摘要：以往，高鐵動車組需要在出廠前進(jìn)行調(diào)試，但由于人工以及紙質(zhì)化的調(diào)試方式，速率相對較差，難以滿足調(diào)試的時效性需求。基于此，本文結(jié)合Java編程框架、Microsoft SQL server數(shù)據(jù)庫等多種通訊協(xié)議，集中創(chuàng)建了全新的數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)，通過分析數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)在調(diào)試過程中面臨的主要需求，從數(shù)據(jù)庫、模塊、系統(tǒng)接口等角度對其設(shè)計展開研究分析，驗證發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)通過與高鐵動車組的生產(chǎn)系統(tǒng)直接連接，可實現(xiàn)對動車組全自動的調(diào)試分析。

關(guān)鍵詞：單車調(diào)試；Java；數(shù)字化

DOI：10.12433/zgkjtz.20242611

隨著我國對交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的重視程度持續(xù)加深，高鐵動車成為人們出行的主要交通工具之一。而隨著越來越多高速鐵路的開通，對高速動車組的需求也逐步增加。為了保障高鐵動車在投入運(yùn)行之后具有良好的安全性，在正式交付前需要對其展開單車調(diào)試。只有保證其各項機(jī)能符合質(zhì)量要求才能投入運(yùn)行。但是，傳統(tǒng)的半自動化調(diào)試過程已經(jīng)無法滿足單車調(diào)試要求，因此，積極結(jié)合數(shù)字化先進(jìn)技術(shù)，打造便捷式的一體化調(diào)試系統(tǒng)迫在眉睫。

一、動車組單車數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)需求

（一）功能性需求

該系統(tǒng)應(yīng)滿足三方面的功能性需求：

首先是網(wǎng)絡(luò)接口需求。為滿足與生產(chǎn)系統(tǒng)直接連接的要求，系統(tǒng)應(yīng)做好網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計。數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)應(yīng)可直接與動車生產(chǎn)廠內(nèi)的MOM及QMS系統(tǒng)連接，從而及時完成數(shù)據(jù)交互，并為調(diào)試工單的信息流轉(zhuǎn)提供相應(yīng)的接口。由于生產(chǎn)系統(tǒng)中的MOM部分將與Web Services連接，工單可轉(zhuǎn)化為json格式后及時向數(shù)字化系統(tǒng)發(fā)放，待調(diào)試系統(tǒng)按照工單要求完成調(diào)試任務(wù)后，系統(tǒng)將再次將調(diào)試結(jié)果向xml字符轉(zhuǎn)換并向總線發(fā)送，總線完成處理后，向MOM系統(tǒng)發(fā)布所需處理的信息。同時，該部分還應(yīng)滿足車輛信息的流通接口設(shè)計，這是由于穩(wěn)定測試及執(zhí)行自動測試的過程中需要實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)交互，對車輛狀態(tài)進(jìn)行實時動態(tài)化的監(jiān)測，便于操作人員及時控制。

其次是有關(guān)穩(wěn)定測試環(huán)節(jié)的系統(tǒng)設(shè)計要求[1]。對單車開展穩(wěn)定測試，目的是保障各項零件的穩(wěn)定性均表現(xiàn)為最佳狀態(tài)。在測試的過程中，需要操作人員根據(jù)調(diào)試工單的指令觀察單車在調(diào)試過程中的狀態(tài)，進(jìn)行最終調(diào)試并記錄。因此，穩(wěn)定測試模塊應(yīng)滿足ZNTS（智能調(diào)試設(shè)備）自動數(shù)據(jù)交互，對單車狀態(tài)進(jìn)行自動采集和控制；完成穩(wěn)定測試文件的錄入；自動執(zhí)行工單；由管理人員對文件內(nèi)容加以更改，記錄測試結(jié)果并生成穩(wěn)定測試報告，便于隨時查驗。

最后是調(diào)試系統(tǒng)自動測試需求。作為對單車展開多項測試并進(jìn)行自動記錄的重要模塊，該部分需要完整記錄傳統(tǒng)調(diào)試的相關(guān)流程，并按照紙質(zhì)版的調(diào)試流程操作ZNTS，根據(jù)車輛信息反饋進(jìn)行查驗，并對最終的調(diào)試值進(jìn)行記錄查驗。自動測試模塊應(yīng)滿足自動化測試文件導(dǎo)入；與ZNTS自主通信，控制單車狀態(tài)；支持隨時編輯、測試結(jié)構(gòu)文件，并自動儲存；劃分自動執(zhí)行指令以及手動執(zhí)行指令；驗證檢驗登錄賬號；支持本地查看測試驗證報告等。

（二）可視化需求

開發(fā)數(shù)字化的動車組單車調(diào)試系統(tǒng)的目的，是實現(xiàn)自動化的車輛調(diào)試，節(jié)省人工成本，提升調(diào)試速率。該系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)在滿足傳統(tǒng)調(diào)試流程的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)全過程數(shù)字化的自動、便捷調(diào)試。因此，在設(shè)計該系統(tǒng)時，需要滿足人機(jī)交互的可視化設(shè)計需求。

包括前端系統(tǒng)終端的登錄界面，基于可視化的顯示屏設(shè)計，在界面上清晰顯示當(dāng)前的操作人員，并對相應(yīng)的賬戶信息加以管理。

系統(tǒng)主界面需要全方位、直觀展示當(dāng)前單車的調(diào)試信息、狀態(tài)等內(nèi)容。

網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)可視化負(fù)責(zé)展示調(diào)試過程中的ZNTS通信數(shù)據(jù)狀態(tài)等。

在自動測試的可視化顯示內(nèi)容中，需要滿足文件編輯管理、上傳、調(diào)試工單執(zhí)行、提交工單、生成調(diào)試報告并下載查看等功能。

自動調(diào)試的管理界面，應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注單車調(diào)試的每一個環(huán)節(jié)步驟，并對檢驗人員加以確認(rèn)，完成調(diào)試結(jié)果的錄入[2]。

二、動車組單車數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計

（一）總設(shè)計概述

基于動車組單車數(shù)字化調(diào)試的系統(tǒng)設(shè)計需求進(jìn)行研究分析后，本文提出了基于Java的語言編程調(diào)試系統(tǒng)。在設(shè)計過程中，系統(tǒng)應(yīng)滿足模型層、視圖層及控制層的設(shè)計原則。

在調(diào)試系統(tǒng)的前端可視化界面中開發(fā)JSP主界面，在JS發(fā)出請求后，經(jīng)路由機(jī)制進(jìn)行處理，完成后在對應(yīng)Controller中進(jìn)行定位匹配，隨后向前端反饋執(zhí)行結(jié)果，并在前端可視化界面中對結(jié)果進(jìn)行解析顯示。

首先，應(yīng)由QMS經(jīng)由MQ通訊接口向MOM系統(tǒng)下發(fā)準(zhǔn)備調(diào)試的單車工單信息。

其次，MOM系統(tǒng)接收工單信息后對格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，基于WebServices將轉(zhuǎn)化為JSON格式的信息向數(shù)字化系統(tǒng)傳遞，解碼工單信息并自動錄入數(shù)據(jù)庫。

再次，啟動數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)，通過IP接收端口在ZNTS與Socket之間創(chuàng)建連接，隨后可開展動態(tài)化的調(diào)試數(shù)據(jù)反饋。

從次，進(jìn)入自動檢測階段，為單車調(diào)試創(chuàng)建對應(yīng)賬戶，并基于獨(dú)立對話，由多個操作人員共享同一工序。

最后，在完成調(diào)試工單中的內(nèi)容后，確認(rèn)提交，由數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)以xml字符的形式向總線發(fā)送，再次向MOM系統(tǒng)及QMS系統(tǒng)分發(fā)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備處理。

（二）設(shè)計數(shù)據(jù)庫

本次應(yīng)用Java語言編程展開的數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計中，創(chuàng)建了15個實體數(shù)據(jù)庫，通過打造SQL server的儲存系統(tǒng)，完成對數(shù)據(jù)的自動化儲存與管理，分別創(chuàng)建了包括用戶、工單、調(diào)試報告、文件隸屬在內(nèi)的眾多信息。

在用戶實體數(shù)據(jù)庫中，需要對用戶的登錄賬號、密碼、登錄后的訪問權(quán)限等數(shù)據(jù)分別設(shè)計。通過不同的設(shè)計效果，在調(diào)試單車過程中可自動記錄登錄用戶信息。

工單隸屬于實體數(shù)據(jù)庫，包括編號、自動測試調(diào)試工單編號、用戶編號等，在MOM系統(tǒng)創(chuàng)建調(diào)試工單時，會自動向操作員工發(fā)放，具有一定權(quán)屬保密性。結(jié)構(gòu)化文件包括對單車型號數(shù)據(jù)的記錄、生產(chǎn)批號、次號、編號等屬性數(shù)據(jù)。在自動化調(diào)試測試過程中，還應(yīng)同時滿足對檢驗項目、標(biāo)準(zhǔn)、位置、調(diào)試輸入值、輸出值、實測值、修改時間、修改人、修改原因等眾多自動測試數(shù)據(jù)的設(shè)計[3]。

基于完整的穩(wěn)定測試要求，在數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程中，根據(jù)單車調(diào)試的具體流程創(chuàng)建了多個相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，從而更好地滿足單車調(diào)試過程中的全自動處理分析，通過全面收集、整合數(shù)據(jù)，為后續(xù)MOM系統(tǒng)的處理提供充足的參考。

（三）設(shè)計的主要模塊

1.用戶登錄

用戶登錄模塊設(shè)計是為了滿足單車調(diào)試過程中的安全訪問控制，通過輸入用戶名與驗證密碼登錄，成功后可進(jìn)入數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)展開調(diào)試作業(yè)，執(zhí)行后續(xù)調(diào)試操作任務(wù)，否則將會提示登錄失敗返回主界面。

為保障登錄調(diào)試系統(tǒng)的安全性，并始終保持在單端登錄狀態(tài)，可嘗試增設(shè)攔截器的方式，將其置于服務(wù)器及瀏覽器之間，對請求進(jìn)行判定。

啟動數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)后，輸入訪問域名，進(jìn)入登錄界面，輸入賬戶與密碼，由攔截器判斷申請是否正確，根據(jù)用戶登錄權(quán)限打開相應(yīng)的系統(tǒng)主頁等待后續(xù)操作。

2.自動測試

設(shè)計自動測試結(jié)構(gòu)。在前端瀏覽器中啟動數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)，開啟執(zhí)行指令，服務(wù)器與Web連接搭建測試會話，隨后在服務(wù)器中發(fā)布調(diào)試指令，執(zhí)行相應(yīng)操作。當(dāng)數(shù)字化服務(wù)器連接ZNTS系統(tǒng)后，保持穩(wěn)定的連接狀態(tài)，直到服務(wù)器接收到車輛調(diào)試數(shù)據(jù)的最終任務(wù)。

對單車進(jìn)行數(shù)字化調(diào)試。啟動ZNTS后，輸入服務(wù)器IP，對車輛序號進(jìn)行調(diào)整，使其與服務(wù)器相對應(yīng)，持續(xù)完成通訊連接。ZNTS連接成功后，數(shù)據(jù)將保持連續(xù)發(fā)送狀態(tài)，服務(wù)器在執(zhí)行自動測試工作時，若需要對車輛加以控制，則應(yīng)及時向ZNTS發(fā)送指令。

3.穩(wěn)定測試

設(shè)計穩(wěn)定測試模塊。在前端瀏覽器界面中設(shè)計工單執(zhí)行指令，向服務(wù)器發(fā)送執(zhí)行指令，創(chuàng)建Web Socket會話，在服務(wù)器中執(zhí)行關(guān)鍵調(diào)試步驟，同時與ZNTS系統(tǒng)連接，確保在調(diào)試過程中實時、動態(tài)化地向服務(wù)器傳遞單車的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，并接收單車調(diào)試中的控制數(shù)據(jù)[4]。

穩(wěn)定測試。其目的是對單車部件的穩(wěn)定效果展開精準(zhǔn)測試，包括測試部件在預(yù)定的運(yùn)行次數(shù)及時間下，是否能夠展現(xiàn)出良好的性能。在該環(huán)節(jié)中執(zhí)行的指令均為自動執(zhí)行指令，若測試中發(fā)現(xiàn)單車部件與實際性能要求不符，則需要查找、分析原因并記錄。

（四）設(shè)計系統(tǒng)接口

1.前后端接口

設(shè)計前后端接口的目的是向自動測試及穩(wěn)定測試傳遞文件信息。服務(wù)器接收到前端的文件信息后，可執(zhí)行業(yè)務(wù)并將結(jié)果向前端反饋。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需求，利用Web Socket協(xié)議設(shè)計前后端接口，使進(jìn)入調(diào)試系統(tǒng)后的每一用戶均能擁有相應(yīng)的通信線路，并共享工序。

由前端在調(diào)試系統(tǒng)界面觸發(fā)onOpen（）事件指令，在url與IP端口以及數(shù)字化服務(wù)器之間創(chuàng)建連接，在調(diào)試過程中，通過系統(tǒng)前端觸發(fā)onMessage（）事件，并以json信息格式與服務(wù)器交互，等待業(yè)務(wù)處理，仍以json格式向前端發(fā)送信息。

2.MOM下行接口

MOM下行接口負(fù)責(zé)分發(fā)調(diào)試工單，在設(shè)計中，啟動數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)，Web Services接口處于開放狀態(tài)，通過向json格式轉(zhuǎn)化工單信息、調(diào)試人員數(shù)據(jù)等方式，經(jīng)該接口向系統(tǒng)下發(fā)傳遞。數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)在接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行解析，最后根據(jù)數(shù)據(jù)流，在數(shù)據(jù)庫中完整儲存工單文件、工單隸屬等具體信息。

3.數(shù)字化上行接口

上行接口通過與下行接口之間的連接，完成對工單信息的執(zhí)行及結(jié)果反饋，在數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)中形成完整的運(yùn)行管理閉環(huán)。

當(dāng)數(shù)字化系統(tǒng)完成對自動調(diào)試工單的執(zhí)行操作后，確認(rèn)全部合格后提交處理，由數(shù)字化系統(tǒng)以xml格式的字符對自動測試工單信息進(jìn)行處理，并向總線提交。這一過程中，總線始終處于運(yùn)行狀態(tài)，因此可隨時完成字符信息傳遞，當(dāng)總線獲取相應(yīng)的信息后，轉(zhuǎn)發(fā)給MOM系統(tǒng)，并進(jìn)行再加工處理。

4.ZNTS通信接口

ZNTS通信接口是滿足數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)操作過程中動態(tài)采集單車狀態(tài)的重要接口。該接口直接連接MVB總線，完成數(shù)據(jù)實施動態(tài)化交互通信，并借助socket與數(shù)字化服務(wù)器創(chuàng)建完整的連接，對單車加以控制[5]。

該系統(tǒng)接口創(chuàng)建了眾多通信通道，包括通訊讀線程緩沖、寫線程緩沖等，通過轉(zhuǎn)換字節(jié)數(shù)據(jù)的方式，在字節(jié)數(shù)組中儲存數(shù)據(jù)，如：讀緩沖區(qū)rBuffer[0]儲存調(diào)試單車的項目號；rBuffer[1]儲存調(diào)試單車的序列號；寫緩沖區(qū)rBuflist[0]儲存調(diào)試單車狀態(tài)為動作，設(shè)定為“1”或“0”；rBuflist[1]、[2]負(fù)責(zé)儲存當(dāng)前調(diào)試車輛的狀態(tài)位通信端口對應(yīng)序號。

三、系統(tǒng)運(yùn)行驗證

（一）運(yùn)行環(huán)境

在完成對動車組單車的數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計后，為了驗證本文所設(shè)計的系統(tǒng)是否能夠?qū)榆嚱M單車展開自動化的全過程精準(zhǔn)調(diào)試，需要進(jìn)行測試驗證。驗證時，應(yīng)先創(chuàng)建運(yùn)行環(huán)境，將數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)連接企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，搭建動車組運(yùn)行服務(wù)要求，創(chuàng)建硬件需求及軟件環(huán)境模型。

（二）系統(tǒng)功能驗證

1.用戶管理

基于模擬實際調(diào)試運(yùn)行環(huán)境，在用戶登錄的過程中首先在前端完成登錄驗證，點(diǎn)擊登錄按鈕發(fā)出申請，請求結(jié)束時候由系統(tǒng)根據(jù)用戶的不同權(quán)限對界面進(jìn)行渲染。由攔截器對用戶登錄的具體信息審核之后，確認(rèn)正確后允許通過，隨后對用戶的登錄實體數(shù)據(jù)等進(jìn)行儲存錄用，便于前端取用。

2.自動測試

運(yùn)行驗證中，打開數(shù)字化系統(tǒng)與ZNTS系統(tǒng)相互連接之后，將服務(wù)器IP輸入其中，并導(dǎo)入列車的序列號以及車輛號，在調(diào)試中數(shù)字化系統(tǒng)將會實時接收ZNTS所反饋的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)數(shù)字化系統(tǒng)自動執(zhí)行調(diào)試指令時，首先對動作狀態(tài)進(jìn)行分析，根據(jù)工單文件中的流程要求依次執(zhí)行指令，并對地址數(shù)據(jù)加以儲存，便于向ZNTS發(fā)布控制指令對單車進(jìn)行控制。

3.報告回傳

啟動企業(yè)內(nèi)部總線并連接MOM系統(tǒng)，由操作人員點(diǎn)擊工序完成后的提交按鈕，并由人工對互檢或是專檢人員編號進(jìn)行填寫，完成后發(fā)出提交請求，MOM系統(tǒng)接收到請求后進(jìn)行核驗，確認(rèn)正確向數(shù)字化調(diào)試系統(tǒng)進(jìn)行反饋，另外在本地數(shù)據(jù)庫中以工序報告形式對結(jié)果加以儲存。

四、結(jié)束語

對以往調(diào)試文件以及人工調(diào)試處理的半自動化方式進(jìn)行優(yōu)化，通過應(yīng)用Java語言編程的方式，設(shè)計了數(shù)字化的動車組單車調(diào)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以更加便捷地完成單車的調(diào)試處理，實現(xiàn)全自動的調(diào)試處理需求。

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