全斷面清篩機(jī)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

于鳳麗

（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110023）

隨著鐵路事業(yè)的迅猛發(fā)展，我國(guó)鐵路養(yǎng)護(hù)手段逐漸由過(guò)去的人力到現(xiàn)代機(jī)械、由小型機(jī)械到大型機(jī)械過(guò)渡，大型養(yǎng)路機(jī)械為我國(guó)高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)起到了十分重要的作用。清篩機(jī)作為道砟清篩設(shè)備得到廣泛的應(yīng)用，但出于安全考慮，其標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)培訓(xùn)無(wú)法在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)完成，因此設(shè)計(jì)開發(fā)清篩車仿真系統(tǒng)尤為重要。

1 系統(tǒng)概述

全斷面清篩車仿真系統(tǒng)采用仿真軟件與實(shí)物操作設(shè)備相結(jié)合的方式，以仿真設(shè)備、影像、圖形圖像、聲音以及可沉浸其中的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景(全三維數(shù)字化)為手段，逼真地再現(xiàn)QS-650 k 型全斷面清篩機(jī)的操縱界面、操作顯示設(shè)備、控制邏輯以及線路場(chǎng)景。系統(tǒng)所有電氣、電子、機(jī)械、氣動(dòng)、液壓系統(tǒng)的邏輯、關(guān)聯(lián)關(guān)系與真實(shí)清篩機(jī)車輛一致，可以全面模擬清篩機(jī)車輛在各種運(yùn)行環(huán)境下的運(yùn)行狀況、操作特性，如：運(yùn)行前檢查與整備、區(qū)間運(yùn)行、工作裝置的操作與調(diào)整、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、非正常行車、緊急故障處理演練等，具有教學(xué)指導(dǎo)、教學(xué)管理和考核等功能。本系統(tǒng)是一套全新、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的大型養(yǎng)路機(jī)械實(shí)訓(xùn)及考核系統(tǒng)，建設(shè)完成后可使學(xué)員在輕松、安全的環(huán)境下進(jìn)行大型養(yǎng)路機(jī)械的各種學(xué)習(xí)、訓(xùn)練和考核,可以幫助各號(hào)位作業(yè)人員學(xué)習(xí)掌握大型養(yǎng)路清篩機(jī)的使用方法及操作技能。

2 設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)以QS-650k 型全斷面清篩機(jī)作為仿真對(duì)象。線路為非定制，采用CGI 線路場(chǎng)景，以約50 km 的路線為基準(zhǔn)，虛擬線路以工務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)全三維數(shù)字化建模，線路縱斷面、曲線半徑等線路參數(shù)與實(shí)際一致。線路場(chǎng)景與真實(shí)一致，包括：軌道、架空線路、軌旁設(shè)備、站臺(tái)、沿線景物、橋梁、彎道等。

3 系統(tǒng)組成

硬件設(shè)備主要包括：前司機(jī)室駕駛臺(tái)及電器柜、前司機(jī)室作業(yè)操縱臺(tái)、QS-650k 司機(jī)座椅、高速數(shù)字信號(hào)采集控制系統(tǒng)、雙通道弧形幕投影系統(tǒng)、2 號(hào)～8 號(hào)作業(yè)工位操縱終端、教員終端等。教員終端設(shè)備由一臺(tái)計(jì)算機(jī)、兩臺(tái)顯示器組成，教員能夠通過(guò)教員控制臺(tái)完成對(duì)模擬駕駛系統(tǒng)的維護(hù)、成績(jī)?cè)u(píng)判、任務(wù)設(shè)置、故障設(shè)置、非正常行車設(shè)置、編制考核任務(wù)、通知學(xué)員考試、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。

軟件系統(tǒng)包括：車輛運(yùn)行性能仿真、運(yùn)行條件仿真、控制特性仿真、控制邏輯仿真、牽引特性仿真、制動(dòng)特性仿真、全三維的仿真環(huán)境、自動(dòng)評(píng)判系統(tǒng)、CGI線路視景系統(tǒng)、情景化專家引導(dǎo)系統(tǒng)、聲音仿真、教員監(jiān)控管理系統(tǒng)等，其中教員監(jiān)控管理系統(tǒng)使教員能夠通過(guò)教員控制臺(tái)完成對(duì)任務(wù)的設(shè)置、實(shí)時(shí)設(shè)置、非正常行車設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。

4 系統(tǒng)功能

4.1 崗位環(huán)境認(rèn)知培訓(xùn)

通過(guò)車輛實(shí)物和三維虛擬大型養(yǎng)路機(jī)械，可以熟悉車輛設(shè)備的布局、部件的位置、工作原理、結(jié)構(gòu)及特性?？梢葬槍?duì)每個(gè)號(hào)位崗位職能、操作面板、開關(guān)、手柄等元件進(jìn)行詳細(xì)的培訓(xùn)。

4.2 運(yùn)行前檢查與整備虛擬仿真演練

按照現(xiàn)場(chǎng)的工作流程，可以對(duì)進(jìn)行檢查的內(nèi)容、要求、操作方法等學(xué)習(xí)和演練。

4.3 區(qū)間運(yùn)行演練

通過(guò)模擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的培訓(xùn)，新老司機(jī)可以掌握不同條件下的操縱方法；訓(xùn)練司機(jī)在正常情況下的駕駛技巧。系統(tǒng)按照實(shí)際的操作規(guī)程，可以滿足空氣制動(dòng)閥操作、換擋手柄操作、手制動(dòng)的操縱等駕駛演練。

4.4 工作裝置的操作與調(diào)整

學(xué)員可以通過(guò)對(duì)不同工位設(shè)備的操作，對(duì)QS-650k 型全斷面清篩機(jī)的工作裝置進(jìn)行操作與調(diào)整，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、安全的位置，為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)做準(zhǔn)備。

4.5 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)演練

學(xué)員可以選擇相應(yīng)的崗位進(jìn)行實(shí)際模擬演練。模擬操作的模式按照標(biāo)準(zhǔn)流程的要求，在相應(yīng)號(hào)位控制臺(tái)上完成指定的操作。需要與其他號(hào)位進(jìn)行協(xié)同工作時(shí)，完成相應(yīng)協(xié)同動(dòng)作，作業(yè)主要包含：作業(yè)準(zhǔn)備、安裝挖掘鏈、調(diào)整工作裝置、檢查、清篩作業(yè)、作業(yè)速度選擇、特殊地段作業(yè)、暫停作業(yè)、重新作業(yè)、作業(yè)結(jié)束、作業(yè)走形到區(qū)間運(yùn)行的轉(zhuǎn)換。

4.6 非正常情況下行車仿真演練

系統(tǒng)具備在三維仿真線路場(chǎng)景內(nèi)進(jìn)行非正常演練的功能，也就是系統(tǒng)可以讓司機(jī)在三維的環(huán)境下，按照實(shí)際的操作流程及方法進(jìn)行操作。下車后，系統(tǒng)能夠進(jìn)行自然切換并具備完善的視景交互操作界面，以方便人物車下漫游及進(jìn)行非正常演練。

針對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的非正?，F(xiàn)象進(jìn)行的演練處理模塊，例如：大霧、大雪、人員傷亡、線路險(xiǎn)情等。可以鍛煉受訓(xùn)司機(jī)的應(yīng)急處理與反應(yīng)能力。

4.7 應(yīng)急故障處理仿真演練

主要培養(yǎng)學(xué)員在遇到QS-650k 型全斷面清篩機(jī)電路、氣路、液壓、機(jī)械故障等問(wèn)題時(shí)的解決排除故障的能力。內(nèi)置的清篩機(jī)數(shù)字電路、氣路、液壓采用完全仿真的解決方案。設(shè)置故障采用在教師端用鼠標(biāo)點(diǎn)擊設(shè)置計(jì)算機(jī)邏輯模擬產(chǎn)生現(xiàn)象的方法。主要特點(diǎn)如下：

（1）在全三維環(huán)境下，能夠按照故障排查流程逐步排查故障并進(jìn)行處理。

（2）采用“專家引導(dǎo)、學(xué)員跟隨”的方式，專家系統(tǒng)以引導(dǎo)欄的方式給出每一步的操作提示，包含操作方法、設(shè)備位置、產(chǎn)生的現(xiàn)象和結(jié)果等，學(xué)員根據(jù)提示進(jìn)行演練。引導(dǎo)信息符合有關(guān)規(guī)章，處理步驟、操作方法與實(shí)際作業(yè)程序、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)規(guī)范一致。

（3）可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化操作步驟逐步評(píng)判對(duì)錯(cuò)，并給出成績(jī)。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述以及培訓(xùn)實(shí)踐證明，全斷面清篩機(jī)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)以其操作性強(qiáng)、規(guī)范性好、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，得到鐵路線路大修企業(yè)員工和鐵路職業(yè)院校相關(guān)專業(yè)學(xué)生的青睞，必將為鐵路線路的維修和大修作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。