铁路货车5T设备标准化智能设计系统研究

2022-06-11 11:32葛红
软件工程 2022年6期
关键词:布点标准化资料

葛红

摘  要:针对铁路货车5T设备布点设计难度大、耗时长、设计标准不统一等问题,对其标准化和智能化设计系统进行分析和研究。根据设计流程和布点原则,以RETE算法为基础,结合URule规则引擎工具,實现5T设备自动布点及布点示意图自动绘制;基于VBA的二次开发技术和数据转换技术,搭建智能设计平台,实现“一键式”标准化输出设计成果文件,改变了传统人工设计方式,统一了设计标准。测试结果表明,系统整体运行可靠,功能满足设计需求,可有效提高设计效率和质量。

关键词:5T设备;自动布点;标准化;智能设计

中图分类号:TP311.5     文献标识码:A

Research on Standardized Intelligent Design System of 5T

Equipment for Railway Freight Cars

GE Hong

Abstract: Aiming at the difficult, time-consuming and inconsistent design standards of 5T equipment layout design for railway freight cars, this paper proposes to analyze and study the standardized and intelligent design system. According to the design process and the layout design principles, the RETE algorithm and the URule rule engine tool are used to realize the automatic layout of 5T equipment and the automatic drawing of layout diagrams. Based on the secondary development technology and data conversion technology of VBA, an intelligent design platform is built to realize the "one click" standardized output of design result files, which changes the traditional manual design method and unifies the design standard. The test results show that the overall operation of the system is reliable, the function meets the design requirements, and it can effectively improve design efficiency and quality.

Keywords: 5T equipment; automatic layout; standardization; intelligent design

1   引言(Introduction)

铁路货车车辆运行安全监控设备(简称“5T设备”)采用智能化、网络化和信息化技术实现对铁路车辆运行状态的实时动态监测,是保障车辆运行安全和运输效率的重要手段,具体包括THDS、TFDS、TPDS、TADS和TWDS[1-2]。货运铁路、客货共线铁路和重载铁路设计过程中,需在沿线设置大量5T设备。经过多年的项目和经验积累,5T设备的设计原则及要求已相对成熟,但设计方法仍采用传统的人工设计,其烦琐的人工设计过程不仅增加了设计人员的工作量,也难以保证设计质量和效率。为了改善设计现状,顺应智能化发展需求,十分有必要对智能设计软件展开研究,辅助设计工作的高效开展。

2 常规设计方法现状分析(The current situation analysis of conventional design methods)

常规的人工设计流程为:

(1)设计人员根据搜集到的既有车辆设备资料和上游专业输入的车站、线路平面图等资料,依据设备布点原则,初步判断设备布点里程。

(2)结合上游专业输入的桥梁表、隧道表,逐一核对所布点里程是否位于桥梁或隧道上,如是,进行相应调整,同时核查是否满足布点原则要求。

(3)经反复核查和调整后,得到较优的设备布点位置,绘制布点示意图。

(4)根据布点结果编制专业设计细则、对相关专业的要求、总体设计原则、专业说明书等文件,绘制各设备平面布置图。

常规的人工设计过程存在以下几方面的问题:

(1)布点设计难度大、耗时多、效率低。

(2)设计人员的设计方法、设计习惯不同,导致设计标准不统一、易出错,设计质量差。

(3)每个项目包括预可行性研究、可行性研究、初步设计和施工图四个设计阶段,每个阶段上游专业的资料需要调整时,本专业设计内容需要同步调整,调整、核查工作量大。

(4)设计过程中大量的时间主要浪费在对布点结果反复核查和调整的过程中,在项目繁多的情况下,此种重复劳动严重浪费了设计人员的设计价值。

3   研究目标(Research objectives)

(1)利用数据库和云平台技术,采用现状调研、理论研究、项目实践相结合的方法,以网络服务器、普通PC机为硬件基础,以Visual Studio、AutoCAD、Office等为软件基础,完成适用于Windows系列操作系统的网络版软件开发,搭建5T设备的标准化及智能化设计平台。

(2)研究5T设备智能布点技术,通过基于不同使用部门、线路条件等设计数据的积累、更新、合并和挖掘,实现5T设备的全局寻优设计,解决辅助设计适应各使用部门个性化特点的问题,形成设计平台的标准算法。

(3)研究并实现各设计阶段5T设备互提资料、文件、图纸、技术规格书等的标准化和数字化,在设计平台上实现设计结果一键计算、一键成图、一键输出。

4   解决思路(Solutions)

根据以上分析,提出一种面向输入控制的标准化设计思路,最终形成铁路5T设备标准化智能设计系统,以解决常规设计方法存在的问题。

4.1   功能架构

铁路货车5T设备设计主要包括预可行性研究、可行性研究、初步设计和施工图四个设计阶段,每个阶段的设计内容不尽相同。此外,针对不同项目和不同使用部门,对5T设备轨边探测站的要求也有所不同。结合各阶段设计要求和各使用部门的个性化要求,将系统功能划分为系统中心模块、项目中心模块和数据中心模块三大部分[3],系统功能架构如图1所示。

(1)系统中心模块

系统中心模块是应用模块管理中心,主要面向系统管理人员。角色管理为系统管理人员提供用户角色新建、编辑、删除的管理,并为不同角色配置不同的系统权限。用户管理包括用户的新增、编辑和删除。此外,系统中心模块还应具备设计文件及图纸中涉及的常量、公式、设备信息资料的修改、删除及录入功能,参考资料等相关资料的录入功能,以及输出模板的修改功能。

(2)项目中心模块

项目中心模块是项目应用与项目资料存储中心,也是设计内容标准化中心,主要面向项目设计人员。项目中心模块将项目设计各阶段的资料提入、结果计算、设备选型、参数化成图、互提资料生成等内容进行标准化、模块化,使项目设计各环节都符合标准要求。同时,项目设计数据输入与存储、项目中间数据快速条件计算、结果数据下载与合成、提出资料智能合成、设计图纸条件调用与生成等过程均在项目中心模块中实现。

通过系统内部建立的数据算法模型,系统能快速进行里程换算、探测设备布点位置计算与检测报错、探测站布点位置及类型计算等,并将设计参数与输出文件、绘制图纸中的数据关联起来,形成标准化、规范化和通用化的输入、输出文件,可有效避免標准不一和疏漏差错导致的工作反复、质量欠缺等问题。

通过基于VBA的CAD、Word、Excel的二次开发技术,利用数据转换技术,实现输入参数与设计成果文件的相互关联。实现“一键式”标准化输出设计成果文件,包括说明书素材、互提资料、图纸、技术规格书等,达到“一键式”标准化输出设计成果文件的目的。

(3)数据中心模块

数据中心模块是设计参考资料管理中心,是项目引用资料的标准资料库,主要面向系统管理人员,可对项目标准参考资料进行管理,涉及各资料的类型、适用阶段、适用范围等,供项目中心模块调用。

4.2   技术架构

系统基于J2EE平台的组件进行技术开发,采用B/S结构,以网络服务器和普通PC机为硬件基础,以Visual Studio、AutoCAD、Office等为软件基础,确保数据安全,保证软件系统可扩展性[4-5]。系统技术架构示意图如图2所示,划分为界面层、数据层和应用层。

(1)界面层:系统依据设计需要在界面层对项目信息进行新建和补充,同时进行设计阶段分类。

(2)数据层:系统配置了适用于5T设备标准化设计的知识体系,利用数据库技术、云平台技术建立的标准化、引导式设计平台对数据进行整合、分类和管理,使数据的实时存储、调用更加灵活便利,实现项目资料在数据层的计算和资料汇总。

(3)应用层:系统根据设计需要配置相应的模板库,使得用户在应用层快速得到计算结果和标准化设计成果。

5   关键技术(Key technology)

根据研究目标和功能需求,具体从设计资料、设计过程、设计成果三个方面实现标准化智能设计。

面向输入控制的标准化设计技术,其重点是要最大程度地减少输入[6],实现该技术主要体现在自动读取技术、自动布点技术、设计成果标准化输出技术三个方面。

5.1   自动读取技术

自动读取技术的关键在于将设计资料的输入进行标准化处理,包括标准的数据格式、标准的存放路径等,实现与本专业、上游专业输入资料的标准化对接,如图3所示。

将输入资料进行标准化格式等处理后,设计时只需要按照标准模板输入相关设计资料,其输入的全部数据即可由程序自动读取并作为后续设计计算的依据。各类资料的输入支持模板格式数据自动导入,最大程度降低了设计人员的数据输入工作量,如图4所示。

5.2   自动布点技术

5T设备设计过程中,需要考虑的因素众多,每个因素都对布点方案存在一定的影响。

THDS设备布点技术要求为:

(1)探测站沿铁路线路平均距离30 km设置,特殊情况不超过35 km。

(2)探测站宜布置在车站两端咽喉区的外侧。

(3)探测站无法布置在车站两端时,可布置在车站同一端或区间。

(4)在探头来车前方有不小于50 m的直线段,困难情况下,最小曲线半径不宜小于800 m。

(5)探头距离最近道岔岔尖不小于30 m。

(6)尽量避开长大下坡道。

(7)尽量避免布置在桥梁或隧道上。

(8)位置临近的5T设备探测站宜合并布置。

(9)与既有线路接轨时,需考虑与既有THDS探测站的距离是否满足要求。

针对布点原则,如何将其转换为计算机能够识别的算法是至关重要的。首先需要判断设计线路是否与既有线路接轨,如是,则需要考虑接轨线上的THDS探测站,并以此探测站里程为布点起始点。为满足布点时探测站布置在车站两端咽喉区外侧,且探头距离道岔岔尖不小于30 m,经过对多个项目的布点分析,总结出布点原则为:小里程处探测站布点位置为进站信号机里程加20 m,大里程处探测站布点位置为进站信号机里程减20 m,以上20 m为计算机迭代计算的初始值。基于上述前提,以30 km(也具备20 km、25 km进行布点的选项功能)为布点间距要求,在车站两端或区间进行自动布点计算。针对布点结果,软件应对布点间距是否超过35 km、是否处于桥梁或隧道上等进行判断并提供提示信息。对于存在提示信息的探测站里程可进行人工调整,系统重新判断调整后的布点是否满足多种因素的要求,直至得到较优的布点方案。绘制THDS设备自动布点算法流程图如图5所示。

TFDS、TPDS、TADS、TWDS设备主要布置在设有列检作业场的车站或前方车站进站咽喉外、前方线路区间,其中,TFDS设备距列检作业场距离不小于10 km。这几类设备的其他要求与THDS设备类似,均有直线段、道岔、坡度和桥隧等要求[7-8],其算法实现过程与THDS设备类似,此处不再赘述。

根据5T设备布点算法规则,基于输入的设计资料,以RETE算法为基础,通过URule规则引擎和将计算理论变成代码的形式,快速进行输入资料里程换算、探测设备布点位置计算与检测报错、探测站类型计算等,实现5T设备的自动布点,自动生成布点示意图,且布点结果在后续输出资料中自动读取和输出。

5.3   设计成果标准化输出技术

根据各个阶段输入的设计资料、常量、计算规则等,按照设计成果文件和图纸要求,可实现所需设计成果的标准化输出。不同设计阶段形成的设计成果有所不同,主要设计成果包括专业设计细则、对相关专业的要求、专业说明书、总体设计原则、总说明书素材、图纸等,其输出的文件和图纸应具有统一的排版格式、字体、字号、制图标准等。如自动生成的布点示意图应包含图框、图例、说明、角标栏、车站里程、车站距离、5T设备探测站里程等要素,以满足设计要求。

首先根据设计要求,对各阶段设计成果进行整理、分析与讨论后,形成一套完整的标准化设计文件。随后,借助HTML5页面技术、OFFICE控件、CAD绘图控件及文件库等前沿的中间件和产品,涵盖各个环节的数据处理,设计了一套统一的常量、公式、计算规则,同时自动读取输入资料和自动布点结果,最终实现设计成果的标准化输出。以施工图阶段为例,需要形成的标准化设计成果如表1所示。

6   系统测试(System test)

为了检验系统是否能够实现预期的目标,在多个项目中对系统进行测试。测试主要从软件功能模块实现、软件界面设计、软件使用流程三个方面进行。

在不同设计阶段按照软件使用流程进行设计资料输入、自动布点、设计资料输出等内容的测试,测试结果表明软件界面简洁直观,软件操作流程较为简单,各个功能模块均能实现,自动布点生成的布点示意图准确性高,满足设计需求,达到了预期的设计目标。图6为车站资料的输入界面,图7为自动生成5T设备分布示意图界面。

5T设备标准化智能设计系统的关键流程如图8所示。

7   结论(Conclusion)

铁路货车5T设备标准化智能设计系统通过智能化设计方法取代传统的人工设计,为设计人员提供了可视化、高效的辅助平台,在解放工程师双手的同时,保证了各设计阶段设计资料、设计过程、设计成果的标准化和智能输出。本系统可应用于所有铁路货车5T设备设计项目,能够极大地提高设计效率,确保设计质量。

参考文献(References)

[1] 中华人民共和国铁道部.铁路车辆运行安全监控系统设计规范:TB 10057—2010[S].北京:中国铁道出版社,2010:1-4.

[2] 中国铁路总公司.货车轮对尺寸动态检测系统(TWDS)技术条件:TJ/CL 403—2014[Z].北京:中國铁路总公司,2014:6-7.

[3] 叶冠宏.城市轨道交通车辆基地设计过程管理的系统设计与实现[J].电子技术与软件工程,2021(03):71-72.

[4] 任艳方,孙晶,惠伟,等.铁路企业进项发票管理系统的设计与实现[J].铁路计算机应用,2021,30(06):37-40.

[5] LIU Y X, LI X Y. Design and implementation of a business platform system based on Java[J]. Procedia Computer Science, 2020, 166:150-153.

[6] 吴孙尧.常规桥梁标准化设计技术研究与应用[J].城市道桥与防洪,2021(05):104-107,16.

[7] 徐占山,张项.车辆运行安全监控系统建设要求[J].建筑技艺,2020(S1):13-18.

[8] 刘彦飞.铁路车辆运行安全监控系统建设研究[J].中国设备工程,2017(20):170-171.

作者简介:

葛   红(1992-),女,硕士,工程师.研究领域:铁路车辆,系统软件开发.

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