为高铁“保健”，看“手术机器人”大显身手

本文转自：新华日报

□ 本报记者 叶真 实习生 王邹红

高铁在夜间停止运营后，需要进行全方位的“体检”。当运行到不同的公里数时，高铁列车需要进行不同类型的检修。

由于高铁维修的工作时间长、工作强度大，技术队伍“老龄化”和人力成本成为高铁检修的痛点。如今，越来越多的铁路局机务段正引进数字技术，为高铁配上“手术机器人”。在上海铁路局动车段，一些劳动力高聚集性的检修工序正在展开自动化、智能化技术改革，引进由盐城工学院与合作公司自主研发的“手术机器人”。

“手术机器人”如何工作，解决了哪些问题，如何提高生产效率？近日，记者前往盐城工学院探访“高铁动车检修后市场智能化改造服务与应用”技术团队，专访该院数字孪生与智能制造研究所教授卢倩。

1号“手术机器人”：

远程监控与故障智能诊断系统

提升效率：330%

每天晚上，高铁会沿着轨道进入检修车间。在这里，轨道两侧竖立着三层高铁检修平台，相当于施工脚手架。检修人员可以顺着阶梯分别前往三层平台。第一层的高度大概到高铁车厢的窗户，第二层到车顶，第三层更高，离地大概20米，方便检修车顶受电弓。

由于脚手架的位置离车厢很近，在高铁列车开进来时，需要让这些“脚手架”的翻板垂直，防止碰触到车体。等车辆停稳后，再把翻板归位到水平位置，技术人员可以站上去检修。一般情况下，动车所需检修平台长达432米，共有196块翻板。在以往，技术人员会按动按钮控制这些翻板，但是时间长了难免出现设备老化，无法确保每一次都能够百分之百翻转成功。然而，当翻板没有全部翻下来，设备会采取保护机制，工人无法立刻开始维修，这就需要技术人员从车头走到车尾，寻找到哪一块翻板出现了问题，排除故障后才可以工作，费时又费力。

为了及时查看这些翻板的状态，“高铁动车检修后市场智能化改造服务与应用”技术团队为它们装上了“眼睛”与“大脑”。“首先，我们在每一个翻板上都安装了非侵入式的数据采集系统，通过数据模型分析出故障报警原因，看看是零件损坏或是线路短路等问题。而一旦出现哪一块翻板翻转不成功的情况，可以迅速定位，实现故障监测和故障诊断。”卢倩介绍。

目前，三层检修平台智能化系统已成功应用于上海动车段、南京动车段，原本需要3—4个工人完成平台的巡视和检修，现在已不需要人工巡视，年均节约人力成本80万元，检修效率提高330%。“目前，团队正根据新的需求对这套系统进行机器视觉自动对接和算法优化。”卢倩说。

2号“手术机器人”：

物联网智能探伤机

提升效率：400%

高铁动车每天日晒雨淋，难免会产生裂纹，影响行车安全。但是，这些裂纹在初期并不明显，特别是在货运车辆连接两节车厢的轮轴处，尤其需要注意。防患于未然，我国铁路规定，轮轴轮对上的裂纹不能超过1.5毫米。多年来，寻找车辆是否存在裂纹十分重要，这项工作被叫作“探伤”。

以前，“探伤”需要工作人员喷涂磁粉后拿荧光灯照射，再拿着放大镜寻找。如此一来，不仅会损伤工作人员的视力，也会因为长期接触磁粉和荧光影响他们的身体健康。一般情况下，一个轮轴轮对探伤大概是30分钟，也就是一个小时只能看2—3条，8个小时也就只能查看20条轮轴轮对。

在这样的情况下，利用视觉技术代替人眼做“探伤”，十分紧迫。2021年，“高铁动车检修后市场智能化改造服务与应用”技术团队设计了初代产品——将轮轴轮对放置在检修平台上，用高清分辨率摄像头代替人眼反复查看，一分钟即可检测一个轮轴轮对，将效率提高30倍。

2023年，团队对产品进行了升级，直接在检修平台上安装12个特殊的高清摄像头拍照，只要10秒就完成一条轮轴轮对的检查。

“拍照只是第一步，之后需要利用人工智能对可能存在的裂纹进行识别。”卢倩告诉记者，当前，物联网智能探伤机已经取代了过去工人的工作，团队自主研发的智能电流跟踪算法也将探伤磁化时间缩短了80%，实现了毫秒级电流追踪，年均人力成本节约160万元。

3号“手术机器人”：

高铁转向架拆装数字孪生系统

提升效率：300%

高铁列车运行约120万公里后，就需要进行三级维修。这时，需要将高铁的车厢与下面的部分分离，即转向架的拆装。如何将这个重达3吨的“大家伙”从高铁上卸下来？

卢倩介绍，以往，转向架的拆除与小汽车装卸轮胎有些类似，需要使用液压系统慢慢顶起高铁车厢，让车轮露出，之后，工作人员钻到高铁下面进行卸螺丝等工作，再借助人力与吊装器具，将整个转向架平移出来进行检修。这一拆一装，需要6人次的技术人员工作4小时。

现在，依靠物联网和人工智能、安装机械臂等工作，全新的数字孪生系统已经应用于转向架拆装。

“现在的工作流程是，只需要1名技术工人点击pad屏幕后，就可以实现完全自动的顶起车厢、卸下螺丝等全过程。在pad的屏幕上，工作人员可以清晰地看到动画模拟的现场装卸全过程。由此一来，拆装时间减少至半个小时，拆装效率提高300%，年均人力成本节约100万元。”卢倩告诉记者。

高铁检修后市场是高铁产业链中至关重要的一环，随着高铁网络的不断扩展和技术的不断创新，高铁检修后市场的规模和需求将持续增长，为高铁产业的长期发展提供有力支撑。