CN111695705A - 一种电厂凝汽器检修系统构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电厂凝汽器检修系统构建方法，涉及虚拟仿真技术领域。包括：以火电厂凝汽器为原型，建立凝汽器1:1的三维模型,对检修操作环境进行了三维直观展示；设计火电厂凝汽器机组虚拟维修系统；所述系统导入到Unity3D中对模型的材质贴图进行渲染，同步设计UI界面；设计UGUI人机交互界面；设计语音讲解、暂停播放功能；设计场景灯光和相机渐变控制功能；根据用户在虚拟场景中与虚拟维修系统的交互情况，对设备维修性进行检查。明确了检修对象，更加专业的为电厂创造条件，节约成本，也能具有较好的沉浸性。为火电厂的虚拟检修开辟了新路径。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟仿真技术领域，尤其涉及一种电厂凝汽器检修系统构建方法。
背景技术
从20世纪80年代起，在信息化浪潮的带动下，虚拟现实的应用开始出现在维修领域。西方发达国家在该领域做了大量深入的研究，并将其应用在了如核能设备、高端武器设备、航空航天设备等大型设备的维修训练中。近年来，在我国相关部门的重视以及市场的积极引导下，虚拟现实技术在维修领域得到了较快发展。鉴于虚拟维修训练系统具有优良的使用价值及经济效益,开展基于虚拟现实技术的火电厂运维人员培训的电厂凝汽器虚拟检修系统的研究,对于设备维修人员的技能培训和提高都将具有重要的意义。
中国专利“CN201810045731.6一种面向产品维修性验证的沉浸式虚拟维修仿真方法及系统”，该方法通过分析产品实际维修任务及过程，对沉浸式虚拟维修仿真进行设计，将传统数字样机进行模型转换及一系列处理，导入到虚拟维修场景中，并完成整个虚拟维修场景的构建工作，为场景中的物体施加符合实际的动力学和物理学约束，对虚拟场景进行多通道渲染，配置交互功能，采集用户在场景中的动作数据，完成产品的维修性验证。该系统是一种沉浸式虚拟维修仿真的方法及系统，详细的介绍了实现过程和所有模块，构成虚拟维修系统。但是存在产品维修范围广大，初期投资成本高昂及运行维护规模大等缺陷。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
为了克服上述技术问题，本发明提供了一种电厂凝汽器检修系统构建方法。明确了检修对象，更加专业的为电厂创造条件，节约成本，也能具有较好的沉浸性。为火电厂的虚拟检修开辟了新路径。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种电厂凝汽器检修系统构建方法，包括：以火电厂凝汽器为原型，建立凝汽器1:1的三维模型,对检修操作环境进行了三维直观展示；设计火电厂凝汽器机组虚拟维修系统；所述系统导入到Unity3D中对模型的材质贴图进行渲染，同步设计UI界面；设计UGUI人机交互界面；设计语音讲解、暂停播放功能；设计场景灯光和相机渐变控制功能；根据用户在虚拟场景中与虚拟维修系统的交互情况，对设备维修性进行检查。
进一步地改进是，所述系统包括设备本体结构介绍模块、故障介绍及维修操作演示模块、交互式检修训练模块、3D场景漫游模块、智能考核评分模块。
进一步地改进是，所述UI界面登录界面、主界面、所述系统各模块对应界面。
进一步地改进是，所述UI界面还包括维修场景，所述维修场景包括修复换热器、表面处理、修复损坏的子口以及进行管板保护。
进一步地改进是，所述设备本体结构介绍模块，用于介绍电厂凝汽器本体结构，以使检修人员了解凝汽器各结构组成。
进一步地改进是，所述故障介绍及维修操作演示模块，用于模拟和介绍凝汽器的故障，以使检修人员查询故障并进行维修。
进一步地改进是，所述交互式检修训练模块，用于输出虚拟场景，以使检修人员进行交互式训练。
进一步地改进是，所述3D场景漫游模块，用于检修人员对维修场景的环境适应。
进一步地改进是，智能考核评分模块，用于对检修人员的技术水平进行检测或者纠错，可以大大减少因失误所导致的维修事故。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明可以在高效率下为火电厂运维人员对电厂凝汽器虚拟检修的培训，明确了检修对象，更加专业的为电厂创造条件，节约成本，也能具有较好的沉浸性。为火电厂的虚拟检修开辟了新路径。
(2)本发明基于Unity3D、3DMax、C#编程对火电厂凝汽器进行了虚拟维修仿真的研究。在系统的设计当中运用了三维建模、模型优化、模型及工具场景加载、模型动画、人机交互和运动技术。通过本系统可以对凝汽器的结构、维修过程有更加清晰的了解。使虚拟现实技术走进火电厂。
(3)本发明是虚拟现实技术与火力发电厂设备的一种有机结合，对凝汽器在维修领域应用虚拟现实技术的尝试，弥补了传统实训教程的缺陷，为开发出火电厂其他设备虚拟维修系统积累经验，促进行业发展。同时本发明也避免了沉浸式虚拟维修系统占用空间大、初期投资以及运行维护成本高昂、用户易患晕动病的弊病。
(4)本发明让运维人员先在虚拟环境中了解工作现场概况，大大减少了运维人员因为经验不足，疏忽安全规范而导致的工作现场触电、坠落、以及机械损伤等安全事故。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种电厂凝汽器检修系统构建方法的流程图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
一种电厂凝汽器检修系统构建方法，如图1所示，包括：以火电厂凝汽器为原型，建立凝汽器1:1的三维模型,对检修操作环境进行了三维直观展示；设计火电厂凝汽器机组虚拟维修系统；所述系统导入到Unity3D中对模型的材质贴图进行渲染，同步设计UI界面；设计UGUI人机交互界面；设计语音讲解、暂停播放功能；设计场景灯光和相机渐变控制功能；根据用户在虚拟场景中与虚拟维修系统的交互情况，对设备维修性进行检查。
所述系统包括设备本体结构介绍模块、故障介绍及维修操作演示模块、交互式检修训练模块、3D场景漫游模块、智能考核评分模块；所述UI界面登录界面、主界面、所述系统各模块对应界面；所述UI界面还包括维修场景，所述维修场景包括修复换热器、表面处理、修复损坏的子口以及进行管板保护；所述设备本体结构介绍模块，用于介绍电厂凝汽器本体结构，以使检修人员了解凝汽器各结构组成；所述故障介绍及维修操作演示模块，用于模拟和介绍凝汽器的故障，以使检修人员查询故障并进行维修；所述交互式检修训练模块，用于输出虚拟场景，以使检修人员进行交互式训练；所述3D场景漫游模块，用于检修人员对维修场景的环境适应；智能考核评分模块，用于对检修人员的技术水平进行检测或者纠错，可以大大减少因失误所导致的维修事故。
实施例2
根据火电厂检修的需求及虚拟现实技术的发展，本实施例以某地电厂的凝汽器机组为研究对象，提出了一种面向火电厂运维人员培训的虚拟检修仿真系统。该系统基于3DSMAX建立凝汽器机组模型，导入到Unity3D中实现模拟动画制作，并通过HTC手柄实现人机交互。这种系统不仅弥补了传统实训课程的不足，为火电厂检修培训带来了较好的实训课效果，还节约了火电厂的资金成本以及避免了各类突发状况。
本实施例提出的虚拟检修系统的仿真方法包括下列步骤：
步骤一：根据株洲攸能电厂给出的图纸，以该火电厂凝汽器为原型，建立凝汽器1:1的三维模型,对检修操作环境进行了三维直观展示。
步骤二：设计火电厂凝汽器机组虚拟维修系统的功能模块及框架。
本虚拟检修系统主要是面向火电厂的检修人员以及该专业相关本科生。固该系统设计了五大模块：设备本体结构介绍、故障介绍及维修操作演示、交互式检修训练、3D场景漫游、智能考核评分，以满足火电厂对运维人员的要求。其中交互式检修训练、智能考核评分是系统的核心模块。
设备本体结构介绍：对电厂凝汽器本体结构进行了介绍，可作为检修人员对凝汽器各结构组成有初步的了解。结合动画及音频讲解，生动形象。
故障介绍及维修操作演示：第二个模块介绍了凝汽器主要及常见故障，并结合专业检修人员经验，进行代码编写实现故障模拟功能，同样可以通过编写脚本代码实现向虚拟场景发出指令，将第三人称视角在虚拟场景里对凝汽器进行相对应的故障维修。建立数据库再将所有的故障汇总成，便于学员查询故障并进行维修，省时高效。
交互式检修训练：在维修操作模块中可以实现应有的功能，对这些指令做出相应的反应。首先在数据库做出必要的更新，然后进行虚拟显示的反馈，将新的图像显示出来，同时将虚拟场景输出给用户。用户可以通过桌面式(鼠标和键盘)进行交互训练；或是HTC手柄进行交互训练；真实易懂。
3D场景漫游：该模块实现了检修人员或学员对维修场景的环境适应，能使其更快的进入学习状态。
智能考核评分：这一模块可以对检修人员及学员的技术水平进行检测或者纠错，可以大大减少因操作人员失误所导致的维修事故，保护了电厂运维人员的安全，也减少了凝汽器机组的磨损。该模块的实现具有很好的现实意义。
步骤三：根据第一步设计规划的系统模块与框架，以合适的文件类型导入到Unity3D中对模型的材质贴图进行渲染。调整好模型的比例后，同步设计UI界面，模型动画及其他系统功能。
(1)UI界面的设计遵循简洁易懂的原则，设计了登录界面、主界面以及五大模块的界面，虚拟维修的四大维修场景的子界面。四大维修场景包括修复换热器、表面处理、修复损坏的子口以及进行管板保护。
(2)碰撞器检测类型可以被分为原型碰检测模式和网格型检测模式两类。其中原型碰撞检测模式分为盒型碰撞器、球型碰撞器、胶囊体碰撞器等。原型碰撞模式的特点是碰撞器的形状简单，占用计算机内存小，不能完全贴合零件表面；网格型碰撞检测模式的特点是形状复杂且可以高精度的贴合在零件的表面，但是它占用内存比原型碰撞器大得多。所以在Unity3D引擎中开发者需要依据零件的形状种类选取合适的碰撞器避免增加计算机的负担使系统过于冗杂。本系统为使虚拟拆装仿真系统具有高度的真实感，使用胶囊型碰撞器和盒型碰撞器对零件之间的位置关系状态进行检测，阻止物体发生相互穿插的现象。
(3)Unity脚本语言开发技术：如果把虚拟拆装仿真系统比作为一个人的话，那么脚本就是虚拟拆装仿真系统的血液。脚本是虚拟仿真系统不可或缺的一部分，它能实现各个组件的数据交互并监控系统的运行状态。在Unity3D中，脚本用来定义用户在系统中的行为，系统中设备零件或者组件的行为是由附加在其上的脚本来控制的。脚本本质上也是一种组件。
步骤四：UGUI人机交互界面的设计：UGUI指的是图形与用户界面，在该系统中占据了重要的地位。用户在启动系统时最先看到的就是UI界面。在每一个分界面看到的也是UI界面。系统设计的UI界面较简单易懂，便于用户学习操作，主要包括四大模块的按钮以及开始、暂停等的按钮。其中，主界面的UI按钮设。UGUI的按钮事件需要通过代码来调用和控制。
步骤五：语音讲解、暂停播放功能设计
在每一步维修动画播放时，会有语音同步讲解配合文字说明每一步的具体操作内容。在拆卸动画播放的同时，需要对动画进行暂停操作以保证有足够的时间理解凝汽器拆卸与安装每一步的操作方法，从而提升运维人员对工作原理的学习效果。
步骤六：场景灯光和相机渐变控制功能的设计
整个维修仿真场景是在一个厂房之中，所以添加两个点光源使场景明亮；在设备介绍模块中需要对主相机进行渐变来控制整个场景围绕凝汽器旋转和位置渐变，使得场景更加自然。我们给主相机添加了一个围绕凝汽器缓慢旋转的动画，使之在主场景进入的时候自动播放。
步骤七：根据用户在虚拟场景中与虚拟维修系统的交互情况，对设备维修性进行检查。
系统初步完成后需要对软件各个性能进行测试，将各类程序bug排除。再根据用户对系统的使用情况对系统进行完善和修复。
Claims (9)
1.一种电厂凝汽器检修系统构建方法，其特征在于，包括：
以火电厂凝汽器为原型，建立凝汽器1:1的三维模型,对检修操作环境进行了三维直观展示；
设计火电厂凝汽器机组虚拟维修系统；
所述系统导入到Unity3D中对模型的材质贴图进行渲染，同步设计UI界面；
设计UGUI人机交互界面；
设计语音讲解、暂停播放功能；
设计场景灯光和相机渐变控制功能；
根据用户在虚拟场景中与虚拟维修系统的交互情况，对设备维修性进行检查。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统包括设备本体结构介绍模块、故障介绍及维修操作演示模块、交互式检修训练模块、3D场景漫游模块、智能考核评分模块。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UI界面登录界面、主界面、所述系统各模块对应界面。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述UI界面还包括维修场景，所述维修场景包括修复换热器、表面处理、修复损坏的子口以及进行管板保护。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设备本体结构介绍模块，用于介绍电厂凝汽器本体结构，以使检修人员了解凝汽器各结构组成。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障介绍及维修操作演示模块，用于模拟和介绍凝汽器的故障，以使检修人员查询故障并进行维修。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交互式检修训练模块，用于输出虚拟场景，以使检修人员进行交互式训练。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述3D场景漫游模块，用于检修人员对维修场景的环境适应。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，智能考核评分模块，用于对检修人员的技术水平进行检测或者纠错，可以大大减少因失误所导致的维修事故。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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