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高铁稳定驰骋，智诊预警是转向架之核心保障
国际铁路联盟高速铁路部总监巴伦曾言：“铁路发展正进入一个大时代，中国正成为全球的领跑者，世界铁路的未来在中国。”
事实也是如此。随着我国高速列车迅猛发展，高铁、动车已经成为人们出行的首选交通方式之一。因此，确保高速列车的安全运行，对其运行状态进行检测及进行故障预警，就成为了一项重要的课题。
高速列车高维感知与数字孪生虚拟仿真实验应运而生，为高速列车安全检测与故障预警提供了完善的解决方案。
一、实验原理
高速列车高维感知与数字孪生虚拟仿真实验面向新工科工程引导式教学和高速列车高维感知、诊断与预警智能化监测工程应用需求，通过采用计算机3D建模、实景化呈现技术和数字孪生技术模拟高速列车及其运行环境，设计高速列车转向架超声感知与主动损伤识别、轴箱轴承振动感知与故障诊断、轴承振动感知与状态预警三个阶段实验模块以及实验原理和知识点学习模块，构建“三层三维”教学体系，形成高速列车高维感知与数字孪生虚拟仿真实验教学项目，培养培养学生系统思维、工程素养和科学探索精神。
二、实验目的
1、知识巩固
▲ 理解振动、超声导波传感技术，深度学习故障诊断与预测技术的特点和适用范围；
▲ 掌握高速列车关键结构状态监测与故障诊断系统设计方法（包括监测系统设计、诊断与预测模型构建等）；
▲ 分析和判断复杂服役环境对高速列车关键结构状态的影响。
2、能力培养
▲ 掌握高维感知与数字孪生系统参数设置与调整方法；
▲ 具备分析、判断多维感知与数字孪生系统实验结果的能力；
▲ 学习应用传感器技术，深度学习理论并掌握解决轨道交通领域复杂工程问题能力。
3、素养提升
▲ 深入了解我国引领性的科技成就——高速列车及其状态监测与预警系统核心要素，初步树立现代轨道交通监测领域工程系统观念；
▲ 通过探索复杂运载环境下的自动化问题，培养学生勇于超越的进取意识和科学探索精神；采用案例式教学方法将思政课程融入专业实验教学，培养学生系统思维、工程素养和科学探索精神，增强学术自信。
三、实验内容
1、实验原理及知识点学习
实验开始前，学生可在虚拟仿真实验导航界面选择实验原理及知识点学习选项：温习课程理论知识、查阅文献资料、观看引导视频、完成实验原理及知识点学习等，理解并掌握超声导波检测原理、振动检测原理、超声压电片、五峰波激励信号产生、概率成像原理、卷积神经网络、归一化、通道注意力、健康指数等知识点，了解实验系统基本操作和实验步骤，并完成实验预习测试。
2、转向架超声感知与主动损伤识别
高速列车转向架是高速列车牵引系统中连接车体和轨道的关键结构件，其可靠性是影响高速列车行车安全性和载客舒适性的关键因素。
本阶段将引导学生综合应用所学理论知识和实验方法，在复杂服役环境约束下完成高速列车转向架超声感知与主动损伤识别测试，探究装备在线监测与主动安全技术。
3、轴箱轴承振动感知与故障诊断
轴箱轴承是高速列车上牵引力传递的关键旋转部件，其运行稳定性与可靠性直接影响整个列车系统动力学性能，进而影响列车安全性。
本阶段将引导学生综合应用所学理论知识和实验方法，在复杂服役环境约束下完成高速列车轴箱轴承振动感知与故障诊断测试，探究装备在线监测与被动安全技术。
4、轴箱轴承振动感知与状态预警
通过前面的学习，学生完成了轴箱轴承故障状态诊断的测试，掌握了装备故障诊断方法，对高端装备状态监测与故障诊断有了较为深入的理解。
下面主要针对轴箱轴承状态预警方法，通过构建其健康指数，设计预警准则，实现轴箱轴承状态预警，探究装备状态预警技术。
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