摘要：为提升动车组随车机械师应急故障处理能力，本文提出了动车组3D模拟应急实训系统功能设计，介绍了动车组3D模拟应急实训系统在广州动车段随车机械师培训应用情况，系统对随车机械师有关动车组故障处理能力提升有明显效果。

关键词：动车组;模拟;培训;应急故障处理;随车机械师

广州动车段是中国铁路广州局集团有限公司直属站段之一，主要承担京港线、沪昆线、南广线、贵广线等20条线路本属动车组的运用检修。广州动车段随车机械师近一千人，主要负责监控动车组运行技术状态，管理和操作动车组设备，应急处理途中动车组突发故障。近几年来，中国高铁飞速发展，大量动车组上线运行，对随车机械师人数需求增加，业务素质要求提高。但随车机械师人多分散、实训时间和条件不足等客观因素影响，需要设计开发“动车组3D模拟应急故障实训系统”，提升随车机械师应急故障处理能力。

1 需求分析

高铁运输秩序紧张，一旦动车组出现故障，将影响后续车组的运行。动车组发生途中故障，其处理时间要求很短，这对随车机械师故障处理能力要求很高。通过计算机3D模拟，以游戏方式帮助随车机械师固化故障处理流程记忆，减少紧张心理、外部环境等因素干扰，十分必要。同时，设计系统应能自适应动车组技术改造，具有自由编制故障处理流程，以及自由上传展现多媒体功能，以延长系统适用生命期。

2 系统设计

2.1 总体设计

将动车组应急故障处理相关的部件分别建模，并导入Unity3D开发平台，通过编程实现3D模型具备可视化交互功能。系统设计分为客户端和服务器后台（网站）。客户端用于学员模拟应急故障处理培训和考试。服务器后台使用浏览器界面，用于老师编辑模拟应急故障处理试题、组织培训考试等。

2.2 主要功能设计

2.2.1 动车360浏览模块设计

学员可通过本模块360度了解动车组部件和位置。例如，可“行走式”浏览动车组部件，可点击3D模型并观察状态反馈;可浏览转向架等大部件分解和组装过程。

2.2.2 模拟培训模块设计

客户端自动下载服务器上的培训题目及评分标准。学员选取培训题目自行练习，按操作提示，一步一操作，模拟故障处理。学员每步操作正确与否，由客户端判断，错误不扣分，但需重新操作正确才能下一步。模拟培训界面如图1。

2.2.3 模拟考试模块设计

模拟考试与模拟培训的操作形式一致，区别在于考试隐藏操作提示，考试题目与评分标准均存在服务器。评分标准由老师设定最大允许错误次数，满分除以最大错误次数，即为每错一次的扣分。学员每步考试操作正确与否，由服务器判断。若当步操作错误，则扣分并让学员重做;若当步为关键步骤，若错误则判失格。学员还须在规定时间内完成考试。

2.2.4 后台3D试题编写功能设计

每道3D试题由若干步骤组成，每个步骤由五要素组成（见图2）：分别为部件初始状态设置，操作内容设置，是否关键步骤设置，虚拟场景参数（背景音乐、风速、温度等）设置，以及部件状态反馈设置等。而操作内容设置分成四类，分别为对话类、操作类、理论知识类、测量类和多媒体类等，便于老师根据实际选择合适操作形式。通过部件初始状态、操作内容和部件状态反馈分别设置，模拟动车组各种状态下，不同处理方法，得出不同结果，既降低研究动车组网络逻辑难度，也提高系统模拟仿真度。

2.2.5 后台考试管理设计

考试管理功能以下几要素组成：（1）考试组织，可设置考试名称、考试时间、考试类型、是否可重考、是否可查看成绩等。（2）设置3D试题范围。（3）设置考试人员，应可批量导入，可逐个添加，或以部门选择。（4）考试类型设置：日常考试允许考生每月可考试多次，但每天只能考1次;专项考试仅能考试1次。

2.2.6 后台成绩分析设计

成绩分析从四角度分析，一是考生个人成绩分析，分析考生每次考试错误题数、错误步骤，并输出近期成绩趋势图。二是专项考试分析，分析某次考试各题做错的人数比例、各步骤做错的人数比例。三是部门考试分析，分析各部门考试人数、平均成绩、不合格人数。四是日常考试月度分析，分析考生某月考试次数、平均成绩、合格次数。

3 系统应用

3.1 系统部署和推广

广州动车段根据上述设计方案，组织开发了“CRH1、3型动车组3D模拟应急故障考核实训系统”，在2014年8月推广使用。系统服务器部署在广州动车段段部机房，在广州、深圳、三亚、长沙地区各车间安装客户端。在系统试行前，集中开展了系统使用操作培训。后续新增随车机械师通过同事帮扶和自学等方式掌握系统操作方法。

3.2 随车机械师日常培训应用

随车机械师日常主要利用出退乘（上下班）交接时间自行3D模拟实训考试。通过修订培训考试管理办法，要求每人每月考试合格次数不少于2次，对考试成绩和考试次数排名前3%的，奖励200元/人;对合格次数不足的，考核100元/次。为丰富考试题库，鼓励老师编制3D试题，并奖励100元/题。自系统实施应用以来，累计共有60356人次参与了3D模拟考试，月均考试1628人次。

3.3 应用效果

本系统推广应用后，培训效果主要体现在：一是以游戏方式融入培训考试，形式生动新颖，随车机械师学习兴趣高，易接受。二是引入3D模拟实训形式，使文字理论培训和现场实作培训有机衔接，利于随车机械师知行合一。三是利用计算机模拟实训，摆脱对现场条件的依赖，随车机械师可随时模拟实训，保持自身故障处理技能时刻处于熟练状态。四是系统可支持24小时、多人同时模拟实训，大幅提高培训效率。五是减轻现场培训用车压力，避免频繁拆装现有动车组零部件带来的质量安全风险。六是避免人工培训教学标准不同的可能，3D系统实现培训考试标准统一。七是广州动车段因随车机械师基本业务技能原因导致CRH1A和CRH3型动车组晚点事故基本消失。

4 结语

通过动车组3D模拟应急实训系统在广州动车段随车机械师培训效果分析，3D系统在提高隨车机械师应急故障处理能力有显著作用，为高铁运输秩序顺畅提供了人员素质保障。本系统开发的动车组模拟实训环境与模式，也可以推广至铁路其他专业领域，如模拟动车组电务通信设备故障处理，模拟组织乘客乘降、防恐演练，模拟列车救援演练等。

作者简介：黄志忠（1985—），男，广东鹤山人，工程师，在中国铁路广州局集团有限公司广州动车段工作，主要研究方向为信息化职工教育培训。