一种轨道交通列车转向架自动换装管理系统

技术领域

本申请涉及城市轨道交通车辆运用维护技术领域，更具体地，涉及一种轨道交通列车转向架自动换装管理系统。

背景技术

传统的转向架换装系统通过弯臂式架车机线完成，列车停留在检修轨道桥上，通过弯臂式架车机线将整列车车体进行架起，通过人工解除故障转向架与车体间的机械联接，再将新转向架换上，这种方式效率低下，自动化程度低。另外，以上针对转向架的自动换装系统通常实现了机械动作的自动化，但仅采用基础的PLC控制单元，缺乏设备自身状态监测功能、信息交互传输功能、安全监测与预警功能等，换装设备的数字化、智能化、可视化程度不够，综合管理与控制能力较弱。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种轨道交通列车转向架自动换装管理系统，旨在解决现有转向架换装过程自动化程度低、设备及人员的监测管理能力差的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种轨道交通列车转向架自动换装管理系统，包括：换装工艺管控子系统，用于通过智能设备构建作业人员和作业工具的数字可视化模型，对现场转向架换装工艺流程进行指导和管控；换装数据监测子系统，用于根据转向架换装场景特性采集转向架换装过程中相关物理设备的安全运行监测数据；信息交互子系统，包括各转向架换装设备对应设置的工况采集模块和通信模块，用于实现不同换装工艺流程中各所述转向架换装设备之间的实时工况信息互通。

在本发明的一个实施例中，所述智能设备为具备作业人员行为识别功能、作业场景可视化功能、作业指导功能和安全防护功能的智能穿戴设备。

在本发明的一个实施例中，所述换装数据监测子系统包括：视频摄像机和红外球机，用于对转向架换装的整体作业环境进行监控；火灾监测传感器，用于采集烟雾信息，并连接至烟雾报警器进行烟雾报警；位移传感器，安装于待换装转向架的轨道交通列车所处的基坑单元内，用于监测基坑沉降情况；红外线传感器，用于监测列车停放位置及工作区域划线状况；应力应变传感器，用于监测转向架换装设备的受力情况。

在本发明的一个实施例中，所述换装数据监测子系统将获取的所述安全运行监测数据传输至虚拟工厂BIM模型和MES系统，使BIM模型和MES系统随实时数据信息进行更新，实现物理设备和虚拟模型间的实时联动。

在本发明的一个实施例中，所述轨道交通列车转向架自动换装管理系统还包括：设备自检子系统，用于根据设备控制指令对各转向架换装设备进行解锁，控制所有电机进行怠速状态转动，并获取各传感器数据，根据传感器数据确定电机和传动系统的健康状态。

在本发明的一个实施例中，所述轨道交通列车转向架自动换装管理系统还包括：安全状态监测子系统，通过数据传感模块获取各转向架换装设备的安全状态数据，由数据处理模块进行数据处理分析，经过数据传输模块将安全状态数据传输至安全评价模块进行智能诊断决策。

在本发明的一个实施例中，所述轨道交通列车转向架自动换装管理系统还包括：设备安全预警子系统，用于获取各转向架换装设备的安全预警信息并传输至终端控制系统，由终端控制系统给报警设备发送指令，实现报警功能。

在本发明的一个实施例中，所述轨道交通列车转向架自动换装管理系统还包括：远程指导子系统，用于使用AR标注模块对可能故障位置进行标注，并用远程指导模块指导现场人员进行转向架换装。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果：

1)通过智能设备构建作业人员和作业工具的数字可视化模型对现场转向架换装工艺流程进行指导和管控，根据转向架换装场景特性设置相应的传感器采集相关物理设备的运行数据，能够监测设备实时工况状态和工作人员肢体动作等，并且将设备全方位信息进行管理和交互，使设备间能互联互通，能够有效提高转向架换装效率以及换装过程中的安全性；

2)对各转向架换装设备进行安全状态和预警监测，如龙门架车机自身结构的疲劳监测、活动轨道桥平衡性、移动式升降小车平台结构可靠性、基坑单元沉降情况监测等，并对危险情况进行及时预警，能够显著提高转向架换装过程中的监测管理能力，进一步保证作业安全；

3)根据物理设备的监测信息建立相应的虚拟数字化模型，对转向架自动换装物理过程通过虚拟模型实时可视化反映，利于管理人员的全方位监控；对于难以解决的故障问题，采用AR技术并通过手机、平板等移动端设备进行远程专家指导完成作业，该系统数字化程度高，可靠性好，对转向架换装设备的智能运维提供有力保障。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种轨道交通列车转向架自动换装管理系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的换装工艺管控子系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的换装数据监测子系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的信息交互子系统的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的设备自检子系统的执行步骤示意图；

图6为本申请实施例提供的安全状态监测子系统的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的设备安全预警子系统的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的远程指导子系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本发明第一实施例提出一种轨道交通列车转向架自动换装管理系统，例如包括：换装工艺管控子系统、换装数据监测子系统和信息交互子系统。

其中，换装工艺管控子系统用于通过智能设备构建作业人员和作业工具的数字可视化模型，对现场转向架换装工艺流程进行指导和管控。进一步的，所述智能设备为具备作业人员行为识别功能、作业场景可视化功能、作业指导功能和安全防护功能的智能穿戴设备。

具体的，提到的智能设备例如包括现场作业人员佩戴智能手套、智能头盔、智能工作服、智能耳机设备，其中智能头盔可连接其余设备，作为中控设备。作业人员通过智能耳机接收作业指导系统的指导，在操作过程中，智能手套和智能工作服上连接有传感器，通过行为识别系统对操作人员的工步进行监督，同时，只能头盔搭载虚拟设备模型显示当前转向架拆装状态。

换装数据监测子系统用于根据转向架换装场景特性采集转向架换装过程中相关物理设备的安全运行监测数据。具体的，所述换装数据监测子系统例如通过物联网感知技术中的数据采集层，采集物理设备上的声、光、温、电、热等信息。其中，视频摄像机和红外球机用于对工厂内部和换装系统进行监控；火灾监测传统器通过烟雾报警器采集烟雾信息；位移传感器安装在换装系统的基坑单元内，用于监测基坑沉降情况；红外线传感器用于监测列车停放位置，工作区域的划线功能；应力应变传感器监测换装设备的受力情况，信息数据通过数采主机对所有进行处理和存储。进一步的，采集数据例如再由网线或无线AP传输至虚拟工厂BIM模型和MES系统，BIM模型和MES系统随实时数据信息进行更新，实现物理世界和虚拟模型间的实时联动。

信息交互子系统包括各转向架换装设备对应设置的工况采集模块和通信模块，用于实现不同换装工艺流程中各所述转向架换装设备之间的实时工况信息互通。进一步的，所述的信息交互传输系统在每个转向架换装设备上安装传感器，采集到的数据通过网线和无线AP给交换机，交换机通过无线AP将信息发送至5G通信模块，各个设备的5G通信模块通过5G频段进行联通，实现信息交互与传输功能，所有5G通信模块由无线AP被AC控制器控制。

进一步的，轨道交通列车转向架自动换装管理系统例如还包括设备自检子系统，其执行的设备自检方法例如分为以下三个步骤：步骤S1：在满足转向架换装条件后，获取电机的自检指令；步骤S2：对各换装设备进行解锁，控制所有电机怠速状态转动，传感器工作；步骤S3：根据传感器数据确定电机和传动系统的健康状态。

进一步的，轨道交通列车转向架自动换装管理系统例如还包括：安全状态监测子系统。所述安全状态监测子系统包括数据传感模块、数据处理模块、数据分析模块和安全评价模块。其中，数据传感模块例如通过在转向架拆装设备上布置光纤光栅传感器，用于监测运行时设备的实时受力情况，在具有承载功能的平台支撑点位布置压力传感器，监测各点的受力，避免承载重物时进入不平衡受力状态，在基坑单元内布置位移传感器监测地基沉降情况。采集的数据信号通过数据处理模块进行数据处理分析后，通过数据传输模块上传安全评价模块，进行智能诊断决策。

进一步的，轨道交通列车转向架自动换装管理系统例如还包括：设备安全预警子系统。设备安全预警子系统例如包括布置在检修库内的激光传感器，用于监测危险区域的人员入侵情况，及作业区域的异物入侵情况；压力传感器用于监测转向架换装设备中具有承载能力设备的运行状态，对压力异常状况进行监测；位移传感器用于监测基坑单元的地基沉降情况；光纤光栅传感器用于对火灾、烟雾进行监测；声学传感器安装在检修库内上方，对检修库内异常声音进行监测；所有传感器监测到信号后传输给终端控制系统，由终端控制系统给报警设备发送指令，实现报警功能。

进一步的，轨道交通列车转向架自动换装管理系统例如还包括：远程指导子系统，用于在转向架换装系统发生故障时可以实现远程指导检修功能，该系统通过通信模块实现远程通信，在通信过程中，专家使用AR标注模块对可能故障位置进行标注，并用远程指导模块，通过声音、图像等方式指导现场人员进行检修和转向架换装。将检修和换装结果和AR标注区域记录在管理模块中，同时，管理模块中的历史记录也可为找出故障点提供先验信息。

综上所述，本发明实施例提出的轨道交通列车转向架自动换装管理系统通过智能设备构建作业人员和作业工具的数字可视化模型对现场转向架换装工艺流程进行指导和管控，根据转向架换装场景特性设置相应的传感器采集相关物理设备的运行数据，能够监测设备实时工况状态和工作人员肢体动作等，并且将设备全方位信息进行管理和交互，使设备间能互联互通，能够有效提高转向架换装效率以及换装过程中的安全性；对各转向架换装设备进行安全状态和预警监测，如龙门架车机自身结构的疲劳监测、活动轨道桥平衡性、移动式升降小车平台结构可靠性、基坑单元沉降情况监测等，并对危险情况进行及时预警，能够显著提高转向架换装过程中的监测管理能力，进一步保证作业安全；根据物理设备的监测信息建立相应的虚拟数字化模型，对转向架自动换装物理过程通过虚拟模型实时可视化反映，利于管理人员的全方位监控；对于难以解决的故障问题，采用AR技术并通过手机、平板等移动端设备进行远程专家指导完成作业，该系统数字化程度高，可靠性好，对转向架换装设备的智能运维提供有力保障。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random AccessMemory，RAM)、磁盘或光盘等。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。