[发明专利]一种基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统

说明书

本发明涉及一种基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统，用于实现列车车轮的状态监测和维修指导，包括环境感知模块、虚实融合模块、人机交互模块、物联网平台以及物理空间模块和虚拟空间模块，物理空间模块包括列车的实际车轮数据，物联网平台通过实际车轮数据，建立预测维修模型，并在虚拟空间模块建立数字孪生模型，环境感知模块用于获取维修车间信息，虚实融合模块根据维修车间信息和预测维修模型，进行虚实融合得到融合维修信息，人机交互模块分别获取数字孪生模型和虚实融合模块的融合维修信息，向维修人员提供列车车轮健康状态监测和列车车轮维修方案，与现有技术相比，本发明具有降低运维成本等优点。

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其是涉及一种基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统。

背景技术

车轮作为地铁列车的受力部件之一，在列车行驶过程中长时间受到摩擦、碰撞、循环应力以及高低温的作用，同时两站区间较短决定了车辆需要频繁制动的特征，因此车轮必定会产生磨耗，甚至经常出现异常磨耗，比如车轮直径磨耗超限，多边形磨耗，出现扁疤、裂纹，车轮踏面擦伤和剥离以及轮缘磨耗等，这些异常磨耗会引起车轮的异常滑行和轮轨间的振动加剧，严重时可能发生列车脱轨等问题，对列车的乘坐舒适性和运营安全性都会造成影响。因此，将先进技术用于车轮磨耗预测与日常维护对于保障地铁车辆运营的安全性和可靠性具有重要意义。

现有的车轮磨耗预测技术主要分成两类：(1)通过建立车辆的动力学模型对车轮磨耗进行仿真，实现车轮磨耗预测；(2)通过数据驱动建模预测车轮磨耗趋势。但是由于车轮磨耗机理复杂，需要考虑的影响因素多，列车运行环境不确定性大、动态特性强，这两种传统的建模方式的实时性并不强。

现有的车轮经济镟修策略主要通过专家凭借长年累积的经验来制定，首先确定出适合某条线路的镟修周期，进而确定维修计划与备品备件数量，但这种维修方式是定期的、有计划性的，获取到的方案单一，考虑的因素和范围局限性大，不能根据车轮的实际状态以及备品备件的实际需求进行动态的调整，容易造成车轮的过度镟修或镟修不足。同时，现有的车轮维修方法仍然以人工操作不落轮镟床为主，维修人员的实操培训在镟床上进行，培训阶段需要花费大量的成本，在维修时段以外的时间，维修人员也很难随时获取列车车轮的健康状态。

总体来说，现有技术中，对列车车轮的健康状态无法实时准确地预测，列车车轮维护镟修策略不够优化，运维成本高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种降低运维成本的基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于数字孪生技术的列车车轮维修管理系统，用于实现列车车轮的状态监测和维修指导，包括环境感知模块、虚实融合模块、人机交互模块、物联网平台以及通过物联网平台连接的物理空间模块和虚拟空间模块，所述的虚实融合模块分别与环境感知模块和物联网平台连接，所述的人机交互模块分别与虚拟空间模块和虚实融合模块连接；

所述的物理空间模块包括列车的实际车轮数据，所述的物联网平台通过实际车轮数据，建立预测维修模型，并在虚拟空间模块建立数字孪生模型，所述的环境感知模块用于获取维修车间信息，所述的虚实融合模块根据维修车间信息和预测维修模型，进行虚实融合得到融合维修信息，所述的人机交互模块分别获取虚拟空间模块的数字孪生模型和虚实融合模块的融合维修信息，用于向维修人员提供列车车轮健康状态监测和列车车轮维修方案。

进一步地，所述的物联网平台包括依次连接的数据传输模块、数据存储及融合模块和计算机分析模块，所述的数据传输模块与物理空间模块连接，用于采集实际车轮数据，所述的数据存储及融合模块用于接收数据传输模块，并进行数据融合，所述的计算机分析模块分别与虚实融合模块和虚拟空间模块连接，用于建立预测维修模型，并在虚拟空间模块建立数字孪生模型。