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智能机器人在动车组检修应用前景分析于志超

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：孙国宁佘坤于志超

[导读] 摘要：随着科学技术的发展，我国对智能机器人的应用越来越广泛。

        中车长春轨道客车股份有限公司吉林省长春市 130000
        摘要：随着科学技术的发展，我国对智能机器人的应用越来越广泛。高速动车组检修维护工作是高速动车组运行安全的保证，如何减轻高速动车组检修维护工作人工劳动强度、缩短动车组休时、保证检修质量，提高动车组运用效率和安全是当下重要研究课题。机辆智能巡检机器人系统，变动车组“人检人修”的工作模式为“机检人修”的工作模式，有望提高高铁检修效率，但其真正投入到高铁检修实际工作中，还需要进行多方改进。
        关键词：动车组；检修；机器人；安全
        引言
        随着现代社会的飞速进步，传统的交通布局已经不能够满足当前的发展形势，基于这样的发展环境，我国大量投入动车组参与实际交通工作之中，以此来缓解交通压力。这样的动车交通方面我国区域之间的交流，对于我国经济建设和发展有着重要的影响效果，符合我国社会的发展趋势。而为了保证动车交通的稳步运行，我国应该积极落实相关保护措施，制定相关的动车维修方案和维修手段，不断提高动车组检修效率和质量管控能力，推动我国动车更快更好的发展。
        1动车组列车的简要发展历程
        我国动车组列车发展大致经历了3个阶段，即引进国外技术后联合设计生产→自主创新→具有完全自主知识产权（复兴号）。其中CRH1-5型等系列主要是通过向庞巴迪、川崎重工、阿尔斯通等国外企业购买相关技术加以引进吸收后，由北车和南车集团制造生产；CRH380A型动车组，由南车自主创新生产，各款CRH系列高速列车均被命名为“和谐号”；复兴号动车组列车，是由中国铁路总公司牵头组织研制、具有完全自主知识产权、达到世界先进水平的动车组列车。目前各类动车组都在运行，由于动车组价值高，维修成本大，因此节支降耗是一项长期、艰巨的重要工作。
        2动车组检修机器人国内研究现状
        2.1已投入应用的动车组检修机器人代表
        动车组检修机器人可以在动车所地沟内自动导航，利用所安装的机械臂和图像采集设备对车辆底部可视部分进行自动化识别和检测，逐步代替肉眼识别+携带工具的人工检测。机器人的结构主要有智能行走小车、6轴机械臂、机器人控制系统、小车控制系统、图像采集设备、图像分析系统、故障分析系统、动力驱动装置、安全保护装置等。该智能检修机器人通过行走小车在地沟进行自动导航、准确定位，6轴机械臂由系统控制可以代替人的手臂将图像采集设备定位到转向架及其他关键位置，并完成关键部件的二维和三维图像信息，该图像信息传送给图像分析和故障分析系统，对当前采集的图像和车辆标准图像、最近几次的历史图像进行对比分析，同时与TEDS及其他动车信息系统的形成大数据，根据特定识别算法得出故障的可信度系数，从而准确识别出图像的变化情况并判断该关键部位是否发生故障，将最终得到的故障信息存储到信息管理平台，再通过检修人员根据手持移动终端的预警信号进行查询、人工复核、检修，实现了“机检人修”的一级检修工作。该机器人系统的主要优点有实现故障的自动检测、监控信息查询、机器人本体的安全防护、故障数据统计交互等，对动车组底板、气液管路、转向架、轮对等可视部位及人工无法到达的关键位置进行近距离观察，检测效果高于传统的人工检测，能缩短检修时间、减少检修人员、提高检修质量、保证人员安全，可推广至地铁、机车等轨道交通，形成智能化、系列化、标准化产品。

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        2.2信息化系统尚需完善的功能
        目前开发的信息化系统，用以上5个应用模块，完成了动车组三级修整个过程的数字化转换，对生产各个环节的原始数据进行了记录，既能实时查看生产进度，又能对各个检修工位的检修结果进行查询。随着检修车数量不断地增加，这些原始数据大量积累后，通过数据统计与分析，形成生产信息，使管理人员更加精准地卡控现场生产，诸如分析同一个动车组故障在多组车中发生故障的概率，从而判定是否将此部件列为必换件。虽然现行的信息化系统能够满足现场绝大部分生产需求，但在检修过程中原始测量数据与试验数据的记录、现场的作业管理与安全管理与等方面尚有不足，这也是信息化系统今后需要逐步完成的功能。
        3智能检修机器人在动车组检查过程中存在的不足分析
        人工检查高速动车组时，依靠视觉检查发现零部件的缺损、擦伤、松动、超限等问题；依靠听觉判断不可视部位风管路泄露；依靠嗅觉判断设备过热、短路烧损情况；依靠触觉感知不可见部位油水的泄露。总之，人工检查高速动车组时，充分发挥人体的各项感觉器官功能，还有第六感官功能。智能检修机器人具有深度学习技术能力，但是没有听、嗅、触传感器，也无法完成这些人工可以完成的工作。（1）智能检修机器人缺乏听觉能力，无法完成风管路泄露检查，特别是制动风管路的检查，大部分风管路都布置在裙板内不可见。（2）智能检修机器人缺乏嗅觉能力，不能完成设备过热、烧损的检查。车下有很多风机、电机、电力干线，发生短路、烧损情况，发出糊味，人工可以凭嗅觉发现，智能检修机器人缺乏嗅觉能力无法发现。（3）智能检修机器人缺乏触觉，不能感知温度等故障。如抗蛇行减震器活动部位渗油，外面有橡胶护套无法直接视察，人工可以通过手感发觉，智能检修机器人缺乏触觉能力无法发现。如防松铁丝在螺栓内部断裂，智能机器人也无法检查。（4）由于线路环境原因，杂物、污物经常覆盖应检查部件或部位，人工可以手动清除杂物污物再检查。如增压缸、主空气压缩机的油窗被灰尘覆盖，接地碳刷观察窗被灰尘覆盖等，不能观察油位或碳刷磨耗情况时，人工用纱布擦拭观察窗再观察判断油位、碳刷磨耗是否符合要求。针对这类情况，智能机器人通过图像就会做出错误判断，需要人工确认，降低检修效率。（5）由于目前线路环境还比较差，特别是既有线改造运行动车组，如京广线，经常发生纸巾、塑料布、纱布缠在夹钳、电机、联轴器等部位，影响列车制动、电机散热、车轴的转动等，在检查时必须人工清理。智能机器人对于这类问题恐怕无能为力。
        4动车组检测机器人的发展趋势
        依据前面的分析，动车组检修机器人具有很大的市场需求，中国铁道科学研究院具有铁路系统强大的科研实力和丰富的资源，它牵头研制的产品已经初步投入使用，占据了绝对的优势地位；国内部分公司也进行了相关的研究，可以促进该领域丰富性、多样性和竞争性发展。目前研究的产品主要采用视觉识别技术+机器人技术+图像无线传输技术+机器深度学习技术的模式，机器人具有自动导航、智能检测的功能，这几种关键技术对提高故障识别的准备率、缩短智能检测的时间都有很大的影响，每一项技术仍然需要不断优化并实现多技术融合，智能检修机器人向动车组二级检修、甚至高级检修发展也是必然的发展趋势。大幅降低检修时间，实现故障检测准确率100%、零漏检率、零误报率是保证动车组安全的必然要求。将检修业务与管理业务融合，实现多系统的大数据共享平台，形成动车组多部门快速预警、及时处理的联调联控机制还需深入研究。
        结语
        综上所述，机辆车底智能巡检机器人系统如果在功能结构上完善、检修范围上细化，充分发挥机器人高技术的优势，会在高速动车组的运输中发挥重要作用。
        参考文献：
        [1]李卓.动车组故障检测机器人系统的设计与实现[J].铁路计算机应用，2017，2607：24-26.
        [2]朱方勇.智能检测机器人在动车运用所检修库内的可行性应用[J].中国高新科技，2018（20）：17-20.
        [3]曾照平.智能机器人在动车组检修应用前景分析[J].科技风，2019（18）：9.