铁路客车转向架虚拟仿真系统的实用性分析

卫海 冯岩 邹俊俊 张佩 樊亚玲

摘 要：近年来，随着我国扩大铁路规模，铁路客运里程大幅增长，符合资质要求的检修工人数无法满足铁路客车检修量的矛盾日益突出。大量的铁路客车需要定期检修，而培训一名合格的检修工人周期较长，且受场地等客观因素的限制性较大。本文以铁路客车较为重要的部位转向架为例，通过研究基于VR技术的铁路客车转向架虚拟仿真系统，分析该系统的实用性。

关键词：转向架系统;虚拟仿真;检修培训;实用性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.213

1 前言

改革開放以来，我国铁路建设和运营迎来了飞跃式发展。大规模铁路网需要数以万计的铁路客车运行支持。

转向架技术关系到铁路客车运行的安全性、可靠性和舒适度，是铁路客车的核心技术之一。据资料统计，虽然铁路客车转向架成本占比较小，但在维修成本中的占比却很大。在不同级别检修过程中，转向架的检修工作量最大，消耗的人力资源和时间成本最多，相关的组织管理工作难度也最大。

为了解决与日俱增的铁路客车检修工作任务，需要大量的检修人才。铁路职业院校作为为铁路集团公司输送实践技能型人才的摇篮，应积极承担起培养铁路客车检修人才的重任，这不仅能成为校企合作的良好契机，更能提升高职院校的就业率和社会价值。

传统的铁路客车检修人才的培养模式投资大、效率低、学习效果一般，且受时间、地点限制性大。因此依托企业的技术等优势资源，深化校企合作，增进理实一体化，打造虚实结合、信息交互、学校培养、企业培训的虚拟仿真实训系统，意义重大。

2 铁路客车转向架虚拟仿真系统概述

近年来，随着计算机虚拟现实技术的兴起，虚拟仿真系统作为一种新型的辅助教学手段被广泛应用于各科实践类教学。虚拟现实技术的优越性在于通过三维模型和环境的建立，可使操作者与场景发生交互，使操作者能够在虚拟的环境中完美地模拟现实检修的各个环节。这种先进的多媒体技术可将图像、声音、各类传感器、各类反馈技术集成于一体，很好地解决了现实检修的时间、地点等局限性。

铁路客车检修部位非常多，本文以检修成本占比最大的转向架为例，通过研究铁路客车转向架虚拟仿真系统，分析该系统的构成、功能及实用性。

该铁路客车转向架虚拟仿真系统前期借助CATIA等三维软件，采用参数化建模方法，真实准确地建立转向架的零件和总装模型。通过参观学习检修车间，建立虚拟工作场景。根据实际检修规程，建立随机故障库，模拟生成常见的检修故障。通过人机交互方式对转向架实现虚拟拆装、检修功能，同时记录学员的实操行为。最终，对培训学员处置故障的操作给予科学公正的评价。

该虚拟仿真系统分为三大块。其中，转向架结构认知模块分为零件基本结构认知和检修工艺文件阅读两部分内容;虚拟检修模块分为标准化检修流程、检修工具模拟操作及常见故障判断三部分内容;学习评价模块即对学员操作过程给予科学公正的评价。

转向架结构认知模块可使操作学员了解该系统的操作说明、转向架的零件结构及检修工艺文件。该软件提供了两种按检修操作流程学习的模式供学员选择，不仅能通过系统自带演示功能观看学习转向架零件的基本结构，更能够通过鼠标和键盘与系统进行交互的方式，自主选择特定的零件模型进行缩放、旋转、平移等以便掌握零件结构特征。

转向架虚拟检修模块主要包括构架的组成、基础制动装置、摇枕弹簧装置、轮对轴箱装置等。具体步骤如下：第一步，架车准备;第二步，检查外观、记录、编码;第三步，构架组成、轮对轴箱、摇枕弹簧、基础制动、管路及辅助装置的各工位检修;第四步，自检、互检及专检。

学习评价模块可对学员操作给予科学评价。既可通过该模块对学生的理论知识进行考核，又可通过该模块对职工的岗前实操技能进行实训考核。

3 对教师及学生的帮助

铁路客车转向架系统在高职院校检修实训环节开展的现状并不理想，原因在于设备昂贵、场地受限、安全隐患较大、且无法模拟铁路客车实际运行过程中出现的各种故障等。这样，轨道交通相关专业的学生就无法掌握铁路客车检修的技能。为使学生在校期间掌握各类实操技能，培养岗位能力，本文中提到的铁路客车转向架虚拟仿真系统意义重大。

该虚拟仿真系统以铁路客车转向架资源为核心，营造出开放、共享的虚拟仿真实训教学环境，最终集成虚拟资源、创新设计、智能指导和教学管理于一体，具有良好自主性、交互性、可扩展性和安全性的虚拟仿真实训教学平台。

该系统可用于轨道交通类课程的实训环节，为检修维护、故障处理及装配技术虚拟仿真等提供更为广泛的可操作性。

4 对企业及员工的价值

目前，铁路客车检修工人基本都是在入职后集中进行培训。由于培训周期较长，培训内容较复杂，既消耗人力物力，又耽误时间。该虚拟仿真系统采用虚拟现实的计算机仿真技术将铁路客车转向架系统集图文、声音、视频等于一体，使操作学员在非现场环境即可通过鼠标和键盘，采用人机交互的方式直观清晰地了解转向架结构及各检修规程等信息。这将大大节省不必要的人力和物力，达到利润最大化。

5 结束语

铁路客车转向架虚拟仿真系统采用先进的多媒体技术，利用现代信息手段开发，具有建设和维护成本低、平台扩展性强、利用率高等优势。该系统的开发为校企合作带来了良好的契机，形成了“教学—实训—研发”的共建共享模式。利用该虚拟仿真系统，可有效节省实验设备购置经费、减轻学校资金压力;同时也为轨道交通类企业节省了大量人力物力成本，从而提高利润。虚拟仿真实训教学资源可方便、快捷地形成共享资源，满足学生实训、职工培训、科技服务等需求，辐射人群广泛，社会价值较高。

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