動車組單車數字化調試系統設計研究

摘要：以往，高鐵動車組需要在出廠前進行調試，但由于人工以及紙質化的調試方式，速率相對較差，難以滿足調試的時效性需求。基于此，本文結合Java編程框架、Microsoft SQL server數據庫等多種通訊協議，集中創(chuàng)建了全新的數字化調試系統，通過分析數字化調試系統在調試過程中面臨的主要需求，從數據庫、模塊、系統接口等角度對其設計展開研究分析，驗證發(fā)現，該系統通過與高鐵動車組的生產系統直接連接，可實現對動車組全自動的調試分析。

關鍵詞：單車調試；Java；數字化

DOI：10.12433/zgkjtz.20242611

隨著我國對交通強國戰(zhàn)略的重視程度持續(xù)加深，高鐵動車成為人們出行的主要交通工具之一。而隨著越來越多高速鐵路的開通，對高速動車組的需求也逐步增加。為了保障高鐵動車在投入運行之后具有良好的安全性，在正式交付前需要對其展開單車調試。只有保證其各項機能符合質量要求才能投入運行。但是，傳統的半自動化調試過程已經無法滿足單車調試要求，因此，積極結合數字化先進技術，打造便捷式的一體化調試系統迫在眉睫。

一、動車組單車數字化調試系統需求

（一）功能性需求

該系統應滿足三方面的功能性需求：

首先是網絡接口需求。為滿足與生產系統直接連接的要求，系統應做好網絡接口設計。數字化調試系統應可直接與動車生產廠內的MOM及QMS系統連接，從而及時完成數據交互，并為調試工單的信息流轉提供相應的接口。由于生產系統中的MOM部分將與Web Services連接，工單可轉化為json格式后及時向數字化系統發(fā)放，待調試系統按照工單要求完成調試任務后，系統將再次將調試結果向xml字符轉換并向總線發(fā)送，總線完成處理后，向MOM系統發(fā)布所需處理的信息。同時，該部分還應滿足車輛信息的流通接口設計，這是由于穩(wěn)定測試及執(zhí)行自動測試的過程中需要實現自動數據交互，對車輛狀態(tài)進行實時動態(tài)化的監(jiān)測，便于操作人員及時控制。

其次是有關穩(wěn)定測試環(huán)節(jié)的系統設計要求[1]。對單車開展穩(wěn)定測試，目的是保障各項零件的穩(wěn)定性均表現為最佳狀態(tài)。在測試的過程中，需要操作人員根據調試工單的指令觀察單車在調試過程中的狀態(tài)，進行最終調試并記錄。因此，穩(wěn)定測試模塊應滿足ZNTS（智能調試設備）自動數據交互，對單車狀態(tài)進行自動采集和控制；完成穩(wěn)定測試文件的錄入；自動執(zhí)行工單；由管理人員對文件內容加以更改，記錄測試結果并生成穩(wěn)定測試報告，便于隨時查驗。

最后是調試系統自動測試需求。作為對單車展開多項測試并進行自動記錄的重要模塊，該部分需要完整記錄傳統調試的相關流程，并按照紙質版的調試流程操作ZNTS，根據車輛信息反饋進行查驗，并對最終的調試值進行記錄查驗。自動測試模塊應滿足自動化測試文件導入；與ZNTS自主通信，控制單車狀態(tài)；支持隨時編輯、測試結構文件，并自動儲存；劃分自動執(zhí)行指令以及手動執(zhí)行指令；驗證檢驗登錄賬號；支持本地查看測試驗證報告等。

（二）可視化需求

開發(fā)數字化的動車組單車調試系統的目的，是實現自動化的車輛調試，節(jié)省人工成本，提升調試速率。該系統的設計應在滿足傳統調試流程的基礎上，實現全過程數字化的自動、便捷調試。因此，在設計該系統時，需要滿足人機交互的可視化設計需求。

包括前端系統終端的登錄界面，基于可視化的顯示屏設計，在界面上清晰顯示當前的操作人員，并對相應的賬戶信息加以管理。

系統主界面需要全方位、直觀展示當前單車的調試信息、狀態(tài)等內容。

網絡狀態(tài)可視化負責展示調試過程中的ZNTS通信數據狀態(tài)等。

在自動測試的可視化顯示內容中，需要滿足文件編輯管理、上傳、調試工單執(zhí)行、提交工單、生成調試報告并下載查看等功能。

自動調試的管理界面，應詳細標注單車調試的每一個環(huán)節(jié)步驟，并對檢驗人員加以確認，完成調試結果的錄入[2]。

二、動車組單車數字化調試系統設計

（一）總設計概述

基于動車組單車數字化調試的系統設計需求進行研究分析后，本文提出了基于Java的語言編程調試系統。在設計過程中，系統應滿足模型層、視圖層及控制層的設計原則。

在調試系統的前端可視化界面中開發(fā)JSP主界面，在JS發(fā)出請求后，經路由機制進行處理，完成后在對應Controller中進行定位匹配，隨后向前端反饋執(zhí)行結果，并在前端可視化界面中對結果進行解析顯示。

首先，應由QMS經由MQ通訊接口向MOM系統下發(fā)準備調試的單車工單信息。

其次，MOM系統接收工單信息后對格式進行轉化，基于WebServices將轉化為JSON格式的信息向數字化系統傳遞，解碼工單信息并自動錄入數據庫。

再次，啟動數字化調試系統，通過IP接收端口在ZNTS與Socket之間創(chuàng)建連接，隨后可開展動態(tài)化的調試數據反饋。

從次，進入自動檢測階段，為單車調試創(chuàng)建對應賬戶，并基于獨立對話，由多個操作人員共享同一工序。

最后，在完成調試工單中的內容后，確認提交，由數字化調試系統以xml字符的形式向總線發(fā)送，再次向MOM系統及QMS系統分發(fā)數據準備處理。

（二）設計數據庫

本次應用Java語言編程展開的數字化調試系統設計中，創(chuàng)建了15個實體數據庫，通過打造SQL server的儲存系統，完成對數據的自動化儲存與管理，分別創(chuàng)建了包括用戶、工單、調試報告、文件隸屬在內的眾多信息。

在用戶實體數據庫中，需要對用戶的登錄賬號、密碼、登錄后的訪問權限等數據分別設計。通過不同的設計效果，在調試單車過程中可自動記錄登錄用戶信息。

工單隸屬于實體數據庫，包括編號、自動測試調試工單編號、用戶編號等，在MOM系統創(chuàng)建調試工單時，會自動向操作員工發(fā)放，具有一定權屬保密性。結構化文件包括對單車型號數據的記錄、生產批號、次號、編號等屬性數據。在自動化調試測試過程中，還應同時滿足對檢驗項目、標準、位置、調試輸入值、輸出值、實測值、修改時間、修改人、修改原因等眾多自動測試數據的設計[3]。

基于完整的穩(wěn)定測試要求，在數據庫的設計過程中，根據單車調試的具體流程創(chuàng)建了多個相對應的數據庫，從而更好地滿足單車調試過程中的全自動處理分析，通過全面收集、整合數據，為后續(xù)MOM系統的處理提供充足的參考。

（三）設計的主要模塊

1.用戶登錄

用戶登錄模塊設計是為了滿足單車調試過程中的安全訪問控制，通過輸入用戶名與驗證密碼登錄，成功后可進入數字化調試系統展開調試作業(yè)，執(zhí)行后續(xù)調試操作任務，否則將會提示登錄失敗返回主界面。

為保障登錄調試系統的安全性，并始終保持在單端登錄狀態(tài)，可嘗試增設攔截器的方式，將其置于服務器及瀏覽器之間，對請求進行判定。

啟動數字化調試系統后，輸入訪問域名，進入登錄界面，輸入賬戶與密碼，由攔截器判斷申請是否正確，根據用戶登錄權限打開相應的系統主頁等待后續(xù)操作。

2.自動測試

設計自動測試結構。在前端瀏覽器中啟動數字化調試系統，開啟執(zhí)行指令，服務器與Web連接搭建測試會話，隨后在服務器中發(fā)布調試指令，執(zhí)行相應操作。當數字化服務器連接ZNTS系統后，保持穩(wěn)定的連接狀態(tài)，直到服務器接收到車輛調試數據的最終任務。

對單車進行數字化調試。啟動ZNTS后，輸入服務器IP，對車輛序號進行調整，使其與服務器相對應，持續(xù)完成通訊連接。ZNTS連接成功后，數據將保持連續(xù)發(fā)送狀態(tài)，服務器在執(zhí)行自動測試工作時，若需要對車輛加以控制，則應及時向ZNTS發(fā)送指令。

3.穩(wěn)定測試

設計穩(wěn)定測試模塊。在前端瀏覽器界面中設計工單執(zhí)行指令，向服務器發(fā)送執(zhí)行指令，創(chuàng)建Web Socket會話，在服務器中執(zhí)行關鍵調試步驟，同時與ZNTS系統連接，確保在調試過程中實時、動態(tài)化地向服務器傳遞單車的現狀數據，并接收單車調試中的控制數據[4]。

穩(wěn)定測試。其目的是對單車部件的穩(wěn)定效果展開精準測試，包括測試部件在預定的運行次數及時間下，是否能夠展現出良好的性能。在該環(huán)節(jié)中執(zhí)行的指令均為自動執(zhí)行指令，若測試中發(fā)現單車部件與實際性能要求不符，則需要查找、分析原因并記錄。

（四）設計系統接口

1.前后端接口

設計前后端接口的目的是向自動測試及穩(wěn)定測試傳遞文件信息。服務器接收到前端的文件信息后，可執(zhí)行業(yè)務并將結果向前端反饋。

根據系統設計需求，利用Web Socket協議設計前后端接口，使進入調試系統后的每一用戶均能擁有相應的通信線路，并共享工序。

由前端在調試系統界面觸發(fā)onOpen（）事件指令，在url與IP端口以及數字化服務器之間創(chuàng)建連接，在調試過程中，通過系統前端觸發(fā)onMessage（）事件，并以json信息格式與服務器交互，等待業(yè)務處理，仍以json格式向前端發(fā)送信息。

2.MOM下行接口

MOM下行接口負責分發(fā)調試工單，在設計中，啟動數字化調試系統，Web Services接口處于開放狀態(tài)，通過向json格式轉化工單信息、調試人員數據等方式，經該接口向系統下發(fā)傳遞。數字化調試系統在接收到數據后進行解析，最后根據數據流，在數據庫中完整儲存工單文件、工單隸屬等具體信息。

3.數字化上行接口

上行接口通過與下行接口之間的連接，完成對工單信息的執(zhí)行及結果反饋，在數字化調試系統中形成完整的運行管理閉環(huán)。

當數字化系統完成對自動調試工單的執(zhí)行操作后，確認全部合格后提交處理，由數字化系統以xml格式的字符對自動測試工單信息進行處理，并向總線提交。這一過程中，總線始終處于運行狀態(tài)，因此可隨時完成字符信息傳遞，當總線獲取相應的信息后，轉發(fā)給MOM系統，并進行再加工處理。

4.ZNTS通信接口

ZNTS通信接口是滿足數字化調試系統操作過程中動態(tài)采集單車狀態(tài)的重要接口。該接口直接連接MVB總線，完成數據實施動態(tài)化交互通信，并借助socket與數字化服務器創(chuàng)建完整的連接，對單車加以控制[5]。

該系統接口創(chuàng)建了眾多通信通道，包括通訊讀線程緩沖、寫線程緩沖等，通過轉換字節(jié)數據的方式，在字節(jié)數組中儲存數據，如：讀緩沖區(qū)rBuffer[0]儲存調試單車的項目號；rBuffer[1]儲存調試單車的序列號；寫緩沖區(qū)rBuflist[0]儲存調試單車狀態(tài)為動作，設定為“1”或“0”；rBuflist[1]、[2]負責儲存當前調試車輛的狀態(tài)位通信端口對應序號。

三、系統運行驗證

（一）運行環(huán)境

在完成對動車組單車的數字化調試系統設計后，為了驗證本文所設計的系統是否能夠對動車組單車展開自動化的全過程精準調試，需要進行測試驗證。驗證時，應先創(chuàng)建運行環(huán)境，將數字化調試系統連接企業(yè)內網，搭建動車組運行服務要求，創(chuàng)建硬件需求及軟件環(huán)境模型。

（二）系統功能驗證

1.用戶管理

基于模擬實際調試運行環(huán)境，在用戶登錄的過程中首先在前端完成登錄驗證，點擊登錄按鈕發(fā)出申請，請求結束時候由系統根據用戶的不同權限對界面進行渲染。由攔截器對用戶登錄的具體信息審核之后，確認正確后允許通過，隨后對用戶的登錄實體數據等進行儲存錄用，便于前端取用。

2.自動測試

運行驗證中，打開數字化系統與ZNTS系統相互連接之后，將服務器IP輸入其中，并導入列車的序列號以及車輛號，在調試中數字化系統將會實時接收ZNTS所反饋的數據信息。當數字化系統自動執(zhí)行調試指令時，首先對動作狀態(tài)進行分析，根據工單文件中的流程要求依次執(zhí)行指令，并對地址數據加以儲存，便于向ZNTS發(fā)布控制指令對單車進行控制。

3.報告回傳

啟動企業(yè)內部總線并連接MOM系統，由操作人員點擊工序完成后的提交按鈕，并由人工對互檢或是專檢人員編號進行填寫，完成后發(fā)出提交請求，MOM系統接收到請求后進行核驗，確認正確向數字化調試系統進行反饋，另外在本地數據庫中以工序報告形式對結果加以儲存。

四、結束語

對以往調試文件以及人工調試處理的半自動化方式進行優(yōu)化，通過應用Java語言編程的方式，設計了數字化的動車組單車調試系統，該系統可以更加便捷地完成單車的調試處理，實現全自動的調試處理需求。

參考文獻：

[1]牛牧，左文龍，王德帥.一種動車組多終端調試系統的設計與實現[J].工業(yè)控制計算機，2023，36（04）：57-60.

[2]王偉譞，矯德余，李哲.160km/h動力集中動車組動力車通信數據聯調試驗臺研究[J].智慧軌道交通，2023，60（02）：15-20+44.

[3]劉磊.動車組單車數字化調試系統的設計與實現[J].智慧軌道交通，2022，59（05）：53-59.

[4]田華.城市軌道交通動車調試實踐[J].交通世界，2022（14）：38-40+44.

[5]吳艷鵬，陳國鋒，隋永錕.動車組單車調試工藝及發(fā)展趨勢[J].城市軌道交通研究，2021，24（02）：140-143.