本文是一篇決策模擬論文，本文設(shè)計(jì)了集成整車控制邏輯的小型化、可視化、低成本具有列車故障專家系統(tǒng)并融入U(xiǎn)nity3D技術(shù)虛實(shí)結(jié)合的城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置，著重對(duì)城鐵列車功能系統(tǒng)中的門控系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。旨在為受訓(xùn)人員提供一個(gè)真實(shí)可交互的調(diào)試環(huán)境。
第一章緒論
1.1課題的研究背景與研究意義
隨著《加快建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)五年行動(dòng)計(jì)劃（2023—2027年）》落地，要求深入實(shí)施交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，而優(yōu)先發(fā)展城市公共交通成為各大城市推進(jìn)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的核心內(nèi)容[1,2]。其中，城市軌道交通作為城市公共交通的主要組成部分，具有速度快、運(yùn)能強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保、準(zhǔn)點(diǎn)舒適等突出優(yōu)點(diǎn)，是緩解城市交通壓力、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)與城市一體化發(fā)展、促進(jìn)城市群經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施[3]。根據(jù)交通運(yùn)輸部發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，截至2023年末，全國(guó)共有55個(gè)城市（不含港澳臺(tái)）開(kāi)通城市軌道交通系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)線路共計(jì)306條，總運(yùn)營(yíng)里程為10165.7公里，設(shè)有車站5897個(gè)。與2022年相比，全年的客運(yùn)量顯著增長(zhǎng)，增加100.4億人次，增長(zhǎng)率達(dá)51.7%。城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)里程、建設(shè)線路規(guī)模及客流量均居世界首位，確立了我國(guó)在全球城市軌道交通領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，成為名副其實(shí)的“城市軌道交通大國(guó)”。
我國(guó)城市軌道交通建設(shè)正蓬勃發(fā)展，這不僅為市民提供了便捷、高效的出行方式，也成為城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。然而，在交通建設(shè)快速發(fā)展的同時(shí)，軌道交通行業(yè)人員緊缺問(wèn)題日益凸顯，主要表現(xiàn)在對(duì)專業(yè)調(diào)試、運(yùn)維技術(shù)人員需求量增多，同時(shí)對(duì)這些技術(shù)人員培養(yǎng)質(zhì)量的要求進(jìn)一步提高[4]。目前，城市軌道交通制造廠商、運(yùn)營(yíng)公司及相關(guān)職業(yè)院校的專業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備已經(jīng)老舊、落后，而經(jīng)過(guò)技術(shù)變革的城鐵列車更加智能化，現(xiàn)有設(shè)備已無(wú)法滿足當(dāng)前的實(shí)訓(xùn)需求。同時(shí)，任課教師普遍采用常規(guī)的理論講解和原車靜態(tài)實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)方式，雖然能夠幫助學(xué)生掌握專業(yè)技能知識(shí)，但由于缺少一定的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果大打折扣，阻礙了調(diào)試、運(yùn)維技術(shù)人員培養(yǎng)質(zhì)量的提升[5]。如何有效解決傳統(tǒng)培訓(xùn)模式中存在的問(wèn)題，保質(zhì)保量地培養(yǎng)城市軌道交通技術(shù)人員，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
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1.2列車模擬裝置國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀
自20世紀(jì)70年代初期起，歐美等西方發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始了針對(duì)機(jī)車模擬實(shí)訓(xùn)裝置的早期研發(fā)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，旨在培養(yǎng)高級(jí)工程技術(shù)人才[6]。相關(guān)研究表明，采用此類模擬裝置實(shí)施培訓(xùn)的方法能夠有效地縮短培訓(xùn)周期，較傳統(tǒng)方式最高可縮減30%至50%的時(shí)間投入，同時(shí)帶來(lái)高達(dá)60%的成本節(jié)約。鑒于上述成果及實(shí)際應(yīng)用成效，模擬裝置在歐美等地區(qū)的城市軌道交通行業(yè)中逐漸確立了其作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)工具的核心地位，成為培養(yǎng)軌道交通領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的重要途徑之一。
20世紀(jì)80年代初，美國(guó)鐵路行業(yè)開(kāi)始使用TDA系列模擬裝置對(duì)列車駕駛員進(jìn)行全面培訓(xùn)，并逐步建立了完善的培訓(xùn)框架與課程安排。例如，位于美國(guó)堪薩斯的TTC鐵路培訓(xùn)中心自1993年以來(lái)，每年能夠完成對(duì)大約700名駕駛員的專業(yè)培訓(xùn)活動(dòng)。至1997年，美國(guó)在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新，研發(fā)出TDS-400交互式列車模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)以及新一代TDA列車仿真系統(tǒng)，極大地增強(qiáng)了受訓(xùn)者對(duì)復(fù)雜情況的應(yīng)變處理技能和實(shí)際操控水平[7,8]。然而，這些系統(tǒng)的占地面積較大且其購(gòu)置和維護(hù)成本相對(duì)較高。
20世紀(jì)80年代末，法國(guó)鐵路部門引入了列車模擬駕駛裝置，旨在通過(guò)模擬駕駛訓(xùn)練提升司機(jī)的操作技能，以此降低鐵路行車事故的發(fā)生率。至1991年，已有36臺(tái)模擬裝置投入使用，顯著提升了駕駛員培訓(xùn)的效率。隨著高速鐵路的發(fā)展，法國(guó)在近年來(lái)加大了對(duì)高速列車模擬駕駛裝置的技術(shù)研發(fā)和設(shè)備升級(jí)的投入，以適應(yīng)高速鐵路時(shí)代的需求[9]。
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第二章城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置門控及輔助系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
2.1模擬裝置整體架構(gòu)
根據(jù)北京6號(hào)線B型8編組列車的系統(tǒng)功能原理、控制電路原理等為參照基礎(chǔ)，模擬實(shí)現(xiàn)城鐵列車的牽引制動(dòng)系統(tǒng)、門控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、受電弓系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等設(shè)備功能，再現(xiàn)城鐵實(shí)車運(yùn)行的控制場(chǎng)景。在模擬裝置的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建方面，集成了中央控制系統(tǒng)（CCU）、司機(jī)顯示單元（VMD）、遠(yuǎn)程輸入輸出模塊（Remote IO）等關(guān)鍵設(shè)備，通過(guò)組件間的協(xié)同工作，為模擬裝置提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)控制和數(shù)據(jù)交互的能力。圖2.1為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案框架圖。

決策模擬論文怎么寫

城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置設(shè)計(jì)包含三個(gè)核心機(jī)柜箱：TC1車模擬機(jī)柜、TC2車模擬機(jī)柜（模擬城鐵列車的兩節(jié)車頭功能）及中間車機(jī)柜（集成了帶受電弓的MP1、MP2、MP3動(dòng)車設(shè)備和不帶受電弓的M3動(dòng)車設(shè)備）。為降低開(kāi)發(fā)成本并優(yōu)化空間利用，刪除了功能相同的M1和M2車，僅保留具有代表性的M3車。司機(jī)端操作顯示單元配備人機(jī)界面，采用懸掛式的方式嵌入在TC1模擬機(jī)柜和TC2模擬機(jī)柜中，可以為受訓(xùn)人員提供一個(gè)逼真的城鐵列車運(yùn)行操作界面。
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2.2模擬裝置子系統(tǒng)功能原理分析與設(shè)計(jì)思路
2.2.1門控系統(tǒng)
模擬裝置門控系統(tǒng)主要由三個(gè)核心部分構(gòu)成：機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制電路、人機(jī)界面。機(jī)械結(jié)構(gòu)由傳動(dòng)裝置、鎖閉裝置、門裝置等關(guān)鍵部件組成，共同負(fù)責(zé)門的物理運(yùn)動(dòng)和鎖定功能。控制電路分為開(kāi)門控制電路、關(guān)門控制電路、牽引鎖閉電路、障礙物檢測(cè)控制電路等。人機(jī)界面作為交互窗口，集成了多種功能，包括門狀態(tài)顯示、門故障記錄、故障報(bào)警等，可以提供直觀且全面的門控系統(tǒng)狀態(tài)信息。
(1)門控系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)
模擬裝置考慮到占地空間、設(shè)備造價(jià)等實(shí)際因素，僅設(shè)置兩個(gè)門控系統(tǒng)，通過(guò)1:5小比例縮尺，安裝在中間車機(jī)柜柜體的下部，代表列車左側(cè)車門和右側(cè)車門。門控系統(tǒng)正面裝有門結(jié)構(gòu)、門狀態(tài)指示燈以及蜂鳴器；頂端配備電磁鎖、螺旋機(jī)械傳動(dòng)裝置以及與之相連接的編碼器。其中，電磁鎖負(fù)責(zé)在車門關(guān)閉時(shí)提供牢固的鎖定力，螺旋機(jī)械傳動(dòng)裝置通過(guò)編碼器的精確控制，實(shí)現(xiàn)車門的平穩(wěn)開(kāi)閉；背面安裝了電源模塊和PLC控制器單元，用于控制門控系統(tǒng)的相關(guān)動(dòng)作。門控系統(tǒng)的控制按鈕和人機(jī)界面設(shè)置在TC1車和TC2車的司機(jī)端進(jìn)行集成控制，從而確保操作的便捷性和監(jiān)控的全面性。當(dāng)司機(jī)在操作端按下開(kāi)關(guān)門指令按鈕時(shí)，PLC控制電路會(huì)根據(jù)列車當(dāng)前的狀態(tài)向門控系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的控制指令。隨后，直流電機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置執(zhí)行相應(yīng)的操作指令，并將門控系統(tǒng)的狀態(tài)信息反饋到司機(jī)顯示單元，使得司機(jī)端操作人員能夠通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)控門控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，確保列車運(yùn)行的安全性和可靠性。
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第三章 城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置電路設(shè)計(jì) .......................... 23
3.1 激活系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) ........................... 23
3.1.1 蓄電池激活電路 .................................. 23
3.1.2 司機(jī)室激活電路 .............................. 24
第四章 城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置軟件設(shè)計(jì) ......................... 34
4.1 中央控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)............................ 34
4.1.1 設(shè)備硬件組態(tài) ................................. 34
4.1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸程序設(shè)計(jì) ........................... 35
第五章 城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置虛擬仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................ 56
5.1 Unity3D 與 Blender 軟件簡(jiǎn)介 ........................... 56
5.2 虛擬場(chǎng)景模型搭建 ............................. 57
第六章城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置調(diào)試與仿真
6.1硬件調(diào)試
(1)司機(jī)室激活系統(tǒng)電路調(diào)試：
閉合司機(jī)室激活斷路器=21-F01，在TC1車模擬機(jī)柜的司機(jī)操作面板中，將司機(jī)室鑰匙=24-A01打開(kāi)至“ON”位，司機(jī)室激活繼電器=21-K01至=21-K10帶電，司機(jī)室激活成功。司機(jī)室激活成功后，需要確認(rèn)TC1車操作端的列車司機(jī)室占用繼電器=21-K11和=21-K12帶電，TC2車非操作端的列車司機(jī)室占用繼電器=21-K11和=21-K12帶電，TC1車司機(jī)室占用成功。
(2)門控系統(tǒng)電路調(diào)試：
在司機(jī)操作面板中將門系統(tǒng)的控制開(kāi)關(guān)81-S01旋轉(zhuǎn)至“左門位”，按下開(kāi)左門按鈕=81-S10、=81-S11。左門系統(tǒng)收到開(kāi)門指令，通過(guò)門裝置中的傳送電機(jī)、編碼器、門控PLC執(zhí)行開(kāi)門操作。
(3)輔助供電系統(tǒng)電路調(diào)試：
列車上電激活后，按下升弓按鈕，受電弓升起，輔助供電系統(tǒng)啟動(dòng)，人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示輔助供電系統(tǒng)工作正常狀態(tài)。按下輔助停機(jī)按鈕=33-S01，輔助供電系統(tǒng)停止輸出，人機(jī)界面顯示輔助供電系統(tǒng)為停機(jī)無(wú)輸出狀態(tài)。
(4)電熱系統(tǒng)與照明系統(tǒng)電路調(diào)試：
閉合司機(jī)控制面板中的電熱斷路器=63-F01，將電熱選擇開(kāi)關(guān)=65-S01打開(kāi)至‘HALF’半熱位置，電熱接觸器=65-K01得電吸合，將電熱選擇開(kāi)關(guān)=65-S01打開(kāi)至‘STOP’停止位置，電熱接觸器=65-K01失電斷開(kāi)，半熱功能調(diào)試成功；將電熱選擇開(kāi)關(guān)=65-S01打開(kāi)至‘FULL’全熱位置，電熱接觸器=65-K01、=65-K02得電吸合；將電熱選擇開(kāi)關(guān)=65-S01打開(kāi)至‘STOP’停止位置，電熱接觸器=65-K01、=65-K02失電斷開(kāi)，全熱功能調(diào)試成功。

決策模擬論文參考

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結(jié)論
針對(duì)我國(guó)軌道交通高速發(fā)展存在調(diào)試、運(yùn)維人員隊(duì)伍嚴(yán)重短缺的現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了集成整車控制邏輯的小型化、可視化、低成本具有列車故障專家系統(tǒng)并融入U(xiǎn)nity3D技術(shù)虛實(shí)結(jié)合的城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置，著重對(duì)城鐵列車功能系統(tǒng)中的門控系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。旨在為受訓(xùn)人員提供一個(gè)真實(shí)可交互的調(diào)試環(huán)境。論文主要完成工作如下：
(1)介紹國(guó)內(nèi)外列車模擬裝置的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合我國(guó)軌道交通行業(yè)調(diào)試、運(yùn)維技術(shù)人員短缺及城鐵培訓(xùn)設(shè)備的情況，進(jìn)行城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置的設(shè)計(jì)。
(2)對(duì)城鐵調(diào)試環(huán)境模擬裝置總體設(shè)計(jì)框架進(jìn)行介紹，明確門控系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)與照明系統(tǒng)的工作原理與設(shè)計(jì)思路及模擬裝置的網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)，構(gòu)建故障專家系統(tǒng)，并對(duì)主要硬件設(shè)備進(jìn)行選型。
(3)將門控系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)與照明系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域化和功能化劃分，根據(jù)其工作原理進(jìn)行主電路及相應(yīng)功能電路設(shè)計(jì)。
(4)根據(jù)門控系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的工作流程，以電氣設(shè)計(jì)原理圖為基礎(chǔ)，確定信號(hào)的I/O通道分配，采用西門子PLC編寫相關(guān)邏輯控制程序，確保子系統(tǒng)按預(yù)定邏輯順序工作。使用MCGS嵌入版組態(tài)軟件進(jìn)行上位機(jī)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面與中央控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，并實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
(5)根據(jù)門控系統(tǒng)、電熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的真實(shí)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)畫(huà)的制作，通過(guò)Blender建模軟件進(jìn)行三維模型的建立以及動(dòng)畫(huà)制作部分，利用Unity3D強(qiáng)大的交互功能，將配置好的模型和動(dòng)畫(huà)高度集成，并通過(guò)PLC接口，實(shí)現(xiàn)PLC設(shè)備與Unity3D虛擬場(chǎng)景的聯(lián)動(dòng)控制。
參考文獻(xiàn)（略）