基于全景技术的机车检修接车系统设计

来源 :内燃机与配件 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jacky1313
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  摘要:针对原接车系统拍照上传图集和手记誊抄上传接车文档方式,存在图多零碎查阅困难和接车记录形成繁琐且后续使用困难的问题,提出了新型的设计理念。采用3D建模、全景技术和移动计算,构建了新型接车鉴定工作模式;以3D机车为依托,融合全景图和细节平面图;清单化接车作业;提升了接车鉴定工作效率和质量。
  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.
  关键词:铁路机车;机车检修;接车鉴定;预检作业;全景看车
  Key words: railway locomotive;locomotive inspection and repair;appraisal of receiving train;preinspection operation;panoramic view of the locomotive
   中圖分类号:U269.322                                   文献标识码:A                                文章编号:1674-957X(2021)11-0153-04
  0  引言
  机车经过一定时期运行,各部件会发生磨耗、变形或损坏,为保障机车可靠地运行,须有计划地进行检修。依据铁路相关规定,承修单位组织有关人员,会同承验验收室和送车单位代表共同做好接车鉴定记录,并由送车单位代表带回一份记录交机务段[1];接车鉴定是对机车部件进行检查、记录、确认检修要求及拍照存档,记载机车入厂状态和检修要求,对后续检修过程有重要的指导作用。以往做法是一方面通过相机拍摄机车部件,导出后上传原系统,每台份约300余张;另一方面边检查边手记到纸上,然后誊抄入电脑,整理形成接车记录,将文档上传到原系统。主要存在:重复工作多、图片零碎查找难、文档形式传递信息利用难度大;针对以上问题,进行新的设计架构研究,对于提升接车鉴定工作效率和质量有重要意义。
  1  系统架构设计
  对于接车鉴定工作中存在的问题,本研究设计思路如下:
  ①对SS4B、HXD1型机车进行3D建模,作为图片载体,解决图片零碎,查找难问题;
  ②利用全景技术,对机车各室区域全景采图,并融入3D机车,提升机车整体感;
  ③细节平面图,嵌入对应全景点,满足对清晰度的不同需求,详略得宜;
  ④将接车检查项条目化,在APP端清单化作业,自动生成接车记录,避免重复工作,并对后续检修过程提供班组级精准化指导。
  依据以上思路,系统架构设计分为基础设置、全景子系统、预检子系统,架构设计如图1所示。
  1.1 基础设置
  该部分主要是对SS4B和HXD1型机车进行3D建模,为全景图提供依托和背景。SS4B型电力机车是由两节完整的单司机室4轴机车通过机械和电气重联组成的8轴机车。[2]HXD1型机车由两节完整的单司机室四轴机车通过机械和电气重联的形式组成八轴机车,机车的设备布置与通风系统以单节车为单元,其设备布置采用中间走廊、模块化结构设计。[3]
  在3D模型上定义全景点和细节图,为采图任务提供模板;机型的配件组成是机车预检的基础,通过系统进行配置,并在此基础上设置机型预检项点,将接车鉴定工作按配件进行条目化定义,设定检查标准和预选结果集。
  完成以上配置工作后,进行预检模板设置,通过预检模板定义作业分工角色,并对每个角色分配预检部件范围及预检项,这是发布预检作业的基础,预检模板还可以方便对同一机型同一修程的不同机务段进行差别化定义,以满足日益丰富的机务段个性化检修要求,确保系统能够适应将来一定时期内的业务变化。
  系统设计遵循了信息系统安全管理的一般要求,包括强口令原则、分权与授权原则、分级保护原则等内容。[4]
  1.2 全景子系统
  全景子系统分为采图作业、自动制作合成及全景看车三个部分;当检修机车入厂后,可以针对该机车发布采图作业任务,由机车分解室人员持智能终端和全景相机上车采图,通过智能终端可以查看采图任务列表,按预定义任务逐个采图,智能终端通过无线方式控制全景相机进行拍摄,获取全景图,并使用智能终端对细节平面图进行拍摄,完成采图任务;然后将数据上传至服务器;图片数据上传后,系统进行自动数据合成并与3D模型融合,形成一套完整的机车入厂图集资料;其他用户即可通过全景看车平台查看机车入厂状态,辅助指导生产。系统流程图见图2所示。   1.3 预检子系统
  预检子系统分为预检作业、上会评议、智能分发和查阅使用四个部分;当检修机车入厂后,可以针对该机车发布预检作业任务,机车分解室人员通过智能终端接收预检任务,持智能终端上车进行清单化预检作业,可以通过wifi在线作业,也可以进行离线作业再上传,解决局部网络信号差的问题;预检作业后,需要组织机务段送车代表、验收中心、车间生产共同对预检项点上会逐个评议,直至达成统一共识,形成接车鉴定记录;系统按责任班组进行定向分发;班组在生产过程中通过系统随时查阅接车鉴定记录,用以指导生产;系统流程图见图3所示。
  2  系统功能设计
  基于以上的业务需求及系统架构设计,将软件项的需求转变为一种体系结构,该体系结构描述其顶层结构并标识各个软件部件。应确保软件项的所有需求都被分配给了其软件部分,并得到进一步细化。[5]遵循以上规则,将体系结构分解如下。
  2.1 机车3D建模
  采用3DsMax对SS4B和HXD1机型进行建模,并用Unity三维可视化技术进行呈现,构建逼真的机车3D模型,将作为全景图的载体;3D机车模型可以缩放和720度任意旋转,兼具了机型基本认知和配件认知学习功能;为了避免用户过度缩放或拖拽造成视觉上机车丢失,系统设计了一键空格回到初始视角功能;对于机车内部结构,采用平面分布图展示机车内部配件布局,一目了然,系统支持在3D外部视图和俯视内部视图间自由切换;机车3D为全景看车提供了依托,将以往零碎的图片整合起来,一改之前“只见树木不见森林”的看图痛点。
  2.2 全景点定义
  全景点定义,是针对不同机型和修程组合的产品进行定义,方便将来业务拓展依然可以通过配置来继续使用系统,根据业务需要定义需要拍摄全景的点位信息,并将每个点位通过三维坐标系的(x,y,z)将全景点点位与3D模型建立一一对应关系,为自动制作合成全景奠定基础。
  为了满足对机车不同部位图片清晰度的差别化需求,同时也弥补全景图清晰度方面的缺陷,系统设计每个全景点中可以定义多张细节平面图,作为有力补充,满足生产指导需要。
  2.3 采图作业
  当机车入厂检修时,机车分解室根据该机车的机型、配属及修程,确定采用预定义的全景点定义模板,发布采图作业任务;作业人员通过智能终端下载采图任务,并携全景相机及配套支架进行机车采图作业。
  根据采图任务中描述的采图点进行逐点采图,作业人员用智能终端以wifi方式连接全景相机,并远距离控制相机采图,采图后,全景图自动传输到智能终端,保存在本地;此时对该全景点下的细节平面图进行逐个采图,使用智能终端自带相机即可完成,核验图片数量和质量,无误后,进行下一全景点作业。
  当完成所有采图任务后,可以关闭全景相机,作业人员将智能终端连接到生产局域网wifi中,将采集的全景图和细节平面图统一上传到服务端,至此,完成采图作业任务。不仅通过全景图的引入提升了作业质量,而且通过系统设计,完成了自动化上传,减少人为干预,提升工作效率和质量。
  2.4 全景自动制作合成
  完成采图作业,只是第一步,如何将这些素材有机的整合成一套完整的全景资料,是该阶段需要完成的工作。接车鉴定工作是要对每台车都要进行,这种场景不同于市面上常见的全景宣传产品,全景宣传产品一般都是一次性的制作过程,之后就是传播浏览,制作过程除了自动合成还可以进行人工精细调整,对制作者要求较高;而接车鉴定工作需要重复很多遍的制作过程,且使用人员很难达到人工合成调整的技术要求,自动合成制作无疑是可行性验证的一个重要依据;针对该使用场景,进行了多次论证研究,最终在使用和体验方面找到平衡点,实现了全景与3D机型的自动制作合成,满足使用效果需求,大大降低了对使用者的技术门槛,是关系设计成败的关键点。
  2.5 全景看车
  全景看车是本设计的重要目标,也是检验设计成败的重要参考点,对于其他科室和车间生产人员,能够方便的看车,是其最终诉求;经过前面的工作,系统自动完成了全景制作,只需查找目标机车,然后进行全景看车即可,各全景点标注在3D机型上的对应位置上,可以根据需要直接点看某个全景点,系统进入全景图模式,在此场景下,可以拖拽、缩放等操作,全方位的查看该点的周围景象,也可以点击查看细节平面图,来进一步查看某些部件的细節图。
  生产人员可以随时从全景图中跳出到3D机型,再有选择的进入其他全景点,当然也可以直接在全景点模式下通过路点进入相邻的全景点,犹如直接走过去,实现沉浸式看车体验,满足生产看车的需求。
  2.6 预检模板设置
  机型配件树,维护机型配件组成树级结构,标记需要预检的配件。
  机型预检项点定义,针对各机型需要预检的配件定义一个或多个预检项点,为了方便APP清单化作业,对于存在选择项的项点进行设置预选项。
  产品预检项点定义,为了满足同一机型不同修程的机车预检范围的不同,在机型预检项点定义的基础上增加产品预检项点定义,可以从前者中选择一部分作为该产品的预检作业范围,从而满足多业务场景的需求。
  预检模板设置,由于不同机务段的差异化检修要求,需要分别维护不同机务段的预检模板,以适应这种个性化需求;为了方便多套模板的维护,系统支持模板复制功能,方便相似模板的设置,大大提升了模板的维护效率。
  2.7 预检作业
  当机车入厂检修时,机车分解室根据该机车的机型、配属及修程,选择对应的预检模板,发布预检任务,系统根据预定义信息自动将预检作业任务分配给相应人员。
  预检作业人员通过智能作业终端下载预检任务,并上车进行清单式预检作业,依据作业清单,逐点进行检查核验,通过点选和简洁输入模式进行预检作业,数据实时同步到服务端,一改之前手记、誊抄和整理工作模式,对于有异议点还可以随时拍照以供接车鉴定会上进行集中讨论;条目化清单化作业方式,形成的数据有利于定向传播和利用,对于指导车间班组生产有重要意义,盘活数据资产,让数据流动起来;大幅提升了工作效率和工作质量,为智能化建设奠定了基础。   2.8 上会评议
  完成预检作业,系统自动形成的接车鉴定记录初稿,可以直接进行上会评议,上会评议主要是由三方及车间生产人员对机车状况和检修要求进行逐一讨论确定,鉴于会议室应用,该功能设计要在颜色和字体大小上进行仔细考量和试验,要保证会议室人员都能看清,真正发挥接车鉴定会的作用,对于会议上不能确定的内容允许临时挂起,会后确定后明确相应内容;由于条目众多,该功能设计上还要考虑显示完成占比,方便会议组织人员把控会议节奏和整体时间。该功能改变之前的工作模式,减少重复劳动,提升工作效率。
  2.9 数据发布
  通过上会评议,明确了细节,确定了检修要求,机车分解室可以将机车记录进行发布,一方面形成完整的接车记录文档,可以导出给送车单位代表带回;另一方面,对生产车间发布,按预设负责班组进行定向分发,减少干扰信息,实现指导精准化。
  2.10 接车记录使用
  班组通过工位机查阅接车记录,开工前就对即将检修机车的状况和检修细节要求做到心知肚明,利于有计划的组织安排生产,有的放矢。彻底解决之前打印文档分发模式下的种种弊端,诸如:资源浪费、文件丢失、班组查看漏项等问题;提升工作协作能力和工作质量。
  3  对比与分析
  为了验证基于全景技术的机车检修接车系统的设计合理性,对新设计系统使用前后效果进行了调研和数据对比分析,具体如下:
  3.1 概况
  对新设计系统使用前后的各5台车的机车鉴定工作为研究对象,从采图作业、预检作业、查看机车图集和使用接车记录4个指标的平均耗时上进行对比分析;统计数据如表1和表2。
  3.2 对比分析
  通过表1和表2数据对比,可以发现新设计模式下,四项作业耗时均有降低,分别:采图作业平均耗时节省了30分钟,效率提升约36.3%;预检作业平均耗时节省了35分钟,效率提升约52.4%;机车看图查找平均耗时节省了12.76分钟,效率提升约93.8%;接车记录查找平均耗时节省了5.28分钟,效率提升88%。
  机车看图查找和接车记录查找效率提升最多,接近一个量级;采图作业和预检作业效率也有大幅提升;基本符合设计初衷,大幅提升了作業效率,作业质量在使用体验方面有了全新的升级;由此可见,基于全景技术的机车检修接车系统的设计对于接车鉴定工作和后续指导生产在效率和质量上都有大幅提升效果。
  4  结束语
  本文以基于全景技术的新设计模式融入到机车检修接车作业系统的设计中,从接车鉴定工作实际业务需求出发,详细阐述了业务需求分析、业务设计和软件功能设计。并验证了前后效果;尽管可以看出该设计对接车鉴定工作有了大幅提升,但在实践中,仍存在以下问题:
  ①由于机车内部比较暗,一般接车鉴定时,机车无电接入,照明灯无法打开,即使打开,也不够明亮,拍摄的全景图质量不高,在实际应用中采用磁吸手电补光,虽有所改善,但增加了工作繁琐度,效果也仍有提升空间。
   ②机车内部空间狭小,虽说全景看图体验得到了大幅提升,之前导出传图的工作得到了简化,但拍摄工作仍然比较辛苦。
   ③由于全景图文件比较大,在全景看车加载时或切换全景点时有一定的等待,是因为考虑到系统内存空间有限,看完及时清除了内存,避免系统资源耗尽崩溃,全景看车体验上还有提升空间。
  参考文献:
  [1]神华集团有限责任公司.神华韶山4B型电力机车大修规程(试行)[G].沧州:神华集团有限责任公司,2014.
  [2]刘友梅.韶山4B型电力机车大修规程[M].北京:中国铁道出版社,1999.
  [3]张曙光.HXD1型电力机车[M].北京:中国铁道出版社,2009.
  [4]中国国家标准化管理委员会.GB/T 20269-2006,信息安全技术 信息系统安全管理要求[S].2006.
  [5]中国国家标准化管理委员会.GB/T 8566-2007,信息技术 软件生存周期过程[S].2007.
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