湖北城際鐵路信號(hào)維護(hù)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的研究

張艷 文妮

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)、傳感器、虛擬仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，為鐵路各種維修工種設(shè)計(jì)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)已經(jīng)具備比較成熟的技術(shù)背景和時(shí)機(jī)。仿真系統(tǒng)的構(gòu)建與使用能夠在不影響行車和職工安全的情況下，提供高效靈活的培訓(xùn)方式。本文以湖北城際鐵路信號(hào)維護(hù)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)為例，探討了仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建要素。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)；維護(hù)；實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

湖北城際鐵路是指武漢至黃石、武漢至咸寧、武漢至黃岡、武漢至孝感、武漢至仙桃5條鐵路。預(yù)計(jì)將在未來二十年之內(nèi)，湖北城際鐵路將覆蓋整個(gè)武漢城市圈，實(shí)現(xiàn)武漢城市圈內(nèi)半小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈體系。截至2018年，湖北城際鐵路上座率不高導(dǎo)致5條鐵路目前均處于虧損狀態(tài)，想要扭轉(zhuǎn)這一局面不僅要對(duì)整個(gè)運(yùn)營(yíng)線路有更科學(xué)的規(guī)劃，保證已運(yùn)行鐵路的正點(diǎn)及運(yùn)行安全也是提升上座率和形象的直接影響要素。隨著地區(qū)城際鐵路的發(fā)展、地區(qū)城際鐵路和城市軌道交通的一體化，線路規(guī)模不斷擴(kuò)大、信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備種類不斷增多，信號(hào)設(shè)備故障隨機(jī)性強(qiáng)，對(duì)行車安全準(zhǔn)點(diǎn)有直接影響。各技術(shù)工種維修規(guī)則的制定、維修水平的提高以及合格的信號(hào)維護(hù)操作人員的培訓(xùn)將成為制約城際鐵路發(fā)展的突出問題之一。

鑒于鐵路信號(hào)系統(tǒng)維護(hù)的工作特點(diǎn)，在實(shí)際工作過程中需要維修人員有很強(qiáng)的基礎(chǔ)知識(shí)、能夠熟練使用維護(hù)手段。所以維修人員的專業(yè)素質(zhì)和技能的提高是極為重要的。成熟、專業(yè)素質(zhì)強(qiáng)、技能高的維修人員需要在培訓(xùn)與實(shí)踐中獲得這些能力。利用行車現(xiàn)場(chǎng)完成全面的現(xiàn)場(chǎng)人員的培訓(xùn)困難非常大，目前大部分培訓(xùn)工作都需要在培訓(xùn)中心完成，而培訓(xùn)中心購置全真設(shè)備的財(cái)務(wù)成本、空間成本都十分巨大。伴隨各現(xiàn)代媒體技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)生活的方方面面，虛擬仿真技術(shù)可以模擬真實(shí)的環(huán)境、真實(shí)的設(shè)備，完成真實(shí)的任務(wù)，解決了實(shí)訓(xùn)教學(xué)的難題，解決全真實(shí)訓(xùn)中成本高、消耗大、不可逆、存在安全隱患等困難。功能合理的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可以集教學(xué)、虛擬實(shí)訓(xùn)、科學(xué)研究于一體，遵循專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)、行業(yè)技能培養(yǎng)規(guī)律，并匹配相應(yīng)實(shí)訓(xùn)課程。能夠真實(shí)模擬實(shí)際場(chǎng)景特性，并提供了多種交互手段，能夠大幅度提升培訓(xùn)與實(shí)訓(xùn)的效率、效果和規(guī)模，并顯著降低實(shí)訓(xùn)成本。本文就城際鐵路信號(hào)設(shè)備仿真維護(hù)實(shí)訓(xùn)做一探討。

一、場(chǎng)景仿真需求

該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠模擬逼真的鐵路行車現(xiàn)場(chǎng)，并可以與信號(hào)系統(tǒng)緊密結(jié)合，能夠?qū)㈣F路信號(hào)專業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)備全部整合到一個(gè)鐵路控制場(chǎng)景中。主要展示鐵路上的真實(shí)場(chǎng)景，包括室外場(chǎng)景和室內(nèi)場(chǎng)景。使用者可以觀察整個(gè)鐵路虛擬場(chǎng)景，并對(duì)每個(gè)位置上的設(shè)備和功能有一個(gè)直觀的沉浸式體驗(yàn)，對(duì)了解整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)起到促進(jìn)的作用。

1、場(chǎng)景應(yīng)包括室內(nèi)的列控機(jī)柜、TDCS系統(tǒng)、控制臺(tái)、聯(lián)鎖機(jī)、繼電器組合及組合架等和室外的信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、軌道線路、電纜電路、通信電路、自然實(shí)景等內(nèi)容，為學(xué)員營(yíng)造出身臨其境般的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)體驗(yàn)。

2、場(chǎng)景中的重要設(shè)備應(yīng)該采用模塊化設(shè)計(jì)，并提供多型號(hào)的設(shè)備模塊。方便職工在入職、轉(zhuǎn)崗等實(shí)訓(xùn)中，可以使用同一平臺(tái)對(duì)不同型號(hào)的設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。用戶應(yīng)當(dāng)能夠進(jìn)行整個(gè)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行放大、縮小、拆解的觀察性實(shí)訓(xùn)。包括聯(lián)鎖系統(tǒng)、列控系統(tǒng)、微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、TDCS系統(tǒng)、CTC系統(tǒng)等，既能夠在宏觀角度觀察各系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)，又能夠通過仿真系統(tǒng)對(duì)各系統(tǒng)的模塊、接口、板卡、通信線路進(jìn)行詳細(xì)的觀察與學(xué)習(xí)。所有模型都是應(yīng)當(dāng)按照真實(shí)的產(chǎn)品建模，模型的形狀和特征需要和實(shí)物完全相同，確保產(chǎn)品的真實(shí)性，保證模型的完整性。

二、實(shí)訓(xùn)模式需求

針對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)維護(hù)的特點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)全面覆蓋城際鐵路信號(hào)工技能培訓(xùn)所需經(jīng)歷的學(xué)、練、考等環(huán)節(jié)對(duì)培訓(xùn)手段的需求，全方位覆蓋運(yùn)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)、故障非正常處理、應(yīng)急聯(lián)合演練、設(shè)備檢修維護(hù)等培訓(xùn)內(nèi)容。

仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采取“虛實(shí)結(jié)合”的新型實(shí)訓(xùn)模式。既能夠?qū)λ行盘?hào)設(shè)備及維修過程進(jìn)行全面的仿真模擬，又要為連接重要的操作性強(qiáng)的全真設(shè)備提供接口。學(xué)員應(yīng)當(dāng)能在全真和仿真設(shè)備中進(jìn)行一鍵切換式的選擇。

三、功能需求

1、虛擬仿真系統(tǒng)要配備豐富的課程資源。根據(jù)各實(shí)訓(xùn)?？斓慕虒W(xué)特色和要求，提供能讓學(xué)員直觀理解、加深記憶并上手實(shí)操的軟件。仿真系統(tǒng)應(yīng)建立真實(shí)的案例模型，實(shí)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)原理知識(shí)的整合、重現(xiàn)各系統(tǒng)常見故障、依據(jù)維修任務(wù)中故障處理原則完成整個(gè)過程涉及的維修活動(dòng)。

2、該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備測(cè)評(píng)功能。能夠?qū)W(xué)員實(shí)訓(xùn)情況進(jìn)行考試反饋，可以記錄和分析學(xué)員的操作過程中的不規(guī)范行為，并進(jìn)行指正。提供智能化、自動(dòng)化評(píng)價(jià)體系，依據(jù)各工種各層次的培訓(xùn)人員考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合自動(dòng)化評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠?qū)W(xué)員的技能水平給出準(zhǔn)確、合理的評(píng)價(jià)結(jié)果。

3、系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)多人同時(shí)授課，教師和學(xué)員全部沉浸在虛擬空間中，每個(gè)人都有第一視角的真三維環(huán)境，可以隨意跟虛擬仿真場(chǎng)景交互，可以在虛擬仿真場(chǎng)景中自由行走。實(shí)現(xiàn)信號(hào)維修中不同地點(diǎn)配合的協(xié)作模擬。

4、系統(tǒng)不僅應(yīng)具備信號(hào)設(shè)備維護(hù)的獨(dú)立培訓(xùn)，還應(yīng)注重不同技術(shù)工種結(jié)合部的培訓(xùn)。信號(hào)與車務(wù)、機(jī)務(wù)、供電、工務(wù)等各專業(yè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能夠快速、靈活的進(jìn)行組合并運(yùn)行在同一環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)工種間的協(xié)同作業(yè)培訓(xùn)。

綜上所述，本文結(jié)合本課題在研究湖北城際鐵路信號(hào)仿真維修系統(tǒng)過程的基礎(chǔ)上，給出了信號(hào)維護(hù)仿真系統(tǒng)的要素及設(shè)計(jì)思路。隨著信號(hào)系統(tǒng)和仿真技術(shù)的不斷進(jìn)步，仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)一定也在不斷的發(fā)展和更新中，助力培訓(xùn)出優(yōu)秀的信號(hào)技術(shù)工人，為城際鐵路正點(diǎn)安全做出有力的保障。

作者簡(jiǎn)介：

張艷（1981.07）女，漢，本科，碩士，講師，從事控制類高等教育研究

*基金項(xiàng)目：2017年度湖北省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：B2017524）"湖北城際鐵路養(yǎng)護(hù)維修仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的研究"