機(jī)車(chē)的出廠例行試驗(yàn)和日常維護(hù)檢查工作，普遍采用傳統(tǒng)的人工方式進(jìn)行電力機(jī)車(chē)調(diào)試，操作者根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)電力機(jī)車(chē)功能進(jìn)行逐項(xiàng)檢查驗(yàn)證，作業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平、責(zé)任心等直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。此種模式造成電力機(jī)車(chē)測(cè)試效率低，檢查數(shù)據(jù)不易收集，數(shù)據(jù)可靠性差，在很大程度上限制了電力機(jī)車(chē)的調(diào)試效率及故障預(yù)警的準(zhǔn)確性。

隨著中國(guó)制造2025不斷推進(jìn)，制造業(yè)轉(zhuǎn)型全面開(kāi)展，調(diào)試數(shù)字化是電力機(jī)車(chē)生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率，持續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的必然選擇。

1 系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要部件包括：數(shù)字化試驗(yàn)臺(tái)、調(diào)試工裝、視頻/圖像采集設(shè)備、移動(dòng)作業(yè)終端、車(chē)間調(diào)試服務(wù)器、企業(yè)數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器等，各部件負(fù)責(zé)功能如下：

(1)數(shù)字化試驗(yàn)臺(tái)：包括稱(chēng)重試驗(yàn)臺(tái)、列供試驗(yàn)裝置、重聯(lián)試驗(yàn)?zāi)M器等試驗(yàn)裝置，完成試驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)傳輸。

(2)調(diào)試工裝：調(diào)試工裝包括數(shù)字風(fēng)壓表、數(shù)字游標(biāo)卡尺、激光測(cè)距裝置、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集板卡，完成機(jī)車(chē)調(diào)試過(guò)程中風(fēng)壓、電信號(hào)、尺寸等數(shù)據(jù)的采集及傳輸。

(3)視頻/圖像采集設(shè)備：完成調(diào)試工藝/操作合規(guī)性圖像/視頻信息采集及傳輸。

(4)移動(dòng)作業(yè)終端：完成調(diào)試系統(tǒng)無(wú)線接入，獲取調(diào)試任務(wù)，執(zhí)行調(diào)試作業(yè)并獲取調(diào)試結(jié)果，得出試驗(yàn)結(jié)論。

(5)車(chē)間調(diào)試服務(wù)器：完成調(diào)試數(shù)據(jù)的接收和管理功能，提供調(diào)試數(shù)據(jù)查詢(xún)功能。

(6)企業(yè)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器：提供調(diào)試工藝文件編制、調(diào)試人員及調(diào)試設(shè)備管理、調(diào)試任務(wù)發(fā)布、調(diào)試過(guò)程管控、調(diào)試結(jié)果管理和分析等功能。

1.2 系統(tǒng)功能

(1)列車(chē)調(diào)試工藝規(guī)程實(shí)現(xiàn)電子化，根據(jù)工藝過(guò)程設(shè)置管控節(jié)點(diǎn)，規(guī)范調(diào)試過(guò)程執(zhí)行，加強(qiáng)工藝過(guò)程管控。

(2)通過(guò)移動(dòng)終端獲取調(diào)試任務(wù)，調(diào)試人員按照任務(wù)規(guī)定調(diào)試步驟依次執(zhí)行調(diào)試，終端實(shí)時(shí)獲取并顯示調(diào)試數(shù)據(jù)，自動(dòng)判斷調(diào)試結(jié)果。

(3)通過(guò)數(shù)字化試驗(yàn)臺(tái)，調(diào)試工裝進(jìn)行調(diào)試動(dòng)作，并實(shí)時(shí)讀取調(diào)試結(jié)果，讀取的調(diào)試數(shù)據(jù)包括列車(chē)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、繼電器狀態(tài)、電平信號(hào)、壓力信號(hào)、尺寸檢測(cè)數(shù)據(jù)等。

(4)支持調(diào)試結(jié)果自動(dòng)判斷，調(diào)試數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式傳輸至調(diào)試服務(wù)器，調(diào)試服務(wù)器根據(jù)調(diào)試步驟生成結(jié)構(gòu)化調(diào)試數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)及其變量寫(xiě)入電子化工藝規(guī)程相應(yīng)位置，與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比對(duì)，得出試驗(yàn)結(jié)論。

(5)通過(guò)軟件判斷調(diào)試控制指令、動(dòng)作信號(hào)、數(shù)據(jù)檢測(cè)等結(jié)果與工藝要求是否一致， 自動(dòng)形成試驗(yàn)報(bào)告，降低人為填寫(xiě)錯(cuò)誤對(duì)調(diào)試過(guò)程的影響，提升數(shù)據(jù)可靠性。

(6)通過(guò)對(duì)機(jī)車(chē)調(diào)試過(guò)程數(shù)據(jù)、 調(diào)試結(jié)果數(shù)據(jù)、整改數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，為機(jī)車(chē)設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量的改進(jìn)提供有效數(shù)據(jù)支撐。

2 主要部分的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

電力機(jī)車(chē)數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)的功能主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，其研究任務(wù)的關(guān)鍵在于終端軟件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和數(shù)字化試驗(yàn)工裝設(shè)備的定制。

2.1 數(shù)字化調(diào)試終端軟件設(shè)計(jì)

數(shù)字化調(diào)試終端軟件作為系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)功能包括系統(tǒng)管理、工藝規(guī)程編輯、作業(yè)任務(wù)分配、工藝管理、調(diào)試進(jìn)度管理、數(shù)據(jù)智能分析、數(shù)據(jù)管理以及自動(dòng)報(bào)告功能，軟件框架如附表1所示。

表1 數(shù)字化調(diào)試終端軟件框圖

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

(1)具備按工藝步驟制定試驗(yàn)規(guī)則(如不允許跳過(guò)：即該試驗(yàn)未完成/不合格，不允許進(jìn)行下一步) ，支持添加語(yǔ)音、視頻、動(dòng)畫(huà)或圖片等輔助調(diào)試信息。

(2)支持多權(quán)限管理功能：具有管理人員、技術(shù)人員、操作者等不同權(quán)限管理功能。

(3)能夠?qū)ぷ魅蝿?wù)進(jìn)行分配、工藝規(guī)程進(jìn)行編輯，對(duì)調(diào)試主管工藝師等不同角色人員，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)型、人員、工序、設(shè)備、工裝、工具等內(nèi)容增減的調(diào)配。

(4)能夠?qū)ιa(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行全流程監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括列車(chē)調(diào)試作業(yè)進(jìn)度、作業(yè)位置、作業(yè)人員、作業(yè)時(shí)間等。

(5)采用基于多數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)備份與管理機(jī)制，保證在調(diào)試數(shù)據(jù)遞增情況下的數(shù)據(jù)安全， 構(gòu)建鏡像數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的備份存儲(chǔ)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定訪問(wèn)與存取。

(6)能夠自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告，能夠?qū)Λ@取的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，包括時(shí)間數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等，并通過(guò)條件設(shè)置等方法實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警。

2.2 數(shù)字化試驗(yàn)工裝設(shè)備定制

為滿(mǎn)足電力機(jī)車(chē)數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)試自動(dòng)化要求，調(diào)試設(shè)備必須具備數(shù)字化和無(wú)線傳輸功能。本系統(tǒng)包括MVB 監(jiān)測(cè)、激光測(cè)高、微距測(cè)量、受電弓測(cè)試、電壓測(cè)試、電阻測(cè)試、音頻測(cè)試、溫度風(fēng)速測(cè)試、空氣管路壓力測(cè)試等無(wú)線采集儀器。

(1)MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集裝置

MVB總線是機(jī)車(chē)控制信號(hào)和反饋信號(hào)傳輸?shù)闹饕窂剑ㄟ^(guò)MVB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集裝置監(jiān)聽(tīng)MVB總線可以獲取IO和繼電器狀態(tài)信息，包括操作板鍵、受電弓、主斷、變壓器、制動(dòng)柜、輔機(jī)等多種關(guān)鍵部件的邏輯狀態(tài)和部分部件的模擬狀態(tài)。裝置通過(guò)無(wú)線傳輸與服務(wù)器連接。

(2)壓力信號(hào)采集板卡

直接在制動(dòng)柜測(cè)試端口，通過(guò)壓力傳感器采集總風(fēng)、列車(chē)、閘缸等壓力值，并計(jì)算其變化量，用于空氣壓力相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集及無(wú)線傳輸。

(3)機(jī)械尺寸測(cè)量裝置

通過(guò)無(wú)線激光測(cè)距儀測(cè)量車(chē)鉤、車(chē)感器、電子標(biāo)簽等距軌面參數(shù)，無(wú)線激光微距檢測(cè)儀進(jìn)行橫向止擋間隙、垂向止擋間隙等微小空間的尺寸測(cè)量。

另外，為了確保作業(yè)人員能夠按照工藝流程進(jìn)行調(diào)試，增加無(wú)線視頻記錄儀，用以記錄作業(yè)流程；同時(shí)增加無(wú)線圖片記錄儀，對(duì)部分無(wú)法測(cè)量的狀態(tài)以圖片的方式進(jìn)行記錄。其中：無(wú)線MVB 總線采集儀、無(wú)線制動(dòng)壓力測(cè)試儀、無(wú)線音頻測(cè)試儀和無(wú)線視頻記錄儀為現(xiàn)場(chǎng)安裝設(shè)備，在調(diào)試作業(yè)之初，將無(wú)線MVB 總線采集儀插裝于總線測(cè)試口，將無(wú)線制動(dòng)壓力測(cè)試儀插裝于壓力測(cè)試口，無(wú)線音頻測(cè)試儀磁吸于駕駛室后墻壁，無(wú)線視頻記錄儀夾裝于操作臺(tái)上方(視角覆蓋整個(gè)操作臺(tái)面)。其他儀器為便攜式設(shè)備，由作業(yè)人員攜帶操作。

(4)無(wú)線試驗(yàn)設(shè)備

針對(duì)直流電壓，交流電壓，接地電阻，受電弓升降弓拉力、時(shí)間等測(cè)試項(xiàng)目采用無(wú)線直流電壓測(cè)試儀、無(wú)線交流電壓測(cè)試儀、無(wú)線接地電阻測(cè)試儀、無(wú)線受電弓調(diào)試儀，參數(shù)如表2所示。

附表2 無(wú)線受電弓調(diào)試儀

3 模擬測(cè)試

(1)試驗(yàn)過(guò)程功能測(cè)試

操作者登陸移動(dòng)端后，領(lǐng)取當(dāng)前任務(wù)，開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)，逐一執(zhí)行規(guī)程，手動(dòng)(或自動(dòng))執(zhí)行試驗(yàn)步驟，等待結(jié)果反饋，如果需要手動(dòng)填寫(xiě)的就手動(dòng)錄入，并點(diǎn)擊下一規(guī)程，繼續(xù)執(zhí)行。軟件具有自主校驗(yàn)功能， 每一條規(guī)程執(zhí)行后，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)及其變量寫(xiě)入電子化工藝規(guī)程相應(yīng)位置，與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比對(duì)，自主校驗(yàn)并得出試驗(yàn)結(jié)論。

(2)自動(dòng)報(bào)告功能

當(dāng)任務(wù)執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)將自動(dòng)生成報(bào)告，并提交到系統(tǒng)中，方便用戶(hù)查看。后臺(tái)根據(jù)已定義好的報(bào)告格式生成報(bào)告，如果需要下載可以一鍵下載到本地進(jìn)行查看。報(bào)告內(nèi)容包括車(chē)輛信息、時(shí)間、每一個(gè)規(guī)程的結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)值。隨試驗(yàn)完成，報(bào)告實(shí)時(shí)推送消息給相關(guān)人，第一時(shí)間了解試驗(yàn)的結(jié)果。

(3)數(shù)據(jù)分析功能

可以根據(jù)時(shí)間范圍、 車(chē)輛、 作業(yè)任務(wù)、 人員等信息進(jìn)行查詢(xún)， 找出符合條件的作業(yè)任務(wù)， 選擇采集數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線繪制， 根據(jù)時(shí)間與數(shù)據(jù)的趨勢(shì)進(jìn)行查看分析； 支持從車(chē)型、 部件供應(yīng)商、 調(diào)試工具、 調(diào)試作業(yè)人員等多維度統(tǒng)計(jì)分析歷史數(shù)據(jù)， 從工藝流程、 調(diào)試工具、 作業(yè)人員、 供應(yīng)商多角度分析產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)方向。提供調(diào)試故障自動(dòng)分析和診斷功能，提供故障解決建議方案。提供故障案例及解決方案錄入功能， 將故障現(xiàn)象和處理方案錄入調(diào)試系統(tǒng)，為調(diào)試工程師解決調(diào)試問(wèn)題提供技術(shù)指導(dǎo)，降低調(diào)試技術(shù)難度，提高調(diào)試效率和調(diào)試質(zhì)量。通過(guò)故障類(lèi)別、故障要素、分析節(jié)點(diǎn)等要素設(shè)置，實(shí)時(shí)進(jìn)行故障預(yù)警。

4 結(jié)束語(yǔ)

電力機(jī)車(chē)數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)提供人機(jī)交互的友好接口，為形成人在環(huán)的自動(dòng)化調(diào)試過(guò)程提供了重要保障。

該系統(tǒng)提高了勞動(dòng)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度提高了數(shù)據(jù)可靠性；通過(guò)數(shù)據(jù)的挖掘利用，為機(jī)車(chē)設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量改進(jìn)提供了有力支持。□