一、问题描述

交通载运装备的综合实验与系统试验验证，是载运装备从技术研究、产品开发、生产制造到实际运用的重要环节，是技术研发成果实现应用的前提。近年来，我国轨道交通运载装备技术体系已基本形成，产品开发达到世界先进水平。但是，对试验研究、测试方法和测试设备的开发重视不够，检测评估的标准研究与国外先进水平仍存在差距。此外，我国新研制载运装备的综合实验与系统试验验证以及主要性能指标的考核，对既有运营线路的依存度高，验证周期较长，且容易受到现有资源和试验条件的严重制约，数据来源单一，数据种类和数量不足；而对于新开发的系统技术、单元技术，又缺乏先进的实验研究方法和实验设备，试验数据支撑不够，研究成果的产品转化周期长、效率低。

二、解决方案

1.轨道交通装备数字化试验验证一方面提供轨道交通载运装备及其试验验证环境全系统数字仿真模型，利用模型参数与仿真数据支撑数字模型开发、基础算法研究以及工业软件研发；另一方面可快速部署数字模型至硬件系统，配合物理设备快速开展数字模型测试验证，覆盖模型功能性、实时性和准确性测试。同时该平台作为高性能仿真运算平台，通过实时操作系统和多种运算、接口、高速通信等板卡的自由组合改造，可保证满足各子系统数字模型在运算、存储、处理等方面的强实时性要求，以满足接入实物、半实物或模拟装置的需求。

2.研究轨道交通各系统功能、性能特征以及耦合作用的能量传递路径，形成载运装备综合验证平台架构与空间布局；攻克多物理域复杂大系统跨尺度匹配与交互机制，大规模分布式异构数字化系统高速协同运行技术；攻克各物理子系统数字化精确映射、建模与互操作技术，构建牵引供电、列车运行控制、工务工程、载运装备等数字化系统；搭建支撑数字化系统高速协同运行的软硬件平台，建成载运装备运行试验要求的试验线路和基础条件；构建满足载运装备运行、安全、舒适等性能试验验证的数字系统与物理系统一体化试验/实验环境。

三、应用成效

以轨道交通载运装备综合实验与系统试验验证需求为导向，建立国际领先的信息物理融合的轨道交通装备综合验证平台，以物理实验和数字实验相结合的验证方式，可前置整车及系统性能评估、设计优化等研发环节，丰富试验/实验数据类型和数据数量，应对未来产品研制过程中对试验能力的需求和挑战，提升产品研发效能；在装备物理样机制造之前能够利用数字系统在数字空间开展整车及关键系统性能验证，缩短产品研发周期，提高产品研发质量，降低产品研发成本；同时，可丰富轨道交通载运装备关键部件及整车性能试验/实验测试手段，降低试验风险与测试费用，具有良好的经济效益；将促进轨道交通装备的数字化转型和技术升级，实现轨道交通系统变革性创新，支撑“交通强国”战略落地实施。

四、创新点

1.信息物理融合的轨道交通载运装备数字化试验验证技术。基于物理空间载运装备实时试验数据与离线录波数据，结合信息物理融合技术，研究综合验证平台系统架构，规划设计数字空间与物理空间，构建满足轨道交通装备综合实验与系统试验验证的数字系统与物理系统一体化试验/实验环境，完成数字空间的模型校准优化，依托数字空间可重构、可扩展、可伸缩、可灵活配置等特点，实现对物理试验资源的映射与延伸，仿真数据反馈指导载运装备设计优化，实现“物理-数据-模型”的深度融合与一体化运行，是一种基于数字化技术的、数物融合的轨道交通载运装备全新试验/实验理念和手段。

2.基于数据驱动的数字系统运行加速技术研究。利用台架试验数据、线路试验数据、静态数据等试验数据资源，梳理计算成本高、时效性低的关键部件、装置、系统模型，基于机器学习、映射与统计分析等数据分析方法，研究关键复杂系统模型降阶技术，建立强实时高精度数据模型，实现机理模型与代理模型的精准映射与运行加速，基于信息物理融合的载运装备综合验证平台开展载运装备综合实验与系统试验验证，指导优化整车及系统性能评估、设计等研发环节，缩短产品研发周期，提高产品研发质量。

五、参与单位情况介绍

国家高速列车技术创新中心是科技部、国资委于2016年9月5日联合批复，中国中车与青岛市政府共同建设的我国第一个国家技术创新中心，肩负着科技体制改革先行先试的重要使命。

国创中心以构建汇聚全球高速列车技术创新资源以及创新链、产业链和资金链等创新要素协同联动的创新生态为核心，以提升我国轨道交通装备行业整体创新能力和完善创新功能为目标，建成“三平台、两中心、一网络、一基地”。国创中心定位于轨道交通装备产业行业发展核心关键技术问题解决，建设共创、协同、转移、辐射、共享的创新生态，致力于深化行业关键共性技术研究，推进重大成果转化，拓展制造服务能力，推动行业高质量发展。