CN108197383A - 基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解的系统及方法。本发明的目的是使受训者最大限度的贴近实际操作，提高受训效果。本发明的技术方案是：一种基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解系统，其特征在于：具有数字模型模块、仿真动画模块和设备拆装仿真模块；所述数字模型模块，存储有炼油和化工行业中常见设备及工具的3D数字模型；所述仿真动画模块，存储有以所述数字模型模块中设备及工具的3D数字模型进行录制的、显示设备拆装顺序和拆装路径及拆装所用工具的仿真动画；所述设备拆装仿真模块，具有可供选择的学习模式和考核模式两种场景。本发明适用于计算机辅助设计及工业设计领域。

Description

基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解的系统及 方法

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解的系统及方法。适用于计算机辅助设计及工业设计领域。

背景技术

企业中很多设备因为种种原因不方便随时进行拆装，例如：生产中设备无法停下来供工人拆装学习、有些昂贵的精密设备拆装次数有限、有些核电站的设备具有放射性等等。但是，又要求维护检修工程师对设备的构造十分熟悉，以便在设备发生故障的时候第一时间进行拆解处理。目前多采用书本、图文、视频、flash等进行培训，然而现有的培训方式很难极其逼真的模拟培训的相应场景，对受训者的培训效果较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解的系统及方法，以使受训者最大限度的贴近实际操作，提高受训效果。

本发明所采用的技术方案是：一种基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解系统，其特征在于：具有数字模型模块、仿真动画模块和设备拆装仿真模块；

所述数字模型模块，存储有炼油和化工行业中常见设备及工具的3D数字模型；

所述仿真动画模块，存储有以所述数字模型模块中设备及工具的3D数字模型进行录制的、显示设备拆装顺序和拆装路径及拆装所用工具的仿真动画；

所述设备拆装仿真模块，具有可供选择的学习模式和考核模式两种场景；

其中学习模式包括拆装流程单元，以及用于展示所述数字模型模块中3D数字模型的设备展示单元；

所述考核模式包括拆装流程单元、用于对所述数字模型模块中3D数字模型进行自动拆装演示的设备自动拆装演示单元、用于由用户手动对所述数字模型模块中3D数字模型进行拆装的设备手动拆装操作单元、用于显示拆装步骤的步骤信息显示单元、用于跳过某一拆装步骤的步骤省略单元和用于选择拆装工具的工具选择单元；

所述拆装流程单元用于播放所述仿真动画模块中存储的仿真动画且播放界面可隐藏及显示。

还具有考核及评分模块，考核及评分模块用于获取设备手动拆装操作单元中设备的拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具，并与预设的标准拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具进行比对，进行加权评分，并根据比对结果给予操作提示和改进建议。

所述3D数字模型采用激光扫描技术进行建模。

所述常见设备包括阀门、精馏塔、压缩机、储罐、锅炉、换热器、间歇反应釜、真空泵、离心泵、加热炉、固定床反应器。

一种进行构建和分解的方法，其特征在于：

通过设备拆装仿真模块选择学习模式或考核模式；

如选择学习模式，则通过设备展示单元展示设备的3D数字模型，通过拆装流程单元播放相应设备拆装顺序和拆装路径的仿真动画；

如选择考核模式，则通过设备自动拆装演示单元对设备的3D数字模型进行自动拆装演示，通过设备手动拆装操作单元配合工具选择单元由交互手柄对设备的3D数字模型进行手动拆装，通过步骤信息显示单元显示拆装步骤，通过步骤省略单元跳过某一拆装步骤直接显示下一步的设备拆装状态；

待手动拆装完成后，考核及评分模块通过获取设备手动拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具，并于预设的标准拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具进行比对，进行加权评分，并根据比对结果给予操作提示和改进建议。

本发明的有益效果是：本发明基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解的系统利用全息数字仿真技术(包含虚拟现实技术、增强现实技术、全息技术、三维数字化技术等)先进技术，通过对关键设备结构和重要设备维修过程进行全息模拟，通过全息模拟实现设备教学和维修培训，使受训者最大限度的贴近实际操作，受训效果好。本发明中通过学习模式最大限度贴近实际的了解设备状况，通过考核模式动手进行设备拆装模拟。三维模拟维修过程可以将拆装顺序和拆装路径以仿真动画的形式输出，用于指导拆装现场的拆装，通过实时显示拆装的顺序与路径，以及各拆装阶段所用到的工装夹具，使拆装工人更加明确拆装的任务和过程，从而减少错装，提高拆装的速度和一次成功率。

具体实施方式

本实施例为一种基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解系统，该系统是建立关键重要设备全息数字仿真系统，为保证现场设备、构筑物、空间等环境与三维模型的准确度，采用激光扫描技术进行建模。通过三维建模实现该设备的全三维结构仿真、维修工艺仿真，维修环境仿真及与系统设备接口仿真等集成应用，从而加强人员离线培训，缩短维护周期，减低维修过程中的风险，减少成本。

本实施例具有数字模型模块、仿真动画模块和设备拆装仿真模块和考核及评分模块。

本例中数字模型模块中存储有炼油和化工行业中常见设备及设备拆装所用工具的3D数字模型，常见设备包括各种阀门、精馏塔、压缩机、储罐、锅炉、换热器、间歇反应釜、真空泵、离心泵、加热炉、固定床反应器等。仿真动画模块存储有以所述数字模型模块中设备及工具的3D数字模型进行录制的用于显示设备拆装顺序和拆装路径及拆装所用工具的仿真动画。

本实施例中设备拆装仿真模块具有学习模式和考核模式两种场景可供选择。其中学习模式包括拆装流程单元，以及用于展示数字模型模块中3D数字模型的设备展示单元。考核模式包括拆装流程单元、设备自动拆装演示单元、设备手动拆装操作单元、步骤信息显示单元、步骤省略单元和工具选择单元。设备自动拆装演示单元用于对所述数字模型模块中3D数字模型进行自动拆装演示；设备手动拆装操作单元用于由用户手动对数字模型模块中3D数字模型进行拆装的；步骤信息显示单元用于显示拆装步骤信息；步骤省略单元用于跳过某一拆装步骤，自动拆装该步骤直至下一步骤；工具选择单元用于选择各拆装阶段所用的拆装工具。学习模式和考核模式中国的拆装流程单元用于播放所述仿真动画模块中存储的仿真动画，且播放界面可根据需求隐藏及显示。

本实施例中考核及评分模块用于获取设备手动拆装操作单元中设备的拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具，并与预设的标准拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具进行比对，进行加权评分，并根据比对结果给予操作提示和改进建议。

本实施例的构建和分解的方法如下：

通过设备拆装仿真模块选择学习模式或考核模式，学习模式包括：显示/隐藏拆装流程、零件展示、剖面展示、(半)透明展示、设备信息查询及展示；考核模式包括：显示/隐藏拆装流程、自动拆装、手动拆装、显示步骤信息、省略当前步骤、工具选择。

如选择学习模式，则通过设备展示单元展示设备的3D数字模型，通过拆装流程单元播放相应设备拆装顺序和拆装路径的仿真动画。

如选择考核模式，则通过设备自动拆装演示单元对设备的3D数字模型进行自动拆装演示，通过设备手动拆装操作单元配合工具选择单元由交互手柄对设备的3D数字模型进行手动拆装，通过步骤信息显示单元显示拆装步骤，通过步骤省略单元跳过某一拆装步骤直接显示下一步的设备拆装状态，通过拆装流程单元播放相应设备拆装顺序和拆装路径的仿真动画。

待手动拆装完成后，考核及评分模块通过获取设备手动拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具，并与预设的标准拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具进行比对，进行加权评分，并根据比对结果给予操作提示和改进建议。

Claims (5)

1.一种基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解系统，其特征在于：具有数字模型模块、仿真动画模块和设备拆装仿真模块；

所述数字模型模块，存储有炼油和化工行业中常见设备及工具的3D数字模型；

所述仿真动画模块，存储有以所述数字模型模块中设备及工具的3D数字模型进行录制的、显示设备拆装顺序和拆装路径及拆装所用工具的仿真动画；

所述设备拆装仿真模块，具有可供选择的学习模式和考核模式两种场景；

其中学习模式包括拆装流程单元，以及用于展示所述数字模型模块中3D数字模型的设备展示单元；

所述考核模式包括拆装流程单元、用于对所述数字模型模块中3D数字模型进行自动拆装演示的设备自动拆装演示单元、用于由用户手动对所述数字模型模块中3D数字模型进行拆装的设备手动拆装操作单元、用于显示拆装步骤的步骤信息显示单元、用于跳过某一拆装步骤的步骤省略单元和用于选择拆装工具的工具选择单元；

所述拆装流程单元用于播放所述仿真动画模块中存储的仿真动画且播放界面可隐藏及显示。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解系统，其特征在于：还具有考核及评分模块，考核及评分模块用于获取设备手动拆装操作单元中设备的拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具，并与预设的标准拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具进行比对，进行加权评分，并根据比对结果给予操作提示和改进建议。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解系统，其特征在于：所述3D数字模型采用激光扫描技术进行建模。

4.根据权利要求1或3所述的基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解系统，其特征在于：所述常见设备包括阀门、精馏塔、压缩机、储罐、锅炉、换热器、间歇反应釜、真空泵、离心泵、加热炉、固定床反应器。

5.一种应用权利要求1～4任意一项所述基于虚拟增强现实的炼油和化工设备的构建和分解的进行构建和分解的方法，其特征在于：

通过设备拆装仿真模块选择学习模式或考核模式；

如选择学习模式，则通过设备展示单元展示设备的3D数字模型，通过拆装流程单元播放相应设备拆装顺序和拆装路径的仿真动画；

如选择考核模式，则通过设备自动拆装演示单元对设备的3D数字模型进行自动拆装演示，通过设备手动拆装操作单元配合工具选择单元由交互手柄对设备的3D数字模型进行手动拆装，通过步骤信息显示单元显示拆装步骤，通过步骤省略单元跳过某一拆装步骤直接显示下一步的设备拆装状态；

待手动拆装完成后，考核及评分模块通过获取设备手动拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具，并与预设的标准拆装顺序和拆装路径及各拆装阶段所用工具进行比对，进行加权评分，并根据比对结果给予操作提示和改进建议。