“三教改革”背景下教学设备的自主开发与应用--以运动控制系统实训装置为例

为推进“三教改革”落地实施,破解实训项目难以跟随技术发展变化的问题,对接“1+X证书”技能等级标准,把企业实际项目进行研学转化,设计出一种具有电气控制盘开放、控制系统可选择、执行机构可拼装、末端执行器可互换可升级的运动控制系统实训装置。这种教学实训装置的开放性和灵活性,为教学设备提高复合利用率、降低报废率、设备长期保持技术先进性提供了一种新方法;为机电一体化系统设计类岗位个性化的技术训练以及职业素养养成训练提供了一种“教法改革”新思路,设备研发过程中对于职业院校教师技术能力提升也提供了一种“教师改革”新途径。

基于模型演化的列控车载设备组合测试案例重构方法

车载设备作为列控系统的关键设备之一,其测试需求在不断迭代。测试案例重构通过更新原有组合测试集覆盖变更的测试需求,实现对测试案例的高效重用,对生成演化后的测试集具有重要意义。根据车载设备输入模型的变化情况,提出一种基于模型演化的测试集重构方法。首先,通过比较演化前后组合模型的差异性,辨识出失效和新增的测试需求,并结合测试参数、参数取值、约束可能出现的演化情况分析两类测试需求的具体构成;其次,基于演化后的组合模型,依次采取修改、扩充、新增3个步骤重构原有测试集,修改不满足变更测试需求的原有案例,扩充新增参数取值,新增案例覆盖剩余测试需求;之后,根据约束间的相容性,将互不干扰的多条约束置于1条测试案例集中处理以精简测试集;最终,得到完备覆盖所有演化后测试需求的组合测试集。以车载设备模式转换等3种场景为例,对本方法进行了验证,研究结果表明:相较于现有方法,本方法能更充分地重用原有案例,测试集总体重合度提高了7.82%,后续人工修改测试案例文档的工作量相应减少,时间成本可降低18.26%。

机车视频综合应用及添乘管理系统设计与实现

添乘机车检查设备是工务、电务、供电等专业日常设备巡检的重要手段。由于各专业添乘管理缺乏有效协调机制,经常出现多人同时添乘同一机车情况,浪费人力资源,且对机车司机正常驾驶干扰大,可能威胁行车安全。针对该问题,从机车视频车地传输的角度,提出视频及机车数据共享和应用系统性方案;利用现有机务高清视频与智能分析设备,建设机车视频综合应用及添乘管理系统,为工务、电务、供电等专业提供高质量的视频实时调阅服务,能够在满足设备巡检作业需求的前提下,减少添乘检查人员,降低对机车司机的影响;通过视频智能算法对鸟巢、异物等异常进行实时分析,提高设备巡检技术水平,为推动修程修制改革提供支持。

CTCS3-300H型列控车载设备状态在线监测与智能分析系统开发与应用

针对CTCS3-300H型列控车载设备(简称:列控车载设备)各单元运行日志数据分散存储、数据转储下载接口多、数据分析工作繁琐耗时的问题,根据列控车载设备结构特点,设计了列控车载设备状态在线监测及智能分析系统。该系统统一了列控车载设备各单元的日志数据采集与传输接口,借助既有的车地无线传输通道,设计了灵活、务实的车地数据传输方案,实现了用于列控车载设备状态在线监测的事件通告报文的实时传输,提供故障日志自动下载、手动按需下载两种日志数据无线下载方式,在满足列控车载设备状态在线监测和故障分析需要的前提下,最大限度地减少车地数据传输量。通过有效利用列控车载设备日志数据进行智能分析,能够快速、准确定位故障原因,实现故障自动报警并给出处置建议,提高了列控车载设备故障应急处置和维护效率,为动车组安全运行提供强有力的技术保障。

基于CTCS-N列控系统的双电台冗余控制方法研究与设计

现有的CTCS列控系统大多采用单电台单连接方式实现与核心网的无线连接方案,不能有效保证无线连接的高可靠性和降低系统故障率。设计方案不仅可实现对CTCS列控系统双电台的冗余控制,当在用电台故障时,车载单元会自动选择备用电台重新建立与地面设备安全无线连接,从而保证列控系统的车载设备和地面设备无线通信快速恢复。而且在用电台可同时与多个设备建立多个安全无线连接,大大提高CTCS列控系统的安全性、可靠性、容错性。双电台切换过程虽有一定的时延,但对车载设备和地面设备的无线通信的影响较小。因此在列控系统的未来发展中,双电台冗余控制将成为未来新型列控系统的发展趋势。

自主化BTM异常引起的停车故障分析及对策措施

作为列控车载设备的重要组成部分,BTM一旦发生故障,将会导致列车运行途中停车或不能正点发车。利用自主化BTM数据记录全面的特点,对应用过程中发生的3起典型故障案例进行分析,提出相应对策措施:优化应答器报文接收逻辑,对于已能正确解析出报文但后续无法解析的情况,自主化BTM将其作为旁瓣进行过滤,对于无法解析成830 bit的报文,解码板通过多次移位解析,提升自主化BTM报文解析成功率,只有在规定时间无法解析成功的报文,才向车载主机发送全零应答器报文,从而增强自主化BTM对于现场应用环境的适应性;利用自主化BTM重启时间非常短的特点,增加BTM重启机制,解决临时应答器传输服务不可用(BSA)、永久BSA、BTM端口无效这3类故障造成的停车。目前,应答器报文接收逻辑优化措施已在CTCS3-300T型车载设备的自主化BTM中实施,重启机制经源头设计厂家研究,车载主机可结合运行场景进行合理运用。

新型列控系统ATP车载设备开发过程安全控制措施研究

作为下一代列控系统的重要组成部分,新型列控ATP车载设备的设计开发需严格按照行业技术要求执行安全控制措施,以确保设备满足安全需求。从RAMS分析、系统测试、验证确认3个方面对设备开发过程中的安全控制措施展开研究:根据新型列控ATP车载设备的功能分析,采用Relex Studio建立可靠性框图及故障树模型,计算设备的RAMS等各指标符合技术条件要求;针对系统测试需求,设计测试流程,搭建仿真测试环境进行系统测试;通过具体验证活动与多种确认方法,验证新型列控ATP车载设备能够在目标环境中有效运行。新型列控ATP车载设备所采取的安全控制措施可提高其可靠性与安全性,为其他安全相关的铁路信号设备的设计开发提供参考。

郑万高铁长大下坡道区段闭塞分区划分与列控系统匹配性研究

针对郑万高铁长大下坡道区段列控系统与闭塞分区划分不匹配导致列车ATP系统允许速度突降的问题,研究长大下坡道区段闭塞分区划分与列控系统的匹配性。基于CTCS2-200C和CTCS3-300H型列控车载设备软件制动模型进行仿真计算,得出郑万高铁长大下坡道区段闭塞分区符合性检算结果。经验证郑万高铁襄阳至万州段下行线反向闭塞分区长度CTCS2-200C检算结果存在不符合项两处;上行线反向轨道电路信息许可长度CTCS3-300H检算结果存在不符合项一处。由于反向运行为特殊运行场景,建议纳入铁路局列车运行管理办法,以解决检出问题对列车运行的影响。本项研究实现了跨专业技术融合验证闭塞分区设计与列控系统匹配性的方法,可供其他类似工程参考与借鉴。

列控车载ATP设备操作培训平台关键技术研究与软件实现

为提高列控车载ATP设备的操作培训质量,考虑培训设备操作反应真实、故障模拟场景丰富、司机视角显示准确等需求,提出一种基于真实列控车载ATP设备应用软件的操作培训平台设计方案。通过运行脚本和软件插桩2种故障注入方式,实现操作培训平台的故障模拟;设计基于PID控制的司机视角同步跟踪显示算法,对司机视角的显示内容进行精准控制,并从视觉显示流畅度和列车位置准确度两方面验证算法的可行性。该培训平台与现场真实设备反应一致,具备模拟多种故障场景、沉浸式操作等优点,可为其他类似培训平台的设计提供参考。

基于MVB总线的市域铁路车载设备首尾通信方法

市域铁路是适用于都市圈中心城市城区连接周边城镇组团的轨道交通系统,提供公交化、大运量、快速便捷的交通服务。市域铁路要求列车两端的车载设备首尾通信、传递信息、支持站后自动折返和原地自动换端。详细介绍基于MVB总线的首尾通信方法和技术,已经成功应用于市域铁路车载设备之中。经过实验室测试和检验,提出的首尾通信方法和技术可以实现首尾两端车载设备高安全、高可靠的数据通信,是市域铁路列车实现站后自动折返和原地自动换端的重要基础技术。

掘进工作面自移设备列车研制与应用

针对掘进工作面动力设备、临时料场的跟机前移主要靠人工搬运、劳动强度大、安全隐患突出、与快速掘进系统不匹配、影响掘进效率的问题,研制了适用于掘进工作面的自移设备列车。设计了智能控制系统,实现了设备列车与掘进成套装备的协同控制,提高了设备列车在复杂顶底板条件下的适应性。实际应用表明:自移设备列车将掘进工作面辅助作业装备集中管理,大大提高了作业的安全性和工作效率。

动车组牵引系统与牵引模块实训装置原理及故障分析研究

本文将围绕动车组牵引系统及模拟实训装置进行相关研究,介绍了动车组牵引系统基本结构及工作原理,并对实训装备进行研制,通过对牵引系统典型故障及牵引实训装置分析研究,为类似牵引故障提供指导。

基于监测数据的ATP车载电台健康状态评估算法研究

在列车运行过程中,ATP车载电台运用不稳定会引起车地无线通信超时,导致CTCS-3级列控系统降级,影响列车运行效率。针对此类问题,通过研究电台多种常见故障及特征,设计一套用于ATP车载电台健康状态评估的算法。以接口监测数据、基站空口监测数据和车载空口监测数据为基础,通过学习与迭代,建立表征电台健康状态的模型作为评分基准;通过对比电台相关特征值与模型基准值,对各个电台进行健康状态评估。经验证,该算法可准确描述车载电台的健康状态,供运维人员对健康状态差的电台提前处理,从而实现电台故障的事前预防,对降低CTCS-3级列控系统无线通信超时概率、保障列车安全运行、提高铁路运维水平等具有重要意义。

车载轨道电路信息接收单元便携式测试装置的设计

为完善列控车载设备关键部件之一轨道电路信息接收单元的测试项目,提高作业效率,设计了一款可以测试轨道电路信息接收单元相关性能指标的装置。该装置由车载和轨旁两部分设备组成,通过循环发送轨道电路信息,由各模块采集DMI图像和感应接收线圈电压、阻抗等参数,以无线通信方式传送给检测主机进行处理,最终实现对轨道电路信息接收单元解码灵敏度、解码时间和感应电压值等指标的测试。该测试装置具有便于携带、兼容性强、自动检测等特点,能够满足现场维护人员在列控车载设备二级修、高级修、故障处置等场景下的作业需求,可以有效提高列控车载设备的运用质量和作业效率。

基于线路级能量管理系统的列车柔性过分相电压控制仿真研究

针对列车过分相时分相区两端压差过大导致受电弓拉弧、危害列车行车安全的问题,文章提出了一种基于能量管理系统(energy management system,EMS)的柔性过分相电压控制系统。该系统通过采集牵引网状态信息获取电压控制指令来控制能量调度装置(energy dispatching equipment,EDE),以实现分区所两端的电压平衡,保证列车平稳过分相。文章介绍了该系统电压调节的原理,并针对重庆轨道交通15号线交流供电系统搭建EMS调压系统仿真模型。仿真结果表明,基于EMS的柔性过分相电压控制系统能够降低分区所两端电压差20%以上,有效地控制了分区所两端电压的平衡,该结果充分验证了所提控制系统的有效性和可行性。

CTCS-2级列控车载设备层次化组合测试方法

对列控车载设备开展组合测试,可有效提高设备的安全性。针对现有组合测试方法未充分考虑车载设备测试过程中输入的时序性、设备状态等影响软件安全的各种因素组合的问题,提出一种车载设备层次化组合测试方法。首先,划分CTCS-2级车载设备测试过程中各种影响因素的组合层次,设置层次化覆盖强度。其次,提出了车载设备层次化组合覆盖准则,给出形式化定义,构建层次化组合测试模型。然后,提出一种两阶段层次化组合测试用例生成方法,高效精简构造层次化组合测试集。最后,以CTCS-2/0等级转换测试为例对方法进行验证。结果表明,在保证各种影响因素组合覆盖的前提下,相对于现有方法,在覆盖强度t={2,2,2}时,采用本方法的测试成本可降低23.53%,有效提高测试的针对性,验证了方法的有效性。

基于BERT-CNN的城轨列控车载设备故障分类

针对基于通信的城市轨道交通列车控制系统车载设备故障排查困难,故障维修日志由于信息零散、语义模糊及归类混乱等导致的传统文本分布式表示与浅层机器学习算法分类精度低等问题,提出一种基于焦点损失函数BERT-CNN(bidirectional encoder representations from transformers-convolutional neural network)的故障分类方法,建立故障处理及结论、故障现象的关系模型.利用预训练好的BERT模型微调获取故障现象的词向量,充分捕捉融合了上下文的双向语义并关注重点词汇;利用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)进行训练,改进损失函数以缓解数据类别不平衡引起的性能下降问题.通过对某车载信号工区数据进行实验,对比基于交叉熵损失函数的BERT-CNN、单一BERT模型与word2vec-CNN(word to vector-CNN)方法,基于焦点损失函数BERT-CNN方法在分类指标上最优,对某些样本数量少的类别能够更精准分类.研究结果有助于建立更完善的智能运维故障案例库.

CTCS-3 级列控车载设备的形式化建模与验证

CTCS-3级列控系统安全苛求性较高,而列控车载设备是CTCS-3级列控系统的主体,主要功能是对列车进行操纵和控制,保证列车安全运行的关键。通过分析CTCS-3级列控车载设备之间的信息交互以及车载安全计算机中工作模式的转换规则,采用有色Petri网(CPN)建立车载设备的信息交互模型以及工作模式转换模型,使用ASK-CTL分支时序逻辑公式验证了模型的死标识、死锁以及分析工作模式下的系统行为等特性,验证构建的CPN模型符合系统规范要求的流程及规则,可为相关安全苛求系统的设计提供一定参考。

新工科背景下关于创新型人才培养的探索与思考——以过程装备与控制工程专业为例

新工科建设促进传统工科专业面向现代化技术的升级改造,也为新时期工程教育改革指明方向。过程装备与控制工程作为传统工科专业,在不断发展的新经济和新业态下,积极探索创新新人才培养道路,以满足制造业绿色化、智能化的产业转型需求。该文总结浙江工业大学过程装备与控制工程专业学科建设经验,从学科交叉、产教融合、成果导向三个方面进行介绍,与同类学校在新工科背景下进行学科建设交流与探索。

考虑随机冲击与冗余的列控车载设备可靠性模型与预防性维修策略

列控系统的安全苛求对车载设备的可靠性提出了更高的需求,有效的可靠性模型与合理的维修策略对预防潜在故障、提高设备可靠性具有重要意义。针对现有车载设备可靠性建模和维修策略考虑因素不全面的问题,提出了一种考虑随机冲击与冗余的可靠性模型构建方法与一种不完美维修条件下的预防性维修模型。首先,考虑自然性能退化和外界随机冲击,针对车载设备及其冗余分别建立不同的性能退化模型并计算相应的可靠度函数;其次,利用Copula函数求解联合分布函数作为整体可靠度函数,在可靠度阈值约束下,通过单个预防性维修周期内的可靠度函数求解预防性维修间隔,同时考虑不完美维修对于维修策略的影响,以可靠度阈值和预防性维修次数作为决策准则,构建车载设备全生命周期内的维护费用率模型;最后,以列车自动防护控制单元(Automatic Train Protection Control Unit,ATP-CU)为例进行数值仿真,验证所提模型的有效性。结果表明:提出的基于Copula函数求解车载设备及其冗余的可靠性建模方法相比传统的独立可靠性分析方法能够更好地把握其性能的演化情况;在仿真环境下,当可靠度阈值为0.85、预防性维修次数为7次时,ATP-CU及其冗余全生命周期内的最小维护成本率为21.47元·d-1。