1、收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 3基金项目:内蒙古教育厅“V R+化工产学研科技创新平台”子项目 机械设备拆装与故障排除V R一体化建设项目,项目编号:N J C X Y-1 9-0 4-0 3。作者简介:姜翠丽(1 9 8 3-),女,内蒙古赤峰市人,讲师,硕士,研究方向:控制工程。基于V R技术的化工机械设备拆装与故障排除培训系统的研究姜翠丽,彭 芳(内蒙古化工职业学院,内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 7 0)摘要:针对化工企业传统的设备拆装与维护培训方式有限,培训效果不佳的问题,开发了基于V R技术的化工机械设备拆装与故障排除培训系统。该系统真实模拟化工生产中的运行故障和操作过程
2、,可以使学习者身临其境地对化工设备进行拆装与故障处理。通过在线培训和考核方式,可对我区乃至全国化工企业中需要培训的设备维修工进行操作培训与上岗操作考核,可为化工企业节约大规模的培训与考核成本。关键词:V R技术;化工机械设备拆装与故障排除;培训系统中图分类号:G 7 2 6 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 3)0 4-0 0 5 6-0 41 背景概述化工企业生产安全事故给国家经济与人民生命财产安全造成重大损失,据国家安全生产监督管理总局官方披露:8 0%以上的生产安全事故是由于工人安全意识薄弱、专业素质低、对设备操作不当或对故障错误分析引发的。所以对工人
3、进行生产安全培训,尤其是对设备安全操作、故障处理这类提升工人职业能力的培训,越来越受到国家、企业和学校的重视。目前化工企业的设备拆装与维护培训主要以现场示范传统培训方式为主,学习者被动接受培训知识,难以激发学习者的主观学习能动性,培训效果不佳。同时企业可供学习者拆装练习的设备数量有限、损坏率较高。在生产类专业的教学单位,对于一些大型化工设备的拆装因缺乏吊装工具无法实现拆装;因没有相应的化工生产线,无法实现设备的在线操作与维修,更无法模拟化工生产中的运行故障,进行设备故障检修与排除。通常这些只能靠师傅讲授或视频演示,无法让学习者真正地动手操作1。所以化工机械设备拆装与故障排除培训急需摆脱培训内容
4、重复率高、培训设备机械损坏率高、学习者学习主动性差、培训效果差的困境。而利用V R技术使学习者身临其境地对化工设备进行拆装与故障处理,这样的培训是传统培训方式无法企及的。此外,国家对V R技术的应用投入逐年增加,具有“沉浸感受”的机械设备V R培训终将逐渐取代传统“说教式”的生产安全培训,成为生产行业安全培训的主导者。2 化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统介绍项目组成员依托内蒙古大型化工企业神华煤机械和新奥新能集团进行广泛调研,将企业生产中常见的设备故障排除、设备安全操作、设运维检修中的典型操作案例,融合 机械设备职业技能考核标准 进行设计研发出化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统。
5、该培训系统利用V R技术将真实的工业现场按1:1比例定制开发,将生产装置进行精确的3 D建模和渲染,使学习者“身临其境”地进行生产操作和故障排除,还将爆炸、泄露和燃烧等极端情况进行精确的模拟,让工人能够从容的面对危险情况。化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统将V R技术与化工生产中常见的设备安全操作、故障排除训练有机结合,利用V R强大的虚拟现实与全息视镜,用画面、声音、振动、温度等高度还原每个设备运行、故障发生的三维实景,同时培训程序按照 机械设备职业技能操作考核标准 指导学习者规范操作,错误操作引发的设备爆炸、管道爆裂、火灾等都能以声、光、电、烟雾等形式多方位呈现,给学习者以身临其境的
6、操作体验,从而全面提升学习者职业素质、增强安全操作意识、提高事65 内蒙古石油化工2 0 2 3年第4期 故处理应急能力的培训目的2。2.1 培训系统功能介绍基于V R技术的化工机械设备拆装与故障排除培训系统是一种创新、高效的培训手段,使学习者可以在任何时间、任何环境下进行各种化工设备“解剖式”拆装,以熟悉整个设备的内部零件结构;同时V R技术的仿真界面,还可以模拟化工生产中设备运行状态下的各种故障;操作不当或错误操作造成的后果也可以进行演示和体验,使学习者提高安全意识,引起高度重视;除此之外,在软件中加入评估过程,对培训结果进行实时评估。通过化工机械设备故障排除V R培训、化工机械设备安全操
7、作V R培训、设备运维拆解V R培训、V R高风险作业防控培训、职业技能鉴定与考核五大培训模块,全面提升工人的职业素质与安全意识。图1 V R机械设备故障处理界面图2 V R模拟现场故障排除画面2.1.1 提升学习者对化工机械设备故障排除的能力。化工机械设备故障V R培训模块中,包含1 0 0多种化工机械设备故障操作V R训练,让学习者进行“亲自”动手排除故障;同时培训系统强大的显示模拟功能,可模拟操作错误引发的事故后果,引起警示,还可提升学习者的安全意识。2.1.2 提升学习者对化工机械设备安全操作的能力。通过对学习者进行化工机械设备V R安全操作体验培训,让学习者进行“沉浸式”化工机械设备
8、体验操作,提升对设备安全操作的职业素质与能力。2.1.3 提高学习者对设备结构、功能的认识能力。通过让学习者进行化工机械设备V R运维拆解体验培训,亲自对内部结构复杂的设备,进行解体式拆分,使学习者更加清楚地了解设备结构。2.1.4 提高学习者对生产事故处理的应急能力。通过让学习者进行V R高风险作业防控培训,可以使学习者发现应急处置过程中存在的问题,检验和评估应急预案的可操作性和实用性,从而提高对生产事故处理的应急能力。2.1.5 可实现对学习者进行职业技能培训和考核。由于化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统在程序编制时,融入 机械设备职业技能操作考核表准,故培训系统的职业技能培训与考核
9、模块,可为企业、教学单位提供职业技能培训与考核平台。2.2 培训开发系统介绍2.2.1 产品软件系统化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统的软件包括:化工机械设备安全操作V R培训模块、化工机械设备故障排除V R培训模块、化工机械设备运维拆解V R培训模块、V R高风险作业防控培训模块和职业技能鉴定与考核模块组成,共有3 0 0多项操作训练,全面覆盖了化工生产中的故障排除和安全操作的内容。本产品有适合集体培训的沉浸式V R体验和个性化单人体验的桌面V R培训两种培训方式。利用V R技术的“沉浸式”体验学习,轻松解决受生产危险环境和苛刻操作条件的限制,进行化工机械设备拆装与故障排除培训学习。所
10、有的体验过程都包含了事故介绍、第一人称体验、第三人称回放、事故原因分析、防范措施、小测验等六部分,环环相扣。学习者可以反复演练,熟练流程,从而将安全意识厚植于脑海,将安全事故止于防范。通过V R实操培训,提升学习者对化工机械设备故障判断、动手排除的能力;提升学习者进行设备结构拆装实践技能和事故处理的应急能力;检验和评估应急预案的可行性;实现对企业和学校的学习者进行职业技能和安全生产的培训和考核。2.2.2 软件系统开发成果化工机械设备拆装与故障排除V R培训软件系统,依托校企合作“V R+化工产学研科技创新平台”,与专业V R制作公司 内蒙古策义科技股份有限公司深度合作,完成V R培训软件系统
11、1 0 0%的内容,已取得2项国家计算机软件著作权:化工设75 2 0 2 3年第4期姜翠丽等 基于VR技术的化工机械设备拆装与故障排除培训系统的研究备故障诊断与处理教产融合一体化V R培训系统和化工机械设备教产融合一体化V R拆装培训系统。2.2.3 产品硬件系统化工机械设备拆装与故障排除V R培训硬件系统主要由以下部分组成:显示系统 6 5寸品牌液晶显示器;计算机 高性能主机、高端显卡、真机操控部件;V R体验系统 HT C V I V E高端P C头显、l e a p m o t i o n手部追踪与手势操控器组成,均由HT CV i v e和三星G e a r V R公司合作生产。2.
12、3 培训系统创新性2.3.1 创新性地将V R技术与化工机械设备操作、故障排除等生产安全培训相结合,弥补培训市场空白。2.3.2 创新性地根据生产安全需求和岗位操作需求,将培训内容整合成5大培训模块,全方位满足培训需求。2.3.3 首次将 机械设备职业技能操作表准 融入生产安全培训,为企业、学校提供职业技能培训考核V R平台。2.3.4 利用V R技术突破地域、生产危险环境、操作资质的限制,真正实现“身临现场”培训,提高培训效率和质量。3 市场定位及特点3.1 用户分析生产企业和生产类专业的教学单位是两大目标用户。据国家经济信息网数据统计,我国每年2 0 0 0 0多家生产企业,对生产工人的安
13、全培训不得少于4次,总时长不得小于7 2学时;同样生产类专业院校每年为学生进行生产安全、操作仿真类型的实训不少于4周,我国生产类专业的学生数高达2 5 0 0万,这样庞大的用户群体为安全生产培训产品提供了广阔的市场空间。3.2 目标用户购买力对于生产企业和教学单位每年在安全生产培训和专业实训的项目上支出巨大,但是也无法真正达到提升学习者安全意识,提升职业操作素养的目的,更无法实现提高对生产事故处理的应急能力。而应用化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统,通过交互设备将人与虚拟机械模型紧密、有效地结合到一起,突破了传统维修培训设备数量有限、损坏率较高等弊端3。对于大型复杂、昂贵的机械进行虚拟维
14、修培训可达到节约费用和缩短培训时间以及减少操作危险性的目标,同时使培训方法更灵活、培训手段更丰富、考核机制更完善,极大地提高了培训效果。目前市场上针对生产工人的设备操作培训极其缺乏,应用V R技术进行化工机械设备拆装与故障排除V R培训在市场上更是空白。因此化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统市场前景广阔。对于生产类专业的教学单位,该培训系统应用到多项教学实训中,可以切实解决目前实训教学机械陈旧、种类缺乏的难题,还能大幅度降低教学费用,随着机械设备的升级改造,利用V R技术只需对软件模型做部分修改,即可继续使用,而且不存在实物的磨损毁坏问题;同时V R强大的仿真功能,可将实训过程中人员伤害
15、和机械损坏降到最低。经实地调研生产类企业和教学单位有能力、有意愿购买。4 产品优势4.1 产品竞争优势4.1.1 培训功能齐全,针对性强本产品在培训内容和功能的设计上,通过调研我国生产行业发展1 5年间的生产安全事故,收集整理出1 0 0多种化工机械设备操作事故案例,以化工机械设备安全操作V R培训模块、化工机械设备故障排除V R培训模块、化工机械设备运维拆解V R培训模块、V R高风险作业防控培训模块,职业技能鉴定与考核模块,五大培训模块为依托,针对生产操作工人的全面职业操作素养进行培训。4.1.2 维护方便,扩展性强化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统中的各个模块能够独立运行,客户也可
16、以根据自己的需求升级对应模块,不仅拓展性强,更是减少了维护的难度。4.1.3 沉浸感、交互性强化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统将实际场景按照1:1比例进行模拟(如图2),参训人员利用V R设备可以身临其境地进入到虚拟场景中并进行相应的交互动作。这种培训方式要比视频、动画的效果强很多。4.1.4 感受逼真,体验性强化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统可以最大限度地模拟各种化工机械设备故障的发生、发展的过程,使学习者置身于真实工作环境中,切实感受各种违章操作带来的灾难,提升安全意识。还能很好地表现生产动态实时的声、光、电、烟雾等场景,从而营造出更加逼真的训练环境4。4.1.5 操作简单,学习感强化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统具85 内蒙古石油化工2 0 2 3年第4期 有友好的人机界面,操作人员只需要经过简单培训就能熟练掌握系统的操作和使用。4.1.6 寓教于乐,学习兴趣高化工机械设备拆装与故障排除V R培训系统融入游戏元素,让不仅能提高学习者的学习兴趣,更让操作变得简单、便利。在降低培训成本的同时也满足了化工机械设备培训对寓教于乐不断增长的需求。4.2 产品推广优势
