2021年度四川省科技进步奖拟推荐项目公示

根据四川省科学技术厅《关于2021年度四川省科学技术奖提名工作的通知》,西南交通大学目前拟提名《高速列车走行部监测检测关键技术及应用》项目为2021年度四川省科学技术进步奖一等奖,现就项目基本情况公示如下:

一、项目名称

高速列车走行部监测检测关键技术及应用

二、提名单位意见

提名单位:西南交通大学

该课题以保障高速动车组走行部运行安全为核心,针对高速列车走行部检测及监测技术手段落后、现代评估诊断技术缺失、服役质量难以持续保证的难题,突破了高速列车走行部状态检测、诊断与评估等系列关键技术,建立了基于时间/空间互补的走行部多维度检测技术体系,研制了一系列智能检测成套设备,基于多维检测数据建立了关键部件寿命预测和状态维修体系,服务于动车组的修程修制优化工作,保障高速列车运行安全。

该项目采用产、学、研、用相结合的模式,历经十余年的联合攻关,解决了一系列关键技术难题,在走行部状态监测检测技术和安全性评估诊断方面取得了重大突破,输出了丰富的知识产权和创新成果。项目技术成熟,已实现批量化生产和规模化应用,并被国家铁路集团(原铁道部/铁路总公司)列为确保动车组安全的标准设备。成果已覆盖全路18个铁路局集团公司、7个动车段、50余个动车运用所,市场占有率90%以上,累计预警车轮缺陷7000多例,为高速列车持续安全运行做出了重要贡献,取得了显著的经济效益和社会效益。

提名该项目为四川省科技进步奖一等奖。

三、项目简介

走行部作为高速列车运行安全关键部件,在高速滚动和持续振动工况下必然出现参数退化,产生车轮、车轴、轴承等表面磨损和内部缺陷,严重将造成行车重大安全事故。本项目针对高速列车走行部检测及监测技术手段存在不足、现代评估诊断技术不完备、服役质量难以持续保证的难题,突破了高速列车走行部状态检测、诊断与评估等系列关键技术,建立了基于时间/空间互补的走行部多维度检测技术体系,研制了一系列智能检测成套设备,基于多维检测数据建立了关键部件安全评估与寿命预测体系,融入动车组修程修制优化工作,保障高速列车运行安全。

【创新点1】突破了走行部监测检测系列关键技术,解决了动态运行及库内静态条件下,动车组车轮、车轴、轴承的故障检测和监测系列业界难题。①提出了多激光束光截图像车轮廓形测量方法,空间标定和3D重构技术,首次实现入段线高速(12km/h)车轮廓形、踏面磨耗、缺陷动态自动检测;②提出基于钢轨嵌入式超声波阵列和相控阵超声车轮组合的综合探伤方法,通过高频次粗粒度探伤与定周期细粒度精细化探伤互补策略,解决轮对探伤效率和探伤灵敏度难兼顾的业界难题;③提出了组合式阵列超声波空心轴探伤技术,攻克了各型动车组不同曲率车轴的动态超声探伤兼容性和稳定性难题,全方位检测车轴各类缺陷;④在高铁领域,首次采用“声学智能跟踪技术”和“高速成像、机器学习与人工智能”等技术实现高速运行状态下的轴承故障诊断和走行部状态监测。

【创新点2】创新了基于检测数据时空融合、关联分析的轮对安全评估及诊断模型。①研究了轮对廓形数据时间重复性与单周空间取样偏差规律,提出了时空加权融合方法,成功高效率获取车轮全周形貌数据;②创新提出车轮粗粒度动态探伤和细粒度相控阵探伤数据空间融合方法,实现缺陷自动判伤和3D呈现;③攻关历史检测数据纵向关联分析和多维检测数据横向交叉分析技术,总结了车轮磨耗规律、疲劳缺陷分布及演变规律,提取故障特征并基于神经网络算法构建了轮对安全性评估诊断模型,预测剩余寿命,提升轮对故障诊断水平。

【创新点3】研制了走行部智能检测系列成套设备,并建立了走行部轮轴等关键部件的分级报警与评估决策机制,构建了高速列车走行部安全评估与寿命预测体系。①研发了轮对安全检测成套技术设备,研究了数据报警门限和建立“安全/跟踪/处理”分级报警标准,开展轮对日常动态、定期在线、定期分解三层自动检测和三级报警;②创新构建了以“多维检测-智能诊断-分级报警-科学维修”为核心的高速列车走行部安全评估与寿命预测体系,提升走行部检修效率及寿命,较传统模式提高检修能力2.5倍,减少定员1.5倍。

项目研制的成套设备成熟可靠,被铁路系统列为动车安全保障关键设备并在铁路管理部门的配置文件、标准规范、管理办法中体现,已全面应用于高铁领域,成果已覆盖全路18个铁路局集团公司、7个动车段、50余个动车运用所,市场占有率90%以上,累计预警车轮缺陷7000多例,累计实现销售收入超过20个亿,保障了全路高速动车组的持续安全运行,经济、社会效益显著。获授权发明专利30件,发表SCI/EI论文50余篇。

四、主要知识产权和标准规范等目录

1.发明专利:一种列车轮对探头阵列,ZL201410454067.2。

2.发明专利:一种车辆轮对触发系统,ZL201410790410.0。

3.发明专利:一种车轮探伤载体定位方法及处理器,ZL201410385557.1。

4.发明专利:一种激光测量最佳测量位置定位系统,ZL201310717890.3。

5.发明专利:一种车轮踏面缺陷检测方法和装置,ZL201511028287.X。

6.发明专利:一种列车轮对探伤装置,ZL201410454076.1。

7.发明专利:列车轮对在线探伤用超声波探头模组结构,ZL201510867557.X。

8.发明专利:用于列车轮对在线动态探伤检测装置的探头阵列,ZL201310554868.1。

9.发明专利:一种包含深度信息的动车组运行故障图像检测系统及检测方法,ZL201510937856.6。

10.铁道行业标准:机车车辆车轮动态检测系统,TB/T 3182-2007。

五、论文专著目录

1.期刊论文: Yu Zhang*; Jiawen Zhang;Lin Luo; Xiaorong Gao; Optimization of LMBP high-speed railway wheel sizeprediction algorithm based on improved adaptive differential evolutionalgorithm, International Journal of Distributed Sensor Networks, 2019.秋季, 15(10).

2.期刊论文:Yu Zhang; Jia-yuan Hu*;Jin-long Li; Jian-le Wu; Hai-qing Wang; The application of WTP in 3-Dreconstruction of train wheel surface and tread defect, Optik, 2017, 131:749-753.

3.期刊论文:张渝;彭建平;杨凯;彭朝勇;轮对外形轮廓检测中摄像机系统的标定算法,光电工程,Vol.36, No.7,07/2009。

4.期刊论文:Yu Zhang*; Rui Chen;Jiayuan Hu; Haiqing Wang; Zhengyin Ding; Comparative Study on Three-dimensionalReconstruction of Wheel Surface by FTP and WTP Methods, Iberian Journal ofInformation Systems and Technologies, 2016, 2016-E9: 181-193.

5.会议论文:Yu Zhang; Rui Chen; RelativeReliability-guided Phase Unwrapping Algorithm Based on Region Partition andApplication on Train Wheel Profilometry,FENDT 2016–Proceedings,06/2016.

六、主要完成人情况

1. 姓名:张渝

排名:1

行政职务:系主任

技术职称:教授

工作单位:西南交通大学

完成单位:西南交通大学

对本项目技术创造性贡献:(1)主持,负责整个项目的推进实施。(2)具体负责本课题总体技术调研、需求分析以及技术方案的总体布局。(3)牵头开展本课题技术研究、走行部检修体系总体方案研究,推动铁路行业规范的制定。(4)对第四部分“四、主要科技创新”中所列创新点一、二、三做出了实质性贡献。

2. 姓名:彭建平

排名:2

行政职务:无

技术职称:副教授

工作单位:西南交通大学

完成单位:西南交通大学

对本项目技术创造性贡献:(1)主研,负责项目具体实施。(2)负责走行部检修体系的总体布局研究、调研和技术研究和实施。(3)负责轮对轮辋轮辐全面探伤检测核心关键技术的研究,“相控阵与常规超声组合探伤技术”、“在线顶转轮技术及机器人技术”在铁路轮对检测中的技术研究,协助开展LU、LA设备的研制、制造和现场测试。(4)负责探伤流程及工艺标准的调研和研究。(5)对第四部分“四、主要科技创新”中所列创新点一、二、三做出了实质性贡献。


3. 姓名:杨凯

排名:3

行政职务:无

技术职称:副教授

工作单位:西南交通大学

完成单位:西南交通大学

对本项目技术创造性贡献:(1)主研,负责项目具体实施。(2)具体负责走行部日常动态检测技术研究,“光截图像测量技术”、“高精度位移传感技术”在铁路轮对检测中的技术研究,协助开展LY设备的研制、制造和现场测试。(3)协助开展走行部安全评估与寿命预测体系的总体布局研究、调研和实施。(4)对第四部分“四、主要科技创新”中所列创新点一、二、三做出了实质性贡献。


4. 姓名:李金龙

排名:4

行政职务:副院长

技术职称:副教授

工作单位:西南交通大学

完成单位:西南交通大学

对本项目技术创造性贡献:(1)主研,负责项目具体实施。(2)具体负责“定期落轮自动化探伤技术”、“相控阵与常规超声组合探伤技术”研究、负责开展组合超声技术性能验证及试验台搭建,协助开展LA设备的研制、制造和现场测试。(3)协助开展走行部检修体系的总体布局研究、调研和技术研究和实施。(4)对第四部分“四、主要科技创新”中所列创新点一、二、三做出了实质性贡献。

5. 姓名:高晓蓉

排名:5

行政职务:无

技术职称:教授

工作单位:西南交通大学

完成单位:西南交通大学

对本项目技术创造性贡献:(1)主研,负责项目具体实施。(2)负责走行部检测国际技术调研和交流,指导项目技术研究方向,参与铁路行业规范的制定。(3)负责“相控阵与常规超声组合探伤技术”具体实施算法的研究,指导走行部安全评估与寿命预测体系的总部布局研究、指导检测方案的总体布局。(4)对第四部分“四、主要科技创新”中所列创新点一、二、三做出了实质性贡献。

6. 姓名:赵波

排名:6

行政职务:副总经理

技术职称:工程师

工作单位:成都铁安科技有限责任公司

完成单位:成都铁安科技有限责任公司

对本项目技术创造性贡献:(1)主研,负责项目具体实施。(2)负责声学轴承检测技术、轮对动态检测技术、不落轮探伤技术研究,负责TADS设备、LY设备、LA设备的研制开发、现场应用测试和路局推广。(3)负责走行部安全评估与寿命预测体系在全路的推广应用。(4)协助走行部安全评估与寿命预测体系的总部布局研究、检测方案的总体布局。(5)对第四部分“四、主要科技创新”中所列创新点一、二、三做出了实质性贡献。

7. 姓名:冯德祥

排名:7

行政职务:副总经理

技术职称:正高级工程师

工作单位:中国铁路成都局集团有限公司

完成单位:中国铁路成都局集团有限公司

对本项目技术创造性贡献:(1)主研,负责项目具体实施。(2)负责动车组走行部检修需求、重难点问题的收集,协助走行部安全评估与寿命预测体系的建立。(3)总体负责本课题研制的智能诊断成套技术设备测试大纲制定、测试方案,现场应用测试及指导设备运用改进,对本课题设备运用效果做出评价。(4)对第四部分“四、主要科技创新”中所列创新点二、三做出了实质性贡献。

8. 姓名:张甬成

排名:8

行政职务:主任

技术职称:高级工程师

工作单位:中国铁路成都局集团有限公司车辆部

完成单位:中国铁路成都局集团有限公司

对本项目技术创造性贡献:(1)主研,负责项目具体实施。(2)具体负责本课题研制的智能诊断成套技术设备的现场应用测试实施,指导设备运用改进。(3)协助开展动车组走行部检修需求、重难点问题的收集,协助走行部安全评估与寿命预测体系的建立以及检修工艺的制定。(4)对第四部分“四、主要科技创新”中所列创新点三做出了实质性贡献。

9.姓名:黄雪峰

排名:9

行政职务:院长

技术职称:高级工程师

工作单位:北京新联铁集团股份有限公司

完成单位:北京新联铁集团股份有限公司

对本项目技术创造性贡献:(1)主研,负责项目具体实施。(2)负责“接触式超声波探伤技术”研究,开展LHZ设备的研制制造和现场测试。(3)对第四部分“四、主要科技创新”中所列创新点一做出了实质性贡献。

10.姓名:张亨

排名:10

行政职务:副总经理

技术职称:工程师

工作单位:北京康拓红外技术股份有限公司

完成单位:北京康拓红外技术股份有限公司

对本项目技术创造性贡献:(1)主研,负责项目具体实施。(2)负责 “高速成像、机器学习与人工智能”在动车组车底关键部件检测攻关研究,开展TEDS设备的研制制造和现场测试。(3)对第四部分“四、主要科技创新”中所列创新点一做出了实质性贡献。

七、主要完成单位情况

1. 西南交通大学,创新推广贡献:西南交通大学作为本课题的主持单位,制定了项目开展的总体方案,并组织实施,重点开展走行部安全评估与寿命预测体系总体技术方案及轮对检测专项技术研究。开展的研究工作包括:(1)走行部典型缺陷的发生机理及走行部保障体系的总体方案制定。(2)走行部日常动态故障综合诊断技术研究,开展“光截图像测量”、“超声波阵列探伤”、“相控阵超声波探伤”、“声学智能跟踪技术”在铁路走行部检测中的应用研究等。(3)超声波探伤CIVA仿真技术研究,利用CIVA仿真软件平台,开展了车轮缺陷超声探伤仿真与探伤灵敏度仿真分析。(4)走行部综合探伤技术体系研究,研究了高铁动车组检修工艺及运维模式,创建了涵盖高铁动车组高速正线、日常动态、定期在线和定期落轮检测多层轮对安全综合保障体系,形成了完善的系统解决方案。

2. 成都铁安科技有限责任公司,创新推广贡献:主要参加单位,重点开展以下工作:(1)调研动车走行部检修需求、重难点及检修存在的问题,制定系统研究方案。(2)轴承、轮对在线动态检测技术、轮对库内在线及落轮探伤技术研究攻关,开展 “声学智能跟踪技术”、“多激光图像测量技术”、“超声波阵列探伤”、“相控阵超声波探伤”在铁路轮对检测中的应用研究等。(3)负责项目具体研制,承担TADS设备、LY设备、LU设备和LA设备的具体研制开发,包括:方案设计、技术验证、平台搭建、样机测试、现场运用等。(4)负责TADS设备、LY设备、LU设备和LA设备的现场运用测试和全路应用推广。(5)负责走行部探伤流程与工艺标准的调研,将自动化设备融入动车组检修工艺。(6)参与相关设备铁路行业标准的编制工作。(7)负责相关设备的评审和鉴定工作。

3. 北京新联铁集团股份有限公司,创新推广贡献:主要参加单位,重点开展以下工作:(1)调研动车组车轴检修需求、重难点及检修存在的问题,制定系统研究方案。(2)开展“组合式阵列超声波空心轴探伤技术”在动车组车轴检测方面的攻关研究。(3)负责项目具体研制,承担LHZ设备的具体研制开发,包括:方案设计、技术验证、平台搭建、样机测试、现场运用等。(4)负责LHZ设备的现场运用测试和全路应用推广。(5)负责动车组车轴探伤流程与工艺标准的调研,将自动化设备融入动车组检修工艺。(6)负责相关设备的评审和鉴定工作。(7)协助动车组走行部安全评估与寿命预测体系的建设工作。

4.北京康拓红外技术股份有限公司,创新推广贡献:主要参加单位,重点开展以下工作:(1)调研动车组车底关键部件检修需求、重难点及检修存在的问题,制定系统研究方案。(2)开展“高速成像、机器学习与人工智能”在动车组车底关键部件检测攻关研究。(3)负责项目具体研制,承担TEDS设备的具体研制开发,包括:方案设计、技术验证、平台搭建、样机测试、现场运用等。(4)负责TEDS设备的现场运用测试和全路应用推广。(5)负责车底检修流程与工艺标准的调研,将自动化设备融入动车组检修工艺。(6)负责相关设备的成果鉴定以及统型认证工作。(7)协助动车组走行部安全评估与寿命预测体系的建设工作。

5. 中国铁路成都局集团有限公司,创新推广贡献:主要参加单位,重点开展以下工作:(1)收集动车组走行部检修质量标准、检修工艺需求、设备工艺布局需求、检修存在突出问题等。(2)为本课题提供实现测试条件,协助搭建平台,协调各方资源开展设备现场测试及功能验证。(3)负责走行部检测设备运用检修工艺指导。(4)结合设备测试及运用情况,为本课题设备运用及保障体系做出客观评价。(5)协助动车组走行部安全评估与寿命预测体系在全路的推广应用。