CN114333485A - 一种基于物联网的设备在线模拟调试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，涉及模拟训练技术领域，包括仿真设备、模拟仿真模块、模拟训练模块、图像采集模块、自主训练模块以及训练评估模块；模拟训练模块：于仿真设备上应用真实设备操作系统，用于学员模拟训练生产设备操作调试的各训练项目，通过三维虚拟模型，能使学员更好地感知操作效果，增加学员的学习兴趣；模拟训练考核模块用于对学员模拟训练的操作图像信息进行考核评分；自主训练模块用于学员对各训练项目进行自主训练，训练评估模块用于对存储模块内存储的带有时间戳的训练信息进行综合评估，避免学员盲目训练，花费大量时间，事倍功半，提高了训练效果。

Description

一种基于物联网的设备在线模拟调试系统

技术领域

本发明涉及模拟训练技术领域，具体是一种基于物联网的设备在线模拟调试系统。

背景技术

生产设备包括高炉、机床、反应器、印染机等等，生产设备出厂后遇到各种各样的复杂问题，且大量的生产设备分布在全国各地，由于工程机械产品本身的复杂性、生产设备操作员的技术素养参差不齐、操作方法的不确定性等等因素，在生产设备使用过程中可能发生各种各样的问题；

对于一些单价较高的设备，在设备操作员上岗前，需要对其进行培训，使员工能够将自身的知识技能转化为实际操作能力，从而胜任成为一名合格的设备操作员，目前现有设备技能培训中，多数缺乏完整系统的现代化教学手段，只是通过简单的文字或者图片进行理论培训，同时也因设备购买费用高昂，在相关实践模型训练缺乏真实性，无法真正模拟设备生产的操作调试过程，且不同老师的实践教学带教难以达到同质化管理，重理论而轻操作，使得学生的设备操作水平参差不齐，培训效果较差。

发明内容

为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种基于物联网的设备在线模拟调试系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，包括仿真设备、模拟仿真模块、模拟训练模块、图像采集模块、自主训练模块以及训练评估模块；

所述仿真设备为根据实际的生产设备仿真得到的等比例设备模型；

模拟仿真模块：用于对仿真设备进行模拟仿真得到三维虚拟模型，并将仿真得到的三维虚拟模型发送至显示终端显示；

模拟训练模块：完全模拟生产设备的实际应用场景，于仿真设备上应用真实设备操作系统，用于学员模拟训练生产设备操作调试的各训练项目；

图像采集模块：用于采集学员通过模拟训练模块进行模拟训练的操作图像信息并将学员模拟训练的操作图像信息传输至模拟训练考核模块；

模拟训练考核模块：用于对学员模拟训练的操作图像信息进行考核评分，得到对应训练项目的考核值；

自主训练模块：用于学员对各训练项目进行自主训练，并记录训练信息；所述训练信息包括训练项目和对应的训练值；

训练评估模块：用于对存储模块内存储的带有时间戳的训练信息进行综合评估。

进一步地，所述模拟训练模块的具体训练步骤为：

S1：所述模拟训练模块根据学员对仿真设备的操作向模拟仿真模块发送控制指令；

S2：所述模拟仿真模块确定三维虚拟模型的当前作业状态，并根据所述当前作业状态和模拟训练模块发送的控制指令得到所述三维虚拟模型的新作业状态，根据所述新作业状态更新当前三维虚拟模型得到新的三维虚拟模型，并将新的三维虚拟模型发送至显示终端显示。

进一步地，所述模拟训练考核模块的具体考核方法为：

V1：截取学员模拟训练的操作图像信息，将其与数据库中存储的各训练项目的标准图像信息进行对比与分析，确定当前进行的训练项目以及评分细则；

V2：获取当前训练项目的操作时长CT，若CT＞对应训练项目的预设时间阈值，则判定学员的当前训练项目操作不合格，重新进行培训；

若CT≤对应训练项目的预设时间阈值，则基于对应训练项目的评分细则对截取的操作图像信息进行评分，并将评分标记为Ps；

V3：利用公式XF＝(Ps×a1)/(CT×a2)计算得到该训练项目的考核值XF，其中a1、a2均为系数因子；若考核值XF＞对应训练项目的考核阈值，则判定当前训练项目操作合格。

进一步地，所述自主训练模块的具体工作步骤为：

学员输入训练项目至自主训练模块，所述自主训练模块将所述训练项目发送到模拟仿真模块；

所述模拟仿真模块从数据库中获取与所述训练项目对应的训练仿真数据，根据所述训练仿真数据模拟仿真得到与所述训练项目对应的三维虚拟模型，并将所述三维虚拟模型发送到显示终端显示；

学员观看该训练项目对应的三维虚拟模型后，通过自主训练模块对各训练项目进行训练，并记录训练信息；所述自主训练模块用于将训练信息打上时间戳存储至存储模块。

进一步地，其中训练值的计算方法与考核值的计算方法一致。

进一步地，所述训练评估模块的具体评估方法为：

步骤一：根据时间戳，获取对应训练项目在同一时间区间的训练信息；

步骤二：获取学员每次训练的训练值，依次标记为B1、B2、B3、…、Bn；根据学员每次训练的训练值对学员的进步系数进行评估；

步骤三：若进步系数≥进步系数阈值，则表明学员当前自主训练的效果好；若进步系数＜进步系数阈值，则表明学员当前自主训练的效果差，建议学员改变学习方式，并通过互动教学模块与导师进行沟通。

进一步地，根据学员每次训练的训练值对学员的进步系数进行评估，具体方法为：

当Bi≥B(i-1)时，将Bi标记为第一进步值，统计第一进步值出现的次数并标记为G1；将第一进步值Bi与B(i-1)进行差值计算得到第二进步值并标记为G2；

获取对应训练项目的考核阈值，将Bi与对应训练项目的考核阈值进行差值计算得到第一均值差G3；将B(i-1)与对应训练项目的考核阈值进行差值计算得到第二均值差G4；

利用公式G5＝G2×a1+G3×a2+G4×a3获取得到单次值G5，其中a1、a2、a3均为预设系数；将所有的单次值进行求和得到进步超值并标记为G6；

利用公式G7＝G1×a4+G6×a5获取得到学员的进步系数G7，其中a4、a5均为预设系数。

进一步地，所述互动教学模块用于导师与学员登录教学平台并进行在线互动教学。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中模拟训练模块根据学员对仿真设备的操作向模拟仿真模块发送控制指令；所述模拟仿真模块用于根据三维虚拟模型的当前作业状态和控制指令更新当前三维虚拟模型；通过三维虚拟模型，能使学员更好地感知操作效果，增加学员的学习兴趣，相比于书面教学，培训效果更好；

2、本发明中模拟训练考核模块用于对学员模拟训练的操作图像信息进行考核评分，若操作时长CT＞对应训练项目的预设时间阈值，则判定学员的当前训练项目操作不合格，重新进行该训练项目的培训；若操作时长CT≤对应训练项目的预设时间阈值；则应用智能识别技术，基于对应训练项目的评分细则对截取的操作图像信息进行评分，根据操作时长和评分计算得到该训练项目的考核值XF，若考核值XF＞对应训练项目的考核阈值，则判定当前训练项目操作合格，使得学员的实际操作达到又快又准的水平；

3、本发明中自主训练模块用于学员对各训练项目进行自主训练，并记录训练信息，训练评估模块用于对存储模块内存储的带有时间戳的训练信息进行综合评估，获取学员每次训练的训练值，根据学员每次训练的训练值对学员的进步系数进行评估，若进步系数≥进步系数阈值，则表明学员当前自主训练的效果较好；若进步系数＜进步系数阈值，则表明学员当前自主训练的效果差，建议学员改变学习方式，并通过互动教学模块与导师进行沟通，避免学员盲目训练，花费大量时间，事倍功半；从而提高训练效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明实施例1的系统框图。

图3为本发明实施例2的系统框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，包括仿真设备、模拟仿真模块、模拟训练模块、数据库、控制器、图像采集模块、模拟训练考核模块、培训配置模块、第一阶段考核模块、第二阶段考核模块、自主训练模块、训练评估模块、存储模块以及互动教学模块；

实施例1

如图2所示，仿真设备为根据实际的生产设备仿真得到的等比例设备模型；

模拟仿真模块：对仿真设备进行模拟仿真得到三维虚拟模型，并将仿真得到的三维虚拟模型发送至显示终端显示；

模拟训练模块：完全模拟生产设备的实际应用场景，主要是于仿真设备上应用真实设备操作系统，用于学员模拟训练生产设备操作调试的各训练项目；具体为：

S1：模拟训练模块根据学员对仿真设备的操作向模拟仿真模块发送控制指令；

S2：模拟仿真模块确定三维虚拟模型的当前作业状态，并根据当前作业状态和模拟训练模块发送的控制指令得到三维虚拟模型的新作业状态，根据新作业状态更新当前三维虚拟模型得到新的三维虚拟模型，并将新的三维虚拟模型发送至显示终端显示；

其中，生产设备操作调试的各训练项目包括生产设备器械组装、生产设备开机自检、生产设备紧急处理和生产设备报告书写，具体为：

S1：生产设备器械组装：由导师示范后，学员组装生产设备，并说明各部件的功能，然后完成开机前生产设备的系统参数设置及调试；

S2：生产设备开机自检：检查生产口是否有灰尘、检查轨道轴承润滑情况、检查储线所用钢丝线是否有轻微断裂以及开机前观察周围动态，设备开机后，要站在安全位置上；

S3：生产设备紧急处理：当生产设备参数异常或发生突发情况时，在预设时间范围内执行对应的应急措施；

S4：生产设备报告书写：撰写生产设备操作调试记录，结合书中所见，准确描述生产及操作过程；

数据库：用于存储生产设备操作调试的各训练项目的标准图像信息和对应的评分细则；

图像采集模块与模拟训练模块通信连接；图像采集模块用于采集学员通过模拟训练模块进行模拟训练的操作图像信息并将学员模拟训练的操作图像信息传输至模拟训练考核模块；

模拟训练考核模块用于对学员模拟训练的操作图像信息进行考核评分，具体为：

V1：截取学员模拟训练的操作图像信息，并将截取的操作图像信息与数据库中存储的各训练项目的标准图像信息进行对比与分析；确定当前进行的训练项目以及评分细则；

V2：待训练项目和评分细则确定后，根据截取的操作图像信息获取当前训练项目的操作时长CT，若操作时长CT＞对应训练项目的预设时间阈值，则判定学员的当前训练项目操作不合格；重新进行该训练项目的培训；

若操作时长CT≤对应训练项目的预设时间阈值；则应用智能识别技术，基于对应训练项目的评分细则对截取的操作图像信息进行评分，并将评分标记为Ps；

V3：利用公式XF＝(Ps×a1)/(CT×a2)计算得到该训练项目的考核值XF，其中a1、a2均为系数因子；若考核值XF＞对应训练项目的考核阈值，则判定当前训练项目操作合格；

V4：将所有的训练项目的评分进行求和得到模拟训练考核得分CF；模拟训练考核模块用于将模拟训练考核得分CF经控制器传输至第二阶段考核模块；

培训配置模块用于设置培训模式以及为学员培训配置师资力量；

培训模式包括第一阶段和第二阶段，其中第一阶段为生产设备理论教学；第二阶段为基于仿真设备的真实设备操作系统进行模拟培训的各训练项目；

第一阶段考核模块：对学员的第一阶段学习情况进行考核，包括理论知识考核，其中若理论知识考核得分超过80分，则表示通过考核，通过考核者则进入第二阶段培训；

第二阶段考核模块：对学员的第二阶段学习情况进行考核；第二阶段考核表现为：由学员在生产实际中独立完成全套生产设备操作调试动作，并完成规范的报告书写；

实施例2

如图3所示，自主训练模块与模拟仿真模块相连接，用于学员对各训练项目进行自主训练，具体包括：

学员输入训练项目至自主训练模块，自主训练模块将训练项目发送到模拟仿真模块；

模拟仿真模块从数据库中获取与训练项目对应的训练仿真数据，根据训练仿真数据模拟仿真得到与训练项目对应的三维虚拟模型，并将三维虚拟模型发送到显示终端显示；

学员观看该训练项目对应的三维虚拟模型后，通过自主训练模块对各训练项目进行训练，并记录训练信息，训练信息包括训练项目和对应的训练值，其中训练值的计算方法与考核值的计算方法一致；

自主训练模块用于将训练信息打上时间戳存储至存储模块；

训练评估模块用于对存储模块内存储的带有时间戳的训练信息进行综合评估，具体评估方法为：

步骤一：根据时间戳，获取对应训练项目在同一时间区间的训练信息；

步骤二：获取学员每次训练的训练值，依次标记为B1、B2、B3、…、Bn；其中n表示第n次训练；

当Bi≥B(i-1)时，将Bi标记为第一进步值，统计第一进步值出现的次数并标记为G1；将第一进步值Bi与B(i-1)进行差值计算得到第二进步值并标记为G2；

获取对应训练项目的考核阈值，将Bi与对应训练项目的考核阈值进行差值计算得到第一均值差并标记为G3；

将B(i-1)与对应训练项目的考核阈值进行差值计算得到第二均值差并标记为G4；

步骤三：利用公式G5＝G2×a1+G3×a2+G4×a3获取得到单次值G5，其中a1、a2、a3均为预设系数；

将所有的单次值进行求和得到进步超值并标记为G6；

步骤四：利用公式G7＝G1×a4+G6×a5获取得到学员的进步系数G7，其中a4、a5均为预设系数；

将学员的进步系数G7与进步系数阈值相比较；

若进步系数G7≥进步系数阈值，则表明学员当前自主训练的效果较好；

若进步系数G7＜进步系数阈值，则表明学员当前自主训练的效果差，建议学员改变学习方式，并通过互动教学模块与导师进行沟通；

互动教学模块用于导师与学员登录教学平台并进行在线互动教学。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：

一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，在工作时，模拟训练模块根据学员对仿真设备的操作向模拟仿真模块发送控制指令；模拟仿真模块确定三维虚拟模型的当前作业状态，并根据当前作业状态和模拟训练模块发送的控制指令得到三维虚拟模型的新作业状态，根据新作业状态更新当前三维虚拟模型得到新的三维虚拟模型，并将新的三维虚拟模型发送至显示终端显示；通过三维虚拟模型，能使学员更好地感知操作效果，增加学员的学习兴趣，相比于书面教学，培训效果更好；

图像采集模块用于采集学员通过模拟训练模块进行模拟训练的操作图像信息，模拟训练考核模块用于对学员模拟训练的操作图像信息进行考核评分，若操作时长CT＞对应训练项目的预设时间阈值，则判定学员的当前训练项目操作不合格，重新进行该训练项目的培训；若操作时长CT≤对应训练项目的预设时间阈值；则应用智能识别技术，基于对应训练项目的评分细则对截取的操作图像信息进行评分，根据操作时长和评分计算得到该训练项目的考核值XF，若考核值XF＞对应训练项目的考核阈值，则判定当前训练项目操作合格，使得学员的实际操作达到又快又准的水平；

自主训练模块用于学员对各训练项目进行自主训练，并记录训练信息，训练评估模块用于对存储模块内存储的带有时间戳的训练信息进行综合评估，获取学员每次训练的训练值，根据学员每次训练的训练值对学员的进步系数进行评估，若进步系数≥进步系数阈值，则表明学员当前自主训练的效果较好；若进步系数＜进步系数阈值，则表明学员当前自主训练的效果差，建议学员改变学习方式，并通过互动教学模块与导师进行沟通，避免学员盲目训练，花费大量时间，事倍功半；从而提高训练效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，其特征在于，包括仿真设备、模拟仿真模块、模拟训练模块、图像采集模块、自主训练模块以及训练评估模块；

所述仿真设备为根据实际的生产设备仿真得到的等比例设备模型；

模拟仿真模块：用于对仿真设备进行模拟仿真得到三维虚拟模型，并将仿真得到的三维虚拟模型发送至显示终端显示；

模拟训练模块：完全模拟生产设备的实际应用场景，于仿真设备上应用真实设备操作系统，用于学员模拟训练生产设备操作调试的各训练项目；

图像采集模块：用于采集学员通过模拟训练模块进行模拟训练的操作图像信息并将学员模拟训练的操作图像信息传输至模拟训练考核模块；

模拟训练考核模块：用于对学员模拟训练的操作图像信息进行考核评分，得到对应训练项目的考核值；

自主训练模块：用于学员对各训练项目进行自主训练，并记录训练信息；所述训练信息包括训练项目和对应的训练值；

训练评估模块：用于对存储模块内存储的带有时间戳的训练信息进行综合评估。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，其特征在于，所述模拟训练模块的具体训练步骤为：

S1：所述模拟训练模块根据学员对仿真设备的操作向模拟仿真模块发送控制指令；

S2：所述模拟仿真模块确定三维虚拟模型的当前作业状态，并根据所述当前作业状态和模拟训练模块发送的控制指令得到所述三维虚拟模型的新作业状态，根据所述新作业状态更新当前三维虚拟模型得到新的三维虚拟模型，并将新的三维虚拟模型发送至显示终端显示。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，其特征在于，所述模拟训练考核模块的具体考核方法为：

V1：截取学员模拟训练的操作图像信息，将其与数据库中存储的各训练项目的标准图像信息进行对比与分析，确定当前进行的训练项目以及评分细则；

V2：获取当前训练项目的操作时长CT，若CT＞对应训练项目的预设时间阈值，则判定学员的当前训练项目操作不合格，重新进行培训；

若CT≤对应训练项目的预设时间阈值，则基于对应训练项目的评分细则对截取的操作图像信息进行评分，并将评分标记为Ps；

V3：利用公式XF＝(Ps×a1)/(CT×a2)计算得到该训练项目的考核值XF，其中a1、a2均为系数因子；若考核值XF＞对应训练项目的考核阈值，则判定当前训练项目操作合格。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，其特征在于，所述自主训练模块的具体工作步骤为：

学员输入训练项目至自主训练模块，所述自主训练模块将所述训练项目发送到模拟仿真模块；

所述模拟仿真模块从数据库中获取与所述训练项目对应的训练仿真数据，根据所述训练仿真数据模拟仿真得到与所述训练项目对应的三维虚拟模型，并将所述三维虚拟模型发送到显示终端显示；

学员观看该训练项目对应的三维虚拟模型后，通过自主训练模块对各训练项目进行训练，并记录训练信息；所述自主训练模块用于将训练信息打上时间戳存储至存储模块。

5.根据权利要求3所述的一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，其特征在于，其中训练值的计算方法与考核值的计算方法一致。

6.根据权利要求4所述的一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，其特征在于，所述训练评估模块的具体评估方法为：

步骤一：根据时间戳，获取对应训练项目在同一时间区间的训练信息；

步骤二：获取学员每次训练的训练值，依次标记为B1、B2、B3、…、Bn；根据学员每次训练的训练值对学员的进步系数进行评估；

步骤三：若进步系数≥进步系数阈值，则表明学员当前自主训练的效果好；若进步系数＜进步系数阈值，则表明学员当前自主训练的效果差，建议学员改变学习方式，并通过互动教学模块与导师进行沟通。

7.根据权利要求6所述的一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，其特征在于，根据学员每次训练的训练值对学员的进步系数进行评估，具体方法为：

当Bi≥B(i-1)时，将Bi标记为第一进步值，统计第一进步值出现的次数并标记为G1；将第一进步值Bi与B(i-1)进行差值计算得到第二进步值并标记为G2；

获取对应训练项目的考核阈值，将Bi与对应训练项目的考核阈值进行差值计算得到第一均值差G3；将B(i-1)与对应训练项目的考核阈值进行差值计算得到第二均值差G4；

利用公式G5＝G2×a1+G3×a2+G4×a3获取得到单次值G5，其中a1、a2、a3均为预设系数；将所有的单次值进行求和得到进步超值并标记为G6；

利用公式G7＝G1×a4+G6×a5获取得到学员的进步系数G7，其中a4、a5均为预设系数。

8.根据权利要求6所述的一种基于物联网的设备在线模拟调试系统，其特征在于，所述互动教学模块用于导师与学员登录教学平台并进行在线互动教学。

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