龐世俊 姜良奎 林藍 張恒志 張彥偉 王文齊

摘 要：轉(zhuǎn)向架線束測試是對轉(zhuǎn)向架中電氣傳感器的接線部件進行測試，是保障人車安全的重要生產(chǎn)活動。目前的人工測試方式效率較低，測試過程難以直觀掌控，紙質(zhì)測試結(jié)果也不便于展示和統(tǒng)計;故改用自動測試的方式，快速生成數(shù)字化的測試結(jié)果;這就需要智能測試管理系統(tǒng)，來規(guī)劃管理新的自動測試過程，設(shè)計人機交互及設(shè)備通訊細節(jié)，將紙質(zhì)的工藝信息轉(zhuǎn)為有效的自動測試模板，維護相關(guān)基礎(chǔ)信息，并將設(shè)備協(xié)作的自動測試過程和對線束的實時測試結(jié)果同步投射在數(shù)字環(huán)境里，建立工作工位所有設(shè)備的數(shù)字化映射，可通過大屏瀏覽器方便地查看當前自動測試過程和結(jié)果。

關(guān)鍵詞：智能測試管理系統(tǒng);自動測試過程;結(jié)構(gòu)化;數(shù)字化映射

1 引言

轉(zhuǎn)向架線束完整性測試是轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)過程中的一項重要工作，在安裝設(shè)備前，必須對線束的導通、絕緣、耐壓、電阻指標進行測試，以保證轉(zhuǎn)向架各傳感器功能正常，以免為列車行車安全留下隱患。目前人工測試方式效率低，穩(wěn)定性不強，并產(chǎn)生大量的非數(shù)字化字符信息，設(shè)計與實現(xiàn)線束智能測試管理系統(tǒng)，將紙質(zhì)工藝文件和人工工作流程轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的電測設(shè)備可以識別的準確的數(shù)據(jù)，規(guī)劃自動測試過程，在恰當節(jié)點收集設(shè)備數(shù)據(jù)、處理測試信息、轉(zhuǎn)化存儲測試結(jié)果，將整個測試環(huán)節(jié)映射到虛擬環(huán)境中，通過瀏覽器方便快捷地向用戶展示測試過程實時動畫、測試結(jié)果示意圖和測試結(jié)果詳情，自動生成測試報告，實現(xiàn)測試過程的自動、可視和結(jié)果的可觀，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架測試環(huán)節(jié)的數(shù)字化生產(chǎn)。

2 功能分析

2.1 人機交互的測試流程

考慮了人工觀察部分與自動電測部分的分離與避免來回重復操作的優(yōu)化后，得到的測試流程如圖1所示。這個過程分成了遠程的信息維護和測試現(xiàn)場的操作兩部分，可以為不同終端設(shè)置不同類型的操作界面，這個過程包含了計算機網(wǎng)、傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，需要將電子技術(shù)和機械技術(shù)結(jié)合考慮。其中有兩個需要重點關(guān)注的地方，一個遠程信息維護的準確性，尤其是工藝的完整輸入、存儲及適時準確地傳達到測試現(xiàn)場的設(shè)備。另一個是測試過程中操作人員與機器人的交互，要保證現(xiàn)場操作時通訊的順暢，以及足夠多的提示和機器人等狀態(tài)的感知。

2.2 角色劃分

由上文規(guī)劃出的流程可以知道，系統(tǒng)至少要分成兩類用戶，一類是遠程維護各類信息的用戶，另一類是現(xiàn)場操作的用戶。由于現(xiàn)場測試需要根據(jù)轉(zhuǎn)向架類型得知其連接器的類型，再根據(jù)連接器類型得知工裝上卡具的類型以及自動插接測試需要的機器人測試插頭的類型，故基礎(chǔ)信息的維護中，除了需要完整的工藝信息外，還需要準確的轉(zhuǎn)向架類型、工裝卡具類型、連接器類型及關(guān)聯(lián)關(guān)系，保有這些信息的工單才是一個可執(zhí)行的工單。另外為了設(shè)備的識別、順暢交互與遠程監(jiān)測，還需要維護基本的工位信息和設(shè)備信息。由此分析得到基礎(chǔ)信息維護人員用例如圖2。

在測試現(xiàn)場的操作人員，需要看到自己要執(zhí)行的工單的基本情況，使用機器人操作按鈕，查看所在工位內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)，查看和寫入自動測試之外的測試項的測試結(jié)果如外觀有無破損，查看連接器與卡具的對應(yīng)關(guān)系來固定連接器，查看自動測試結(jié)果，確認完成工單等?，F(xiàn)場操作人員用例如圖2。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 功能模塊

在操作流程和角色用例的基礎(chǔ)上，劃分了系統(tǒng)的功能模塊。測試現(xiàn)場的操作人員需要識別要測試的轉(zhuǎn)向架，于是規(guī)劃了在轉(zhuǎn)向架上貼芯片、手持設(shè)備通過NFC掃描芯片得到轉(zhuǎn)向架信息、與管理系統(tǒng)對比并接受工單的功能，這樣的識別轉(zhuǎn)向架、自動尋找工單并改變工單狀態(tài)的方式避免了人工接受工單時可能導致的失誤等等，與數(shù)據(jù)和信息的結(jié)合也更緊密。整體功能模塊的設(shè)計如圖3所示。

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓撲

系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖4所示。主機可以通過防火墻訪問服務(wù)器提供的智能測試管理系統(tǒng)后臺頁面，維護基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，查看設(shè)備狀態(tài)和任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)。服務(wù)器布置在局域網(wǎng)內(nèi)，局域網(wǎng)的每個工位內(nèi)，還有現(xiàn)場操作人員使用的觸屏終端、機器人控制器、與電測箱通訊的控制機等。

觸屏終端通過主網(wǎng)關(guān)，一方面與服務(wù)器通訊，查詢測試任務(wù)，上傳測試結(jié)果，另一方面與機器人控制器和電測設(shè)備控制機通訊，獲得設(shè)備狀態(tài)，下達操作指令，再把收到的設(shè)備狀態(tài)同步到服務(wù)器。在每個工位上，另有四個攝像頭監(jiān)控現(xiàn)場狀況，大屏展示測試狀態(tài)與結(jié)果、機器人動作、攝像信息等，用戶可以通過大屏看到對應(yīng)工位的測試現(xiàn)場狀態(tài)，為人員安全提供保障。局域網(wǎng)內(nèi)也有路由器提供無線網(wǎng)絡(luò)，如上文所述需要手持設(shè)備掃描獲得轉(zhuǎn)向架信息來接收工單，準確開啟測試任務(wù)，手持設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)連接到服務(wù)器，更新工單狀態(tài)。手機通過現(xiàn)場的無線網(wǎng)絡(luò)可以掃描識別圖，形象查看測試狀態(tài)和測試結(jié)果。

3.3 層次結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖5所示。

系統(tǒng)分為四層結(jié)構(gòu)。邊緣系統(tǒng)從物理世界通過超高頻天線、紅外位置傳感器、機器人控制傳感器、溫濕度傳感器、電測信號、攝像頭等采集RIFD標簽信息、環(huán)境信息和位置信息等，完成數(shù)據(jù)采集、處理和匯聚等功能，同時進行傳感節(jié)點、路由節(jié)點和傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的通信和控制管理，將物理實體和模擬信號傳遞出來，經(jīng)過機器人控制器和控制機及采集程序的解析，傳輸各種消息。IaaS層為服務(wù)器、存儲器物理底層，保障了服務(wù)存儲和網(wǎng)絡(luò)的能力。PaaS層由ThingWorx提供建模方法和微服務(wù)，建立機器人、電測設(shè)備、工位等物理實物的數(shù)字化映射，向SaaS層的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)和服務(wù)訪問能力。SaaS層在多種形式的設(shè)備上建立了面向業(yè)務(wù)的后臺管理、操作執(zhí)行、大屏展示、掃描和增強現(xiàn)實功能。其中邊緣層的各種設(shè)備和設(shè)備中的數(shù)據(jù)傳輸程序依設(shè)備定制安全措施，服務(wù)端的層次采用標準化方式來維持安全。

3.4 測試過程數(shù)字化映射

在工位顯示大屏上，部署瀏覽器來完整顯示虛擬三維環(huán)境中重建的高度精細工位模型，包括轉(zhuǎn)向架、機器人、工裝和各種機柜，把測試過程中整個工位的情況，包括機器人的運動和對工裝的抓取、移動、固定，動態(tài)地顯示出來，讓人們能夠通過屏幕，方便安全地查看測試過程中機械設(shè)備的運行，提高測試工作的安全與效率，發(fā)現(xiàn)測試過程中可能的潛在問題。

測試工位在虛擬環(huán)境的數(shù)字化映射的實現(xiàn)，由位置傳感器組采集工裝位置，由機器人控制器得到機器人關(guān)鍵位置信息，通過工位觸屏終端后臺程序的解析，將數(shù)據(jù)實時主動上傳至服務(wù)器上對應(yīng)工位和機器人的Thing模型中;服務(wù)器上構(gòu)建并存儲整個工位在模擬環(huán)境的三維模型，當Thing模型的屬性變化時，模型支持服務(wù)能及時感知并演算，使虛擬環(huán)境下的三維模型隨著這些屬性進行變化，即數(shù)字雙胞胎;隨工位狀態(tài)變化的動態(tài)三維模型，即工位的數(shù)字雙胞胎，隨智能測試管理系統(tǒng)生成的安全鏈接和權(quán)限憑證體系投射在工位上的大屏顯示器上。數(shù)據(jù)交互簡要過程如圖6所示，數(shù)據(jù)傳輸時優(yōu)先保持指令信息的可用性，再盡量提供完整的數(shù)據(jù)進行數(shù)字雙胞胎的映射。

4 結(jié)語

根據(jù)轉(zhuǎn)向架線束測試的需要和目前人工測試的情況，設(shè)計并實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向架線束智能測試管理系統(tǒng)。經(jīng)過測試，這個系統(tǒng)支持完整的測試過程，用戶可以靈活地新建編輯轉(zhuǎn)向架類型、工裝、連接器、設(shè)備、工藝、測試任務(wù)等多項信息，可以把現(xiàn)有的工藝通過圖形界面添加或電子表格導入到系統(tǒng)中，可以啟動完整的智能測試并查看測試過程的各種信息和結(jié)果，系統(tǒng)構(gòu)建的工位及設(shè)備的數(shù)字化映射完整展現(xiàn)了工位當前實際測試情況和設(shè)備運行情況，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向架線束測試的數(shù)字化生產(chǎn)。

參考文獻

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