铁路局供电段QC小组技术攻关项目接触网检修卡控一体化装置的研制成果汇报

接触网检修卡控一体化装置的研制目录一、小组概况二、选择课题三、设定目标四、提出各种方案并确定最佳方案五、制订对策表六、按对策表实施七、确认效果八、标准化九、总结和下一步打算小组概况接触网检修卡控一体化装置的研制小组类型创新型

活动次数

18次

注册号LG2010-001活动时间2015年5月-2016年11月小组概况2010-2011年2012-2013年2014-2015年2016-2017年APDCAPDCAPDCAPDC2011年“铁路变配电所异常过电压综合治理装置”获部级三等铁道科技奖，2012年“大风环境下接触网监测装置”获部级二等铁道科技奖，2013年“接触网开关站与无线遥控隔离开关的研究”获部级三等铁道科技奖，2014年研制的“定制式防止打滑扭矩扳手”获得路局创新团队称号，“2015年-2016年研制的“车载接触网参数检测装置”科技创新成果，获得3项软件著作权、发表专业论文2篇，目前在兰州北枢纽进行日常检修、检测、监测作业，并推广应用至青藏铁路公司。小组人数：9人，平均年龄：41岁，活动频次：1-2次/月TQC教育课时:人均接受TQC教育72小时。2010年“铁路牵引供电运营信息管理系统的创建与管理”获路局二等、部级三等QC创新成果。选择课题1.问题的提出问题1：在执行接触网“单支柱标准修”过程中缺少针对各部位检修作业的流程卡控功能，个别部位存在漏检漏修现象。问题2：在检修过程中作业车平台操作人员与地面测量人员联络不便，检修时参数需通过地面测量人员反复测量，多次传递参数信息，存在误差，且

多次调整，天窗利用率低。问题3：日常检修中需地面测量人员两名对参数进行测量、复核，工作强度较大，浪费人工；近年来随着新接管设备的增加、接触网工自然减员等原因，急需提高检修效率，杜绝设备失修。问题4：检修作业现场地面测量人员距接触网作业车较近，平台作业人员与作业车司机通讯不畅，在卡控及防护不及时情况下易发生人身安全问题。现行接触网设备检修(检测、监测)方式存在的弊端选择课题2.调查分析选择课题2.调查分析通过现场调查分析发现当前电气化铁路接触网专业在日常天窗检修作业中，地面参数测量人员利用激光测距仪或测杆人工进行测量，再反馈给接触网作业车平台检修人员，通过多次测量-多次反馈-多次调整，才能实现接触网参数达标。作业流程及标准化作业过程缺乏卡控及监测，检修中存在漏检漏修现象。测量参数及检修记录采用人工记录，作业人员返回工区后由信息员再人工录入接触网检修管理系统。班组缺少对接触网悬挂部位及外部环境的一体化监测装置。

小组成员通过跟班作业、盯控集中修整治等50次以上现场调研分析，得出一个作业组90分钟天窗作业时间，单支柱标准修的工作量为9根支柱，如果在天窗时间相同的情况下，想要增加大幅提升工作量，只有增加多个作业组；那么如何在不增加人工情况下快速的增加工作量是现场及站段迫在眉睫需要解决的问题。选择课题3.确定课题

小组成员通过对以上调查分析及现场问题的综合考虑，为了降低成本（检修成本、天窗成本、人工成本），提高检修效率及天窗利用率，达到对接触网设备精测精修目的；QC组长认为，研制一种新型接触网检修检测监测智能装置势在必行，QC小组确定此次活动的课题为：接触网检修卡控一体化装置的研制选择课题3.确定课题

小组成员通过科技查新研制集检修卡控、智能检测、作业过程及设备、外部环境监测于一体的多功能装置，在所检国内文献范围内，未见相同内容的文献报道。1.设定目标值10分钟7分钟9根13根单支柱检修时间由10分钟下降为7分钟。90分钟天窗检修9根单支柱提高到检修13根支柱。要达到怎样的结果呢？为此，我们设置了两项可测可量的目标。设定目标设定目标PDCA活动计划05.5-705.8-1006.1-306.4-606.7-906.10-11负责人P选择课题组长设定目标副组长提出方案确定最佳方案全体组员制定对策表全体组员D按对策实施全体组员C确认效果全体组员A标准化全体组员总结与今后打算全体组员计划：

实施：2.小组目标计划及实施进度表提出各种方案并确定最佳方案小组成员围绕实现小组活动目标，提出许多研制方案，初步归纳为以下三种方案：一是购买成熟产品或委托科研院校或公司研制；二是自行开发软硬件系统；三是与有科技研发能力科研院校或公司合作研制。各种方案的选择

方案一：经过了解，一是现有科研院校或公司没有针对电气化铁路接触网检修卡控一体化装置的成熟产品，二是没有任何公司愿意承担研发的资金及未来不确定因素的风险。

方案二：此装置需进行嵌入式技术的开发，包括Client/Server架构下SQL数据库的应用，开发周期长，站段不具备相关技术力量等问题。

方案三：科研院校或公司合作提供成熟的软件、硬件开发程序及接口技术，站段抽调专业技术人员负责具体对策实施及效果验证。对上述论证，我们又进一步对三个方案的有效性、可靠性、可实施性、经济性进行综合优缺点的选择，最终确定总体方案为合作研制。提出各种方案并确定最佳方案委托厂家研制自行研制合作研制软硬件开发序号方案特点是否选择1委托厂家研制经过积极联系，没有高校或给公司愿意承担研发的资金及未来不确定因素的风险。优点：省时省力，缺点：功能性不强。否2自行研制由于此系统包括软硬件开发、通信技术及数据库的应用，开发周期长，系统效果无法保证，站段不具备相关技术力量等问题。否3合作研制利用路局科研经费，厂家提供成熟的软硬件接口程序及软硬件开发人员，QC小组负责对策实施及效果验证来合作完成装置的研制。优点：功能性强，成本低，调试及维护有保障。是提出各种方案并确定最佳方案铁板制作铝板制作金属件加工方法焊接冲压铆钉数据传输方案有线传输无线传输交互界面触摸屏笔记本工业型触控平板电源方案作业车发电机蓄电池蓄电池与发电机互备接触网检修卡控一体化装置方案合金钢制作运用PDCA循环确定好研制方案后再具体实施，尽量从试验或模拟试验中得出结论。根据选定的总体研制方案，在对装置的需求调研和可行性分析基础上，我小组成员将研制细化为交互界面、电源、传输方式、机柜及金属件选择、加工方法等5部分进行攻关研制，运用头脑风暴法，让大家畅所欲言提出各方案环节，共收集了相关环节14条，用亲和图整理如下：机柜及联接件提出各种方案并确定最佳方案1.交互界面触摸屏笔记本工业型平板平台交互界面序号方案特点是否选择1触摸屏在接触网作业车平台上需要有线电缆联接，无法安装客户端软件，且笨重、还需配置主机、影响等。否2笔记本在接触网作业车平台上无法固定，且防震性、太阳直射下反光等问题。否3工业型平板工业型平板，优点：防震性能及高亮度，接触网作业车平台上固定方便。是提出各种方案并确定最佳方案2.电源方案作业车发电机蓄电池蓄电池与发电机互备装置电源方案序号方案特点是否选择1作业车发电机采用接触网作业车随车发电机，优点：电源稳定，缺点：噪音大、成本高。否2蓄电池采用蓄电池对系统供电，供电模式单一，供电时间容易受电池本身容量大小的限制。优点：环保、可移动性强，缺点：蓄电池无电情况下，装置无法工作，缺少备用电源。否3蓄电池与发电机互备1采用蓄电池和接触网作业车随车发电机系统供电，互备供电方式可以满足在不同环境下为装置提供工作电源。优点：电源稳定，不存在断电现象。是提出各种方案并确定最佳方案3.数据传输方案有线电缆传输无线网络传输数据传输方案序号方案特点是否选择1有线电缆传输使用有线电缆传输，优点：数据稳定，缺点：在接触网作业车车内、车顶布线极不方便，无法实现远程调度端的监控。否2无线网络传输使用无线WIFI传输，优点：方便、快捷，作业车平台、司乘室、调度指挥中心使用和接收数据方便。是提出各种方案并确定最佳方案4.机柜及联接件合金钢制作铁板制作铝板制作机柜及联接件序号方案特点是否选择1铁板制作优点：成本低，硬度大，不易变形。缺点：易生锈。否2铝板制作优点：重量轻，不适合长期震动环境。缺点：不结实，容易变形。否3合金钢制作优点：外观美，硬度大，重量轻，不易变形，适合作业车震动环境。是提出各种方案并确定最佳方案5.加工方案焊接冲压铆钉金属件加工序号方案特点是否选择1焊接优点：易操作、成本低、工期短、结实耐用，缺点：外观不美。是2冲压优点：外形美观，缺点：费用高、工期长、加工难度大。否3铆钉优点：易操作、成本低、工期短、不结实，缺点：外观不美。否6.确定最佳方案提出各种方案并确定最佳方案合金钢机柜焊接加工数据传输方案接触网检修卡控一体化装置的研制电源方案开发方案平台交互界面机柜及加工方法工业型平板无线传输蓄电池与发电机互备合作研制制定对策表序号对策目标措施负责人地点完成日期1接触网检修卡控一体化装置软件设计实现。实现单支柱检修过程各设备部位卡控功能、接触网导高、拉出值参数语音实时播报、参数自动检测、生成曲线，具备数据处理功能。基于嵌入式技术的软件开发，利用C#语言平台写入数据处理功能，以MYSQL为数据库的储存、查询等功能。蒲向阳朱学义顾亮张小虎兰州供电段接触网练兵场专用线2015.5.62接触网检修卡控一体化装置硬件结构实现。实现一个主机、两个客户端，两路监控端。购置1台高精度雷达、1台工控机、2台工业性平板、1台长焦摄像机、1台微距摄像机，硬件接口程序等。蒲向阳朱学义顾亮兰州供电段接触网练兵场专用线2015.5.103蓄电池及发电机互备功能。蓄电池输出电压DC24V(±10%），可使用发电机220V输出电压，可给蓄电池充电。购买2组带恒压冲的锂电池，确定机柜下方电池安装位置，牢固；外接发电机AC220经过镇流、逆变最终输出稳定的直流电压DC24V，采用1.5mm2的电线，保险容量10A。姥建林吴艳玮张宝太兰州供电段接触网练兵场专用线2015.5.124无线传输功能。利用WIFI实现接触网作业车范围数据传输，利用4G实现班组、车间、调度中心远程数据传输。购置1台传输能力300米的路由器，测试2小时数据传输稳定不掉线，开发4G网卡接口程序。赵年富顾亮张宝太兰州供电段接触网练兵场专用线2015.5.145平板互动界面。利用平板实现Windows系统下的应用软件界面。从平板界面可接受到雷达实时扫描的参数，可触控检修卡控软件，并实时播报导高、拉出值参数功能。顾亮赵年富吴艳玮兰州供电段接触网练兵场专用线2015.5.166机柜及联接件。整体大小适合、具备接触网作业车运行环境，外形美观。按照设计图纸对合金金属在加工厂进行加工喷漆。陈玉林顾亮张宝太兰州供电段接触网练兵场专用线2015.5.187金属件加工方法。安装牢固无松动、无可见焊接点。对各连接部位进行焊接、打磨。陈玉林顾亮张小虎兰州供电段接触网练兵场专用线2015.5.20按对策表实施实施一：接触网检修卡控一体化软件设计实现嵌入式系统技术（Embeddedsystemtechnology），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统,嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。与通用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的；所以经常称为“固件”。即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。按对策表实施实施一：接触网检修卡控一体化软件设计实现接触网检修卡控一体化装置采用了C/S架构方式，即大家熟知的客户机和服务器结构。通过服务器与手持设备通讯（客服端）方式，数据交换实时稳定高效，快速将数据呈现在手持设备，更支持多台手持设备连接，系统拓扑性强。C/S结构的基本原则是将计算机应用任务分解成多个子任务，由多台计算机分工完成，即采用“功能分布”原则。客户端完成数据处理，数据表示以及用户接口功能；服务器端完成DBMS（数据库管理系统）的核心功能。这种客户请求服务、服务器提供服务的处理方式是一种新型的计算机应用模式。C/S结构的优点是能充分发挥客户端PC的处理能力，很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。对应的优点就是客户端响应速度快。具体表现在：（1）应用服务器运行数据负荷较轻。（2）数据的储存管理功能较为透明。按对策表实施实施一：接触网检修卡控一体化软件设计实现按对策表实施实施一：接触网检修卡控一体化软件设计实现数据库设计支持多帐套功能开发框架支持多个帐套，每个台帐套对应一个独立的数据库，适合分公私独立部署数据库。按对策表实施实施一：接触网检修卡控一体化软件设计实现数据库设计后台数据更新机制后台数据更新机制及SQL命令生成器。按对策表实施实施一：接触网检修卡控一体化软件设计实现代码设计语音报警代码部分实现过程如下：按对策表实施实施一：接触网检修卡控一体化软件设计实现软件界面：包括主控机界面（检测、监测功能界面）和客户端界面（检修卡控、参数语音报警界面）等功能按钮。效果验证：经过仔细验证分析，我们按照系统规划功能成功的设计了主控机及平板界面，软件各功能均符合设计要求，依据前期关键技术验证情况，结合硬件设施情况，实现关键技术解决方法，落实设备应用操作需求，对内部功能及软件执行效果也实现了需求方案。按对策表实施硬件设计接触网检修卡控一体化装置是基于广角雷达扫描，集智能检测、检修卡控、视频监测于一体的接触网检修卡控智能化系统。本系统选用接触网作业检修车作为载体，由供电处理单元，接触网数据采集平台模块，作业车操作显示报警主控平台，作业升降平台操作控制平板，及后台智能数据分析管理软件系统组成。下图1为该系统结构，下图2为本系统工作流程架构。实施二：接触网检修卡控一体化硬件结构实现按对策表实施实施二：接触网检修卡控一体化装置硬件结构实现按对策表实施实施二：接触网检修卡控一体化装置硬件工作流程实现按对策表实施实施二：接触网检修卡控一体化硬件结构实现主控服务器装置按对策表实施实施二：接触网检修卡控一体化硬件结构实现非接触检测雷达装置按对策表实施实施二：接触网检修卡控一体化硬件结构实现作业车平台上平板装置按对策表实施实施二：接触网检修卡控一体化硬件结构实现接触悬挂视频监测装置按对策表实施实施二：接触网检修卡控一体化硬件结构实现作业过程及设备巡视监测装置按对策表实施实施二：接触网检修卡控一体化硬件结构实现稳压及不间断电源装置效果验证：在硬件实现上，进行了关键设备的选型、采购工作，并对现场检修卡控、检测、监控终端设备安装形式、设备机械结构、网络接口走线等工程实施方面进行设计，形成具备功能要求和性能指标的样机组成，实现了配套软件的功能。按对策表实施实施三：蓄电池及发电机互备功能采用锂离子蓄电池及发电机互备装置，锂离子蓄电池重量轻、容量大（20Ah）、支持主机连续工作4小时，可充放电1200次、可用3-5年。效果验证：锂电池组牢固固定在合金机柜内，尺寸大小一致、接触网作业车移动过程中无松动，采用恒压冲的锂电池，确定机柜下方电池安装位置，牢固；外接发电机AC220经过UPS输出稳定的直流电压DC24V，采用1.5mm2的电线，蓄电池容量可持续工作4小时

。按对策表实施实施四：无线传输功能作业车内与作业车平台上数据传输采用无线WIFI方式：802.11b/g/n,测试50米范围24小时不掉线。作业流程、监测设备采用互联网4G模式联接，可在班组、车间、调度中心通过电脑、手机远程监控，任何具备互联网、手机信号的环境。效果验证：利用无线WIFI实现接触网作业车50米范围接触网检修卡控、参数检测、设备及外部环境监控等数据传输，利用4G收发装置实现班组、车间、调度中心远程参数检测、作业过程及监控数据传输。按对策表实施实施五：平板互动界面作业车平台上工作领导人将手持平板客户端固定在作业车框架上，通过操作平板软件界面进行检修流程的卡控及参数实施语音读数，达到指导检修作业的过程。效果验证：购置的微软SurfacePro4平板在亮度和续航能力上满足需求，硬件上，Windows系统下的应用软件界面可操作性强，可实现接触网检修卡控、参数检测、设备及外部环境监控等交互功能。按对策表实施实施六：机柜及金属联接件加工按对策表实施实施六：机柜及金属联接件加工作业平台摄像机工作台及联接固定尺寸图球头支柱通过固定螺纹孔，用M8×16的内六角螺丝加弹簧垫片将摄像机固定于车顶支座。逆时针转动手拧螺丝，松开球头支柱，通过摆动球头支柱来调节摄像机仰角，然后顺时针转动手拧螺丝紧固，紧固摄像头。按对策表实施实施六：机柜及金属联接件加工作业平台摄像机工作台及联接固定尺寸图固定螺纹孔手拧螺丝按对策表实施实施六：机柜及金属联接件加工悬挂微距摄像机工作台及联接固定尺寸图固定螺纹孔摄像机按对策表实施实施六：机柜及金属联接件加工悬挂微距摄像机工作台及联接固定尺寸图手拧螺丝止动螺丝按对策表实施实施六：机柜及金属联接件加工雷达及联接固定尺寸图雷达固定如图所示，雷达由四个螺钉固定在作业车车顶平台上，雷达罩通过六个螺钉，罩在雷达的上面，通过六个螺钉固定在作业车车顶平台上。固定螺丝按对策表实施实施六：机柜及金属联接件加工各部件安装位置图各部件连接方式和安装位置如图所示，服务器与接触网数据采集模块通过有线的方式连接，数据处理中心与作业平台上的控制平板，通过无线网络的方式连接。效果验证：对不同材质、结构机柜进行试验、选择，严格按照设计图纸对合金金属件进行加工，在作业车内及作业车顶安装牢固无松动，焊接点经打磨、喷漆，外形美观，契合度100%，目标实现。确认效果选择一个接触网班组正式使用接触网检修卡控一体化装置，检查现场实际应用效果。接触网检修卡控一体化装置进入正式使用阶段，根据实际使用情况接触网检修卡控一体化装置在检修、检测、监测过程中起到实际效果进行检验。效果检查：接触网检修卡控一体化装置在正式使用中，完全达到了预定目标。经试用，各项性能指标符合标准要求，达到了设计要求。技术科QC攻关小组经过近两年的攻关活动完成了课题，达到了预期目标，取得了显著的效果。确认效果实现的效果：（1）检修流程卡控模块的使用，使现场检修作业流程标准化，避免了设备检修过程中的失漏修，提高单支柱全面修的质量，确保了精细化检修，使修后设备全面达标，满足参数“毫米不差”的精准理念；（2）可以减少检测作业人员的工作量，特别是在检修过程中，避免测量人员多次测量和检修人员重复调整；（3）可以节约静态测量和现场防护人员两名，提高人员利用率，降低人力资源成本；（4）实现了接触网主要参数的实时检测、播报，可以大幅提高设备检修效率和参数的精度，保证检修质量；（5）采用高精度雷达检测装置可以逐步取消地面静态测量作业，彻底消除了地面辅助作业人员的车辆伤害安全隐患，确保了人身安全；（6）实现了一键导出检测数据及检修记录，减轻了班组信息员的工作量。活动前单支柱检修时间（处理重点缺陷除外），设计目标时间7分钟，现在通过测试，单支柱检修时间只需要6分钟，原先90分钟天窗时间只能检修10根接触网支柱，现在可检修15根接触网支柱，提高单支柱检修效率67%，达到并超过了预期目标。下图为活动前和活动后工作时间的对比。确认效果确认效果实现的效果：接触网检修卡控一体化装置的应用，达到了降低成本（检修成本、天窗成本、人工成本），提高检修效率及天窗利用率的目的，解决当前及今后随着接管设备的增加、人员不足、检修效率低的问题，对电气化铁路供电系统修制修程的改革起到直接推动的作用。接触网检修卡控一体化装置领先提出通过大数据处理平台，在电气化接触网领域首次提出并实现检修、检测、监测一体化管理，实现参数即时检测→即时检修→即时复测→数据即时上传；这套装置的研制提升了电气化接触网专业的修、测、管、控水平；这套装置的应用必将在电气化铁路接触网设备检修历史上具有划时代及里程碑的意义。确认效果效果展示确认效果效果展示确认效果现场应用中发现的超预期效果通过平板监测设备及检修作业过程中，发现作业车司机可通过视频监控平板卡控作业人员上下升降梯，以及作业车框架是否就位、撤下等，保证作业平台上人员安全。确认效果经济效益：2016年度我段共修单支柱32000多根支柱，全年可节省工时：32000*10*0.4=128000分钟=2133时。按每小时35元计算可节省：2133*35=74655元。杜绝设备的漏检漏修和保证地面测量人员、作业平台上人员人身安全，每年减少1件设备故障、避免1起人身伤害可节省：30+80=110万元。社会效益：运用接触网检修卡控一体化装置，能高效保证电气化铁路接触网设备平稳运行，为铁路供电设备的安全运行提供了有力保障。同时也极大地提高了日常的检修效率，树立了良好的企业形象。标准化把接触网检修卡控一体化装置的设计资料、图纸整理归档，纳入供电段标准化技术资料进行管理。为了巩固成