动车组单车数字化调试系统设计研究

摘要：以往，高铁动车组需要在出厂前进行调试，但由于人工以及纸质化的调试方式，速率相对较差，难以满足调试的时效性需求。基于此，本文结合Java编程框架、Microsoft SQL server数据库等多种通讯协议，集中创建了全新的数字化调试系统，通过分析数字化调试系统在调试过程中面临的主要需求，从数据库、模块、系统接口等角度对其设计展开研究分析，验证发现，该系统通过与高铁动车组的生产系统直接连接，可实现对动车组全自动的调试分析。

关键词：单车调试；Java；数字化

DOI：10.12433/zgkjtz.20242611

随着我国对交通强国战略的重视程度持续加深，高铁动车成为人们出行的主要交通工具之一。而随着越来越多高速铁路的开通，对高速动车组的需求也逐步增加。为了保障高铁动车在投入运行之后具有良好的安全性，在正式交付前需要对其展开单车调试。只有保证其各项机能符合质量要求才能投入运行。但是，传统的半自动化调试过程已经无法满足单车调试要求，因此，积极结合数字化先进技术，打造便捷式的一体化调试系统迫在眉睫。

一、动车组单车数字化调试系统需求

（一）功能性需求

该系统应满足三方面的功能性需求：

首先是网络接口需求。为满足与生产系统直接连接的要求，系统应做好网络接口设计。数字化调试系统应可直接与动车生产厂内的MOM及QMS系统连接，从而及时完成数据交互，并为调试工单的信息流转提供相应的接口。由于生产系统中的MOM部分将与Web Services连接，工单可转化为json格式后及时向数字化系统发放，待调试系统按照工单要求完成调试任务后，系统将再次将调试结果向xml字符转换并向总线发送，总线完成处理后，向MOM系统发布所需处理的信息。同时，该部分还应满足车辆信息的流通接口设计，这是由于稳定测试及执行自动测试的过程中需要实现自动数据交互，对车辆状态进行实时动态化的监测，便于操作人员及时控制。

其次是有关稳定测试环节的系统设计要求[1]。对单车开展稳定测试，目的是保障各项零件的稳定性均表现为最佳状态。在测试的过程中，需要操作人员根据调试工单的指令观察单车在调试过程中的状态，进行最终调试并记录。因此，稳定测试模块应满足ZNTS（智能调试设备）自动数据交互，对单车状态进行自动采集和控制；完成稳定测试文件的录入；自动执行工单；由管理人员对文件内容加以更改，记录测试结果并生成稳定测试报告，便于随时查验。

最后是调试系统自动测试需求。作为对单车展开多项测试并进行自动记录的重要模块，该部分需要完整记录传统调试的相关流程，并按照纸质版的调试流程操作ZNTS，根据车辆信息反馈进行查验，并对最终的调试值进行记录查验。自动测试模块应满足自动化测试文件导入；与ZNTS自主通信，控制单车状态；支持随时编辑、测试结构文件，并自动储存；划分自动执行指令以及手动执行指令；验证检验登录账号；支持本地查看测试验证报告等。

（二）可视化需求

开发数字化的动车组单车调试系统的目的，是实现自动化的车辆调试，节省人工成本，提升调试速率。该系统的设计应在满足传统调试流程的基础上，实现全过程数字化的自动、便捷调试。因此，在设计该系统时，需要满足人机交互的可视化设计需求。

包括前端系统终端的登录界面，基于可视化的显示屏设计，在界面上清晰显示当前的操作人员，并对相应的账户信息加以管理。

系统主界面需要全方位、直观展示当前单车的调试信息、状态等内容。

网络状态可视化负责展示调试过程中的ZNTS通信数据状态等。

在自动测试的可视化显示内容中，需要满足文件编辑管理、上传、调试工单执行、提交工单、生成调试报告并下载查看等功能。

自动调试的管理界面，应详细标注单车调试的每一个环节步骤，并对检验人员加以确认，完成调试结果的录入[2]。

二、动车组单车数字化调试系统设计

（一）总设计概述

基于动车组单车数字化调试的系统设计需求进行研究分析后，本文提出了基于Java的语言编程调试系统。在设计过程中，系统应满足模型层、视图层及控制层的设计原则。

在调试系统的前端可视化界面中开发JSP主界面，在JS发出请求后，经路由机制进行处理，完成后在对应Controller中进行定位匹配，随后向前端反馈执行结果，并在前端可视化界面中对结果进行解析显示。

首先，应由QMS经由MQ通讯接口向MOM系统下发准备调试的单车工单信息。

其次，MOM系统接收工单信息后对格式进行转化，基于WebServices将转化为JSON格式的信息向数字化系统传递，解码工单信息并自动录入数据库。

再次，启动数字化调试系统，通过IP接收端口在ZNTS与Socket之间创建连接，随后可开展动态化的调试数据反馈。

从次，进入自动检测阶段，为单车调试创建对应账户，并基于独立对话，由多个操作人员共享同一工序。

最后，在完成调试工单中的内容后，确认提交，由数字化调试系统以xml字符的形式向总线发送，再次向MOM系统及QMS系统分发数据准备处理。

（二）设计数据库

本次应用Java语言编程展开的数字化调试系统设计中，创建了15个实体数据库，通过打造SQL server的储存系统，完成对数据的自动化储存与管理，分别创建了包括用户、工单、调试报告、文件隶属在内的众多信息。

在用户实体数据库中，需要对用户的登录账号、密码、登录后的访问权限等数据分别设计。通过不同的设计效果，在调试单车过程中可自动记录登录用户信息。

工单隶属于实体数据库，包括编号、自动测试调试工单编号、用户编号等，在MOM系统创建调试工单时，会自动向操作员工发放，具有一定权属保密性。结构化文件包括对单车型号数据的记录、生产批号、次号、编号等属性数据。在自动化调试测试过程中，还应同时满足对检验项目、标准、位置、调试输入值、输出值、实测值、修改时间、修改人、修改原因等众多自动测试数据的设计[3]。

基于完整的稳定测试要求，在数据库的设计过程中，根据单车调试的具体流程创建了多个相对应的数据库，从而更好地满足单车调试过程中的全自动处理分析，通过全面收集、整合数据，为后续MOM系统的处理提供充足的参考。

（三）设计的主要模块

1.用户登录

用户登录模块设计是为了满足单车调试过程中的安全访问控制，通过输入用户名与验证密码登录，成功后可进入数字化调试系统展开调试作业，执行后续调试操作任务，否则将会提示登录失败返回主界面。

为保障登录调试系统的安全性，并始终保持在单端登录状态，可尝试增设拦截器的方式，将其置于服务器及浏览器之间，对请求进行判定。

启动数字化调试系统后，输入访问域名，进入登录界面，输入账户与密码，由拦截器判断申请是否正确，根据用户登录权限打开相应的系统主页等待后续操作。

2.自动测试

设计自动测试结构。在前端浏览器中启动数字化调试系统，开启执行指令，服务器与Web连接搭建测试会话，随后在服务器中发布调试指令，执行相应操作。当数字化服务器连接ZNTS系统后，保持稳定的连接状态，直到服务器接收到车辆调试数据的最终任务。

对单车进行数字化调试。启动ZNTS后，输入服务器IP，对车辆序号进行调整，使其与服务器相对应，持续完成通讯连接。ZNTS连接成功后，数据将保持连续发送状态，服务器在执行自动测试工作时，若需要对车辆加以控制，则应及时向ZNTS发送指令。

3.稳定测试

设计稳定测试模块。在前端浏览器界面中设计工单执行指令，向服务器发送执行指令，创建Web Socket会话，在服务器中执行关键调试步骤，同时与ZNTS系统连接，确保在调试过程中实时、动态化地向服务器传递单车的现状数据，并接收单车调试中的控制数据[4]。

稳定测试。其目的是对单车部件的稳定效果展开精准测试，包括测试部件在预定的运行次数及时间下，是否能够展现出良好的性能。在该环节中执行的指令均为自动执行指令，若测试中发现单车部件与实际性能要求不符，则需要查找、分析原因并记录。

（四）设计系统接口

1.前后端接口

设计前后端接口的目的是向自动测试及稳定测试传递文件信息。服务器接收到前端的文件信息后，可执行业务并将结果向前端反馈。

根据系统设计需求，利用Web Socket协议设计前后端接口，使进入调试系统后的每一用户均能拥有相应的通信线路，并共享工序。

由前端在调试系统界面触发onOpen（）事件指令，在url与IP端口以及数字化服务器之间创建连接，在调试过程中，通过系统前端触发onMessage（）事件，并以json信息格式与服务器交互，等待业务处理，仍以json格式向前端发送信息。

2.MOM下行接口

MOM下行接口负责分发调试工单，在设计中，启动数字化调试系统，Web Services接口处于开放状态，通过向json格式转化工单信息、调试人员数据等方式，经该接口向系统下发传递。数字化调试系统在接收到数据后进行解析，最后根据数据流，在数据库中完整储存工单文件、工单隶属等具体信息。

3.数字化上行接口

上行接口通过与下行接口之间的连接，完成对工单信息的执行及结果反馈，在数字化调试系统中形成完整的运行管理闭环。

当数字化系统完成对自动调试工单的执行操作后，确认全部合格后提交处理，由数字化系统以xml格式的字符对自动测试工单信息进行处理，并向总线提交。这一过程中，总线始终处于运行状态，因此可随时完成字符信息传递，当总线获取相应的信息后，转发给MOM系统，并进行再加工处理。

4.ZNTS通信接口

ZNTS通信接口是满足数字化调试系统操作过程中动态采集单车状态的重要接口。该接口直接连接MVB总线，完成数据实施动态化交互通信，并借助socket与数字化服务器创建完整的连接，对单车加以控制[5]。

该系统接口创建了众多通信通道，包括通讯读线程缓冲、写线程缓冲等，通过转换字节数据的方式，在字节数组中储存数据，如：读缓冲区rBuffer[0]储存调试单车的项目号；rBuffer[1]储存调试单车的序列号；写缓冲区rBuflist[0]储存调试单车状态为动作，设定为“1”或“0”；rBuflist[1]、[2]负责储存当前调试车辆的状态位通信端口对应序号。

三、系统运行验证

（一）运行环境

在完成对动车组单车的数字化调试系统设计后，为了验证本文所设计的系统是否能够对动车组单车展开自动化的全过程精准调试，需要进行测试验证。验证时，应先创建运行环境，将数字化调试系统连接企业内网，搭建动车组运行服务要求，创建硬件需求及软件环境模型。

（二）系统功能验证

1.用户管理

基于模拟实际调试运行环境，在用户登录的过程中首先在前端完成登录验证，点击登录按钮发出申请，请求结束时候由系统根据用户的不同权限对界面进行渲染。由拦截器对用户登录的具体信息审核之后，确认正确后允许通过，随后对用户的登录实体数据等进行储存录用，便于前端取用。

2.自动测试

运行验证中，打开数字化系统与ZNTS系统相互连接之后，将服务器IP输入其中，并导入列车的序列号以及车辆号，在调试中数字化系统将会实时接收ZNTS所反馈的数据信息。当数字化系统自动执行调试指令时，首先对动作状态进行分析，根据工单文件中的流程要求依次执行指令，并对地址数据加以储存，便于向ZNTS发布控制指令对单车进行控制。

3.报告回传

启动企业内部总线并连接MOM系统，由操作人员点击工序完成后的提交按钮，并由人工对互检或是专检人员编号进行填写，完成后发出提交请求，MOM系统接收到请求后进行核验，确认正确向数字化调试系统进行反馈，另外在本地数据库中以工序报告形式对结果加以储存。

四、结束语

对以往调试文件以及人工调试处理的半自动化方式进行优化，通过应用Java语言编程的方式，设计了数字化的动车组单车调试系统，该系统可以更加便捷地完成单车的调试处理，实现全自动的调试处理需求。

参考文献：

[1]牛牧，左文龙，王德帅.一种动车组多终端调试系统的设计与实现[J].工业控制计算机，2023，36（04）：57-60.

[2]王伟譞，矫德余，李哲.160km/h动力集中动车组动力车通信数据联调试验台研究[J].智慧轨道交通，2023，60（02）：15-20+44.

[3]刘磊.动车组单车数字化调试系统的设计与实现[J].智慧轨道交通，2022，59（05）：53-59.

[4]田华.城市轨道交通动车调试实践[J].交通世界，2022（14）：38-40+44.

[5]吴艳鹏，陈国锋，隋永锟.动车组单车调试工艺及发展趋势[J].城市轨道交通研究，2021，24（02）：140-143.