基于全景技術(shù)的機(jī)車檢修接車系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李康民 趙萬里 李哲

摘要：針對原接車系統(tǒng)拍照上傳圖集和手記謄抄上傳接車文檔方式，存在圖多零碎查閱困難和接車記錄形成繁瑣且后續(xù)使用困難的問題，提出了新型的設(shè)計(jì)理念。采用3D建模、全景技術(shù)和移動(dòng)計(jì)算，構(gòu)建了新型接車鑒定工作模式;以3D機(jī)車為依托，融合全景圖和細(xì)節(jié)平面圖;清單化接車作業(yè);提升了接車鑒定工作效率和質(zhì)量。

Abstract： Aiming at the problems of the original pickup system taking pictures and uploading the atlas and the handwritten notes uploading the pickup documents， there are problems such as the difficulty of checking multiple pictures and the cumbersome formation of pickup records and the difficulty of subsequent use. A new design concept is proposed. 3D modeling， panoramic technology and mobile computing are used to construct a new model of locomotive pickup appraisal; relying on 3D locomotive， it integrates panoramic images and detailed floor images; inventory pickup operations; improve the efficiency and quality of locomotive pickup appraisal.

關(guān)鍵詞：鐵路機(jī)車;機(jī)車檢修;接車鑒定;預(yù)檢作業(yè);全景看車

Key words： railway locomotive;locomotive inspection and repair;appraisal of receiving train;preinspection operation;panoramic view of the locomotive

中圖分類號：U269.322? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0153-04

0? 引言

機(jī)車經(jīng)過一定時(shí)期運(yùn)行，各部件會(huì)發(fā)生磨耗、變形或損壞，為保障機(jī)車可靠地運(yùn)行，須有計(jì)劃地進(jìn)行檢修。依據(jù)鐵路相關(guān)規(guī)定，承修單位組織有關(guān)人員，會(huì)同承驗(yàn)驗(yàn)收室和送車單位代表共同做好接車鑒定記錄，并由送車單位代表帶回一份記錄交機(jī)務(wù)段[1];接車鑒定是對機(jī)車部件進(jìn)行檢查、記錄、確認(rèn)檢修要求及拍照存檔，記載機(jī)車入廠狀態(tài)和檢修要求，對后續(xù)檢修過程有重要的指導(dǎo)作用。以往做法是一方面通過相機(jī)拍攝機(jī)車部件，導(dǎo)出后上傳原系統(tǒng)，每臺(tái)份約300余張;另一方面邊檢查邊手記到紙上，然后謄抄入電腦，整理形成接車記錄，將文檔上傳到原系統(tǒng)。主要存在：重復(fù)工作多、圖片零碎查找難、文檔形式傳遞信息利用難度大;針對以上問題，進(jìn)行新的設(shè)計(jì)架構(gòu)研究，對于提升接車鑒定工作效率和質(zhì)量有重要意義。

1? 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

對于接車鑒定工作中存在的問題，本研究設(shè)計(jì)思路如下：

①對SS4B、HXD1型機(jī)車進(jìn)行3D建模，作為圖片載體，解決圖片零碎，查找難問題;

②利用全景技術(shù)，對機(jī)車各室區(qū)域全景采圖，并融入3D機(jī)車，提升機(jī)車整體感;

③細(xì)節(jié)平面圖，嵌入對應(yīng)全景點(diǎn)，滿足對清晰度的不同需求，詳略得宜;

④將接車檢查項(xiàng)條目化，在APP端清單化作業(yè)，自動(dòng)生成接車記錄，避免重復(fù)工作，并對后續(xù)檢修過程提供班組級精準(zhǔn)化指導(dǎo)。

依據(jù)以上思路，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)分為基礎(chǔ)設(shè)置、全景子系統(tǒng)、預(yù)檢子系統(tǒng)，架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.1 基礎(chǔ)設(shè)置

該部分主要是對SS4B和HXD1型機(jī)車進(jìn)行3D建模，為全景圖提供依托和背景。SS4B型電力機(jī)車是由兩節(jié)完整的單司機(jī)室4軸機(jī)車通過機(jī)械和電氣重聯(lián)組成的8軸機(jī)車。[2]HXD1型機(jī)車由兩節(jié)完整的單司機(jī)室四軸機(jī)車通過機(jī)械和電氣重聯(lián)的形式組成八軸機(jī)車，機(jī)車的設(shè)備布置與通風(fēng)系統(tǒng)以單節(jié)車為單元，其設(shè)備布置采用中間走廊、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。[3]

在3D模型上定義全景點(diǎn)和細(xì)節(jié)圖，為采圖任務(wù)提供模板;機(jī)型的配件組成是機(jī)車預(yù)檢的基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)進(jìn)行配置，并在此基礎(chǔ)上設(shè)置機(jī)型預(yù)檢項(xiàng)點(diǎn)，將接車鑒定工作按配件進(jìn)行條目化定義，設(shè)定檢查標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)選結(jié)果集。

完成以上配置工作后，進(jìn)行預(yù)檢模板設(shè)置，通過預(yù)檢模板定義作業(yè)分工角色，并對每個(gè)角色分配預(yù)檢部件范圍及預(yù)檢項(xiàng)，這是發(fā)布預(yù)檢作業(yè)的基礎(chǔ)，預(yù)檢模板還可以方便對同一機(jī)型同一修程的不同機(jī)務(wù)段進(jìn)行差別化定義，以滿足日益豐富的機(jī)務(wù)段個(gè)性化檢修要求，確保系統(tǒng)能夠適應(yīng)將來一定時(shí)期內(nèi)的業(yè)務(wù)變化。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循了信息系統(tǒng)安全管理的一般要求，包括強(qiáng)口令原則、分權(quán)與授權(quán)原則、分級保護(hù)原則等內(nèi)容。[4]

1.2 全景子系統(tǒng)

全景子系統(tǒng)分為采圖作業(yè)、自動(dòng)制作合成及全景看車三個(gè)部分;當(dāng)檢修機(jī)車入廠后，可以針對該機(jī)車發(fā)布采圖作業(yè)任務(wù)，由機(jī)車分解室人員持智能終端和全景相機(jī)上車采圖，通過智能終端可以查看采圖任務(wù)列表，按預(yù)定義任務(wù)逐個(gè)采圖，智能終端通過無線方式控制全景相機(jī)進(jìn)行拍攝，獲取全景圖，并使用智能終端對細(xì)節(jié)平面圖進(jìn)行拍攝，完成采圖任務(wù);然后將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器;圖片數(shù)據(jù)上傳后，系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)合成并與3D模型融合，形成一套完整的機(jī)車入廠圖集資料;其他用戶即可通過全景看車平臺(tái)查看機(jī)車入廠狀態(tài)，輔助指導(dǎo)生產(chǎn)。系統(tǒng)流程圖見圖2所示。

1.3 預(yù)檢子系統(tǒng)

預(yù)檢子系統(tǒng)分為預(yù)檢作業(yè)、上會(huì)評議、智能分發(fā)和查閱使用四個(gè)部分;當(dāng)檢修機(jī)車入廠后，可以針對該機(jī)車發(fā)布預(yù)檢作業(yè)任務(wù)，機(jī)車分解室人員通過智能終端接收預(yù)檢任務(wù)，持智能終端上車進(jìn)行清單化預(yù)檢作業(yè)，可以通過wifi在線作業(yè)，也可以進(jìn)行離線作業(yè)再上傳，解決局部網(wǎng)絡(luò)信號差的問題;預(yù)檢作業(yè)后，需要組織機(jī)務(wù)段送車代表、驗(yàn)收中心、車間生產(chǎn)共同對預(yù)檢項(xiàng)點(diǎn)上會(huì)逐個(gè)評議，直至達(dá)成統(tǒng)一共識(shí)，形成接車鑒定記錄;系統(tǒng)按責(zé)任班組進(jìn)行定向分發(fā);班組在生產(chǎn)過程中通過系統(tǒng)隨時(shí)查閱接車鑒定記錄，用以指導(dǎo)生產(chǎn);系統(tǒng)流程圖見圖3所示。

2? 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于以上的業(yè)務(wù)需求及系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，將軟件項(xiàng)的需求轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)描述其頂層結(jié)構(gòu)并標(biāo)識(shí)各個(gè)軟件部件。應(yīng)確保軟件項(xiàng)的所有需求都被分配給了其軟件部分，并得到進(jìn)一步細(xì)化。[5]遵循以上規(guī)則，將體系結(jié)構(gòu)分解如下。

2.1 機(jī)車3D建模

采用3DsMax對SS4B和HXD1機(jī)型進(jìn)行建模，并用Unity三維可視化技術(shù)進(jìn)行呈現(xiàn)，構(gòu)建逼真的機(jī)車3D模型，將作為全景圖的載體;3D機(jī)車模型可以縮放和720度任意旋轉(zhuǎn)，兼具了機(jī)型基本認(rèn)知和配件認(rèn)知學(xué)習(xí)功能;為了避免用戶過度縮放或拖拽造成視覺上機(jī)車丟失，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一鍵空格回到初始視角功能;對于機(jī)車內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用平面分布圖展示機(jī)車內(nèi)部配件布局，一目了然，系統(tǒng)支持在3D外部視圖和俯視內(nèi)部視圖間自由切換;機(jī)車3D為全景看車提供了依托，將以往零碎的圖片整合起來，一改之前“只見樹木不見森林”的看圖痛點(diǎn)。

2.2 全景點(diǎn)定義

全景點(diǎn)定義，是針對不同機(jī)型和修程組合的產(chǎn)品進(jìn)行定義，方便將來業(yè)務(wù)拓展依然可以通過配置來繼續(xù)使用系統(tǒng)，根據(jù)業(yè)務(wù)需要定義需要拍攝全景的點(diǎn)位信息，并將每個(gè)點(diǎn)位通過三維坐標(biāo)系的（x，y，z）將全景點(diǎn)點(diǎn)位與3D模型建立一一對應(yīng)關(guān)系，為自動(dòng)制作合成全景奠定基礎(chǔ)。

為了滿足對機(jī)車不同部位圖片清晰度的差別化需求，同時(shí)也彌補(bǔ)全景圖清晰度方面的缺陷，系統(tǒng)設(shè)計(jì)每個(gè)全景點(diǎn)中可以定義多張細(xì)節(jié)平面圖，作為有力補(bǔ)充，滿足生產(chǎn)指導(dǎo)需要。

2.3 采圖作業(yè)

當(dāng)機(jī)車入廠檢修時(shí)，機(jī)車分解室根據(jù)該機(jī)車的機(jī)型、配屬及修程，確定采用預(yù)定義的全景點(diǎn)定義模板，發(fā)布采圖作業(yè)任務(wù);作業(yè)人員通過智能終端下載采圖任務(wù)，并攜全景相機(jī)及配套支架進(jìn)行機(jī)車采圖作業(yè)。

根據(jù)采圖任務(wù)中描述的采圖點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)采圖，作業(yè)人員用智能終端以wifi方式連接全景相機(jī)，并遠(yuǎn)距離控制相機(jī)采圖，采圖后，全景圖自動(dòng)傳輸?shù)街悄芙K端，保存在本地;此時(shí)對該全景點(diǎn)下的細(xì)節(jié)平面圖進(jìn)行逐個(gè)采圖，使用智能終端自帶相機(jī)即可完成，核驗(yàn)圖片數(shù)量和質(zhì)量，無誤后，進(jìn)行下一全景點(diǎn)作業(yè)。

當(dāng)完成所有采圖任務(wù)后，可以關(guān)閉全景相機(jī)，作業(yè)人員將智能終端連接到生產(chǎn)局域網(wǎng)wifi中，將采集的全景圖和細(xì)節(jié)平面圖統(tǒng)一上傳到服務(wù)端，至此，完成采圖作業(yè)任務(wù)。不僅通過全景圖的引入提升了作業(yè)質(zhì)量，而且通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成了自動(dòng)化上傳，減少人為干預(yù)，提升工作效率和質(zhì)量。

2.4 全景自動(dòng)制作合成

完成采圖作業(yè)，只是第一步，如何將這些素材有機(jī)的整合成一套完整的全景資料，是該階段需要完成的工作。接車鑒定工作是要對每臺(tái)車都要進(jìn)行，這種場景不同于市面上常見的全景宣傳產(chǎn)品，全景宣傳產(chǎn)品一般都是一次性的制作過程，之后就是傳播瀏覽，制作過程除了自動(dòng)合成還可以進(jìn)行人工精細(xì)調(diào)整，對制作者要求較高;而接車鑒定工作需要重復(fù)很多遍的制作過程，且使用人員很難達(dá)到人工合成調(diào)整的技術(shù)要求，自動(dòng)合成制作無疑是可行性驗(yàn)證的一個(gè)重要依據(jù);針對該使用場景，進(jìn)行了多次論證研究，最終在使用和體驗(yàn)方面找到平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了全景與3D機(jī)型的自動(dòng)制作合成，滿足使用效果需求，大大降低了對使用者的技術(shù)門檻，是關(guān)系設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.5 全景看車

全景看車是本設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)，也是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)成敗的重要參考點(diǎn)，對于其他科室和車間生產(chǎn)人員，能夠方便的看車，是其最終訴求;經(jīng)過前面的工作，系統(tǒng)自動(dòng)完成了全景制作，只需查找目標(biāo)機(jī)車，然后進(jìn)行全景看車即可，各全景點(diǎn)標(biāo)注在3D機(jī)型上的對應(yīng)位置上，可以根據(jù)需要直接點(diǎn)看某個(gè)全景點(diǎn)，系統(tǒng)進(jìn)入全景圖模式，在此場景下，可以拖拽、縮放等操作，全方位的查看該點(diǎn)的周圍景象，也可以點(diǎn)擊查看細(xì)節(jié)平面圖，來進(jìn)一步查看某些部件的細(xì)節(jié)圖。

生產(chǎn)人員可以隨時(shí)從全景圖中跳出到3D機(jī)型，再有選擇的進(jìn)入其他全景點(diǎn)，當(dāng)然也可以直接在全景點(diǎn)模式下通過路點(diǎn)進(jìn)入相鄰的全景點(diǎn)，猶如直接走過去，實(shí)現(xiàn)沉浸式看車體驗(yàn)，滿足生產(chǎn)看車的需求。

2.6 預(yù)檢模板設(shè)置

機(jī)型配件樹，維護(hù)機(jī)型配件組成樹級結(jié)構(gòu)，標(biāo)記需要預(yù)檢的配件。

機(jī)型預(yù)檢項(xiàng)點(diǎn)定義，針對各機(jī)型需要預(yù)檢的配件定義一個(gè)或多個(gè)預(yù)檢項(xiàng)點(diǎn)，為了方便APP清單化作業(yè)，對于存在選擇項(xiàng)的項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置預(yù)選項(xiàng)。

產(chǎn)品預(yù)檢項(xiàng)點(diǎn)定義，為了滿足同一機(jī)型不同修程的機(jī)車預(yù)檢范圍的不同，在機(jī)型預(yù)檢項(xiàng)點(diǎn)定義的基礎(chǔ)上增加產(chǎn)品預(yù)檢項(xiàng)點(diǎn)定義，可以從前者中選擇一部分作為該產(chǎn)品的預(yù)檢作業(yè)范圍，從而滿足多業(yè)務(wù)場景的需求。

預(yù)檢模板設(shè)置，由于不同機(jī)務(wù)段的差異化檢修要求，需要分別維護(hù)不同機(jī)務(wù)段的預(yù)檢模板，以適應(yīng)這種個(gè)性化需求;為了方便多套模板的維護(hù)，系統(tǒng)支持模板復(fù)制功能，方便相似模板的設(shè)置，大大提升了模板的維護(hù)效率。

2.7 預(yù)檢作業(yè)

當(dāng)機(jī)車入廠檢修時(shí)，機(jī)車分解室根據(jù)該機(jī)車的機(jī)型、配屬及修程，選擇對應(yīng)的預(yù)檢模板，發(fā)布預(yù)檢任務(wù)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定義信息自動(dòng)將預(yù)檢作業(yè)任務(wù)分配給相應(yīng)人員。

預(yù)檢作業(yè)人員通過智能作業(yè)終端下載預(yù)檢任務(wù)，并上車進(jìn)行清單式預(yù)檢作業(yè)，依據(jù)作業(yè)清單，逐點(diǎn)進(jìn)行檢查核驗(yàn)，通過點(diǎn)選和簡潔輸入模式進(jìn)行預(yù)檢作業(yè)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步到服務(wù)端，一改之前手記、謄抄和整理工作模式，對于有異議點(diǎn)還可以隨時(shí)拍照以供接車鑒定會(huì)上進(jìn)行集中討論;條目化清單化作業(yè)方式，形成的數(shù)據(jù)有利于定向傳播和利用，對于指導(dǎo)車間班組生產(chǎn)有重要意義，盤活數(shù)據(jù)資產(chǎn)，讓數(shù)據(jù)流動(dòng)起來;大幅提升了工作效率和工作質(zhì)量，為智能化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

2.8 上會(huì)評議

完成預(yù)檢作業(yè)，系統(tǒng)自動(dòng)形成的接車鑒定記錄初稿，可以直接進(jìn)行上會(huì)評議，上會(huì)評議主要是由三方及車間生產(chǎn)人員對機(jī)車狀況和檢修要求進(jìn)行逐一討論確定，鑒于會(huì)議室應(yīng)用，該功能設(shè)計(jì)要在顏色和字體大小上進(jìn)行仔細(xì)考量和試驗(yàn)，要保證會(huì)議室人員都能看清，真正發(fā)揮接車鑒定會(huì)的作用，對于會(huì)議上不能確定的內(nèi)容允許臨時(shí)掛起，會(huì)后確定后明確相應(yīng)內(nèi)容;由于條目眾多，該功能設(shè)計(jì)上還要考慮顯示完成占比，方便會(huì)議組織人員把控會(huì)議節(jié)奏和整體時(shí)間。該功能改變之前的工作模式，減少重復(fù)勞動(dòng)，提升工作效率。

2.9 數(shù)據(jù)發(fā)布

通過上會(huì)評議，明確了細(xì)節(jié)，確定了檢修要求，機(jī)車分解室可以將機(jī)車記錄進(jìn)行發(fā)布，一方面形成完整的接車記錄文檔，可以導(dǎo)出給送車單位代表帶回;另一方面，對生產(chǎn)車間發(fā)布，按預(yù)設(shè)負(fù)責(zé)班組進(jìn)行定向分發(fā)，減少干擾信息，實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)精準(zhǔn)化。

2.10 接車記錄使用

班組通過工位機(jī)查閱接車記錄，開工前就對即將檢修機(jī)車的狀況和檢修細(xì)節(jié)要求做到心知肚明，利于有計(jì)劃的組織安排生產(chǎn)，有的放矢。徹底解決之前打印文檔分發(fā)模式下的種種弊端，諸如：資源浪費(fèi)、文件丟失、班組查看漏項(xiàng)等問題;提升工作協(xié)作能力和工作質(zhì)量。

3? 對比與分析

為了驗(yàn)證基于全景技術(shù)的機(jī)車檢修接車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性，對新設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用前后效果進(jìn)行了調(diào)研和數(shù)據(jù)對比分析，具體如下：

3.1 概況

對新設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用前后的各5臺(tái)車的機(jī)車鑒定工作為研究對象，從采圖作業(yè)、預(yù)檢作業(yè)、查看機(jī)車圖集和使用接車記錄4個(gè)指標(biāo)的平均耗時(shí)上進(jìn)行對比分析;統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1和表2。

3.2 對比分析

通過表1和表2數(shù)據(jù)對比，可以發(fā)現(xiàn)新設(shè)計(jì)模式下，四項(xiàng)作業(yè)耗時(shí)均有降低，分別：采圖作業(yè)平均耗時(shí)節(jié)省了30分鐘，效率提升約36.3%;預(yù)檢作業(yè)平均耗時(shí)節(jié)省了35分鐘，效率提升約52.4%;機(jī)車看圖查找平均耗時(shí)節(jié)省了12.76分鐘，效率提升約93.8%;接車記錄查找平均耗時(shí)節(jié)省了5.28分鐘，效率提升88%。

機(jī)車看圖查找和接車記錄查找效率提升最多，接近一個(gè)量級;采圖作業(yè)和預(yù)檢作業(yè)效率也有大幅提升;基本符合設(shè)計(jì)初衷，大幅提升了作業(yè)效率，作業(yè)質(zhì)量在使用體驗(yàn)方面有了全新的升級;由此可見，基于全景技術(shù)的機(jī)車檢修接車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對于接車鑒定工作和后續(xù)指導(dǎo)生產(chǎn)在效率和質(zhì)量上都有大幅提升效果。

4? 結(jié)束語

本文以基于全景技術(shù)的新設(shè)計(jì)模式融入到機(jī)車檢修接車作業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，從接車鑒定工作實(shí)際業(yè)務(wù)需求出發(fā)，詳細(xì)闡述了業(yè)務(wù)需求分析、業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)和軟件功能設(shè)計(jì)。并驗(yàn)證了前后效果;盡管可以看出該設(shè)計(jì)對接車鑒定工作有了大幅提升，但在實(shí)踐中，仍存在以下問題：

①由于機(jī)車內(nèi)部比較暗，一般接車鑒定時(shí)，機(jī)車無電接入，照明燈無法打開，即使打開，也不夠明亮，拍攝的全景圖質(zhì)量不高，在實(shí)際應(yīng)用中采用磁吸手電補(bǔ)光，雖有所改善，但增加了工作繁瑣度，效果也仍有提升空間。

②機(jī)車內(nèi)部空間狹小，雖說全景看圖體驗(yàn)得到了大幅提升，之前導(dǎo)出傳圖的工作得到了簡化，但拍攝工作仍然比較辛苦。

③由于全景圖文件比較大，在全景看車加載時(shí)或切換全景點(diǎn)時(shí)有一定的等待，是因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)內(nèi)存空間有限，看完及時(shí)清除了內(nèi)存，避免系統(tǒng)資源耗盡崩潰，全景看車體驗(yàn)上還有提升空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]神華集團(tuán)有限責(zé)任公司.神華韶山4B型電力機(jī)車大修規(guī)程（試行）[G].滄州：神華集團(tuán)有限責(zé)任公司，2014.

[2]劉友梅.韶山4B型電力機(jī)車大修規(guī)程[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[3]張曙光.HXD1型電力機(jī)車[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[4]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 20269-2006，信息安全技術(shù) 信息系統(tǒng)安全管理要求[S].2006.

[5]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 8566-2007，信息技術(shù) 軟件生存周期過程[S].2007.