一种基于VR的石油化工设备维修培训与考核系统及方法与流程

本发明涉及一种基于vr的石油化工设备维修培训与考核系统及方法。

背景技术：

石油是一个国家的不可再生的战略资源。石油的冶炼也占有很重要的地位，在石油冶炼过程中，化工设备难免损坏。设备维修是一个不可不面对的问题。由于目前石油化工行业规模较大，设备自动化程度较高，维修这些石油化工设备也是极具有技术含量的工作。

如何高效全面的教出维修工人是石油化工行业面临的一个难题。现在的维修教学分为两种情况。一是单纯的理论教学，其特点是：理论基础，教学成本低，但是学生无法亲自动手操作，无法提高实际操作能力。二是实装教学，建立仿真工厂。其特点是：学生实地操作，但理论薄弱，受场地局限性较大；但是此类仿真工厂耗资巨大，学生在操作过程中危险性非常大，且设备磨损较大。一般来说，学生在理论和实际操作相结合的情况下学习，才能达到理想的效果。针对以上情况，使用vr技术进行模拟实际的教学方式，是最理想的教学方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于vr的石油化工设备维修培训与考核系统。有利于解决石油化工设备维修工人在技术学习上目前的困境。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

该系统包括软件系统和硬件系统。所述软件系统即为面向石油化工设备维修的应用软件；所述硬件系统包括vr硬件设备，显示设备，位置和方向跟踪装置，有线通讯设备，计算机终端。

进一步地，所述面向石油化工设备维修的应用软件是基于windows的操作系统，使用unity3d，maya等平台开发的。拥有三个角色：管理员，教师，学生；包括三个功能模块：讲解模块，训练模块，考核模块；管理员权限：教师账号、学生账号分配以及系统维护；教师权限：学生考核模块使用授权，三维动画讲解内容更新，训练内容更新，考核内容更新；学生权限：使用讲解功能，使用训练功能，经教师授权后可以使用考核功能，考核内容由系统随机选择，也可由老师设定考核内容。在使用训练模块和考核模块时会记录学生的操作数据并生成报告，该报告包括错误报告和正确报告。

进一步地，所述vr硬件设备包括vr头盔、vr操作手柄以及带麦克风的立体耳机，用来从视觉，触觉，听觉全方面立体的给学生呈现仿真场景，另外麦克风的作用是模拟现场维修时，维修人员与中控室的沟通。

进一步地，所述显示设备，包括多个外接显示器，用来显示操作人员正在进行的操作。

进一步地，所述位置和方向跟踪装置，包括4个激光定位装置，围成一个活动区域，用来限定学生的活动范围；a/d转换器，用来将电信号转化为数字信号，4个激光定位装置与a/d转换器相连将激光定位装置的电信号转化为计算机终端可以识别的数字信号。

进一步地，所述有线通讯设备，包括多条数据传输线，用来实现vr头盔、vr操作手柄，带麦克风的立体耳机，多个外接显示器与计算机终端之间的数据交互。

进一步地，所述计算机终端，用于运行面向石油化工设备维修的应用软件并实现软硬件之间的数据交互；管理员日常维护；老师账号登录，三维动画讲解内容更新，训练内容更新，考核内容更新，对学生账号考核模块授权；学生账号登录。

一种基于vr的石油化工设备维修培训与考核方法，包括以下步骤：

步骤s101，学生打开计算机终端运行软件系统，登录自己的账号；打开各个硬件开关，进入激光定位装置围成的操作区域，佩戴好vr头盔、带麦克风的立体耳机、vr操作手柄；完成维修操作前的准备工作。

在操作过程中当学生靠近或者接触到所设定区域边缘位置时，信号将通过有线通讯设备传给a/d转换器，再传输给计算机终端，经计算机终端的处理器处理后将这一信号通过有线传输设备传给vr头盔。

步骤s102，使用vr操作手柄点击菜单栏中的设备故障，虚拟厂房中的虚拟人物自动走到故障设备前。

步骤s103，使用带麦克风的立体耳机，模拟与中控室对话，通知中控室即将进行维修此设备，中控室进行远程设备停机；此音频将存储在计算机终端的存储器中，老师通过检查存储器中的音频，判断学生有无此操作及此操作是否正确。

步骤s104，使用vr操作手柄，从工具栏中选取合适工具进行维修动作。

步骤s105，设备维修完毕，使用带麦克风的立体耳机，模拟与中控室对话，通知中控室设备维修完毕，中控室进行远程设备开机。

本发明与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明是基于vr技术先构建出完整的虚拟石油化工厂场景，对正在作业的化工设备进行维修，维修开始前后需要与中控室沟通，关闭或启动该区域正在作业的设备。使用vr技术最大程度模拟出真实的工作环境，学生在进行维修操作时有一种身临其境的体验，这样有利于学生熟悉石油化工厂的整体环境，有利于学生清晰的了解维修设备所处的位置，使训练效果更好。

附图说明

图1系统组成示意图；

图2软件操作界面示意图；

图3工具栏部分工具示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明中的具体实施例中提出的方案进行进一步详细的描述。参见图1和图2。本系统将提供第一视角下的石油化工设备虚拟维修三维动画演示教学，维修训练以及维修考核等功能。该基于vr的石油化工设备维修培训与考核系统包括软件系统和硬件系统。所述软件系统即为面向石油化工设备维修的应用软件；所述硬件系统包括vr硬件设备，显示设备，位置和方向跟踪装置，有线通讯设备，计算机终端。vr头盔，vr操作手柄，位置和方向跟踪装置和外接显示器通过有线通讯设备与计算机终端相连并进行数据交互。

所述软件系统是基于windows的操作系统，使用unity3d开发平台，maya建模软件来构建三维虚拟维修场景模型和石油化工设备模型，使用ps软件进行贴图处理。然后把以上数据放在unity软件平台内，进行场景搭建，模型数据设置和效果调试，使用粒子系统建立液体流动，火花等效果，使用c#语言编码实现人机交互功能。此软件系统运行在计算机终端，拥有三个角色：管理员，教师，学生；包括三个功能模块：讲解模块，训练模块，考核模块；管理员权限：教师账号、学生账号分配以及系统维护；教师权限：学生考核模块使用授权，三维动画讲解内容更新，训练内容更新，考核内容更新；学生权限：使用讲解功能，使用训练功能，经教师授权后可以使用考核功能，考核内容由系统随机选择模式，也可由老师设定考核内容。

所述vr硬件设备包括vr头盔、vr操作手柄以及带麦克风的立体耳机。vr头盔，通过内置陀螺仪实现vr头盔中的视野水平移动和角度转换，通过有线通讯设备将数据传给计算机终端里的处理器进行处理，且将处理后的变化传输给vr头盔实现数据双向交互。vr操作手柄，通过模拟学生的手来进行维修操作；通过内置追踪器实现vr手柄朝向跟踪；vr手柄操作命令通过有线通讯设备传输至计算机终端处理器进行处理分析。带麦克风的立体耳机，通过有线通讯设备将学生的音频高效的传输给计算机终端存储器进行储存，以备老师进行查验判断学生在维修设备前后是否与中控室进行沟通；还可将软件里的音频数据传输到学生的耳朵。这三个设备从视觉，触觉，听觉全方面立体的给学生呈现出仿真场景。

所述计算机终端通过有线通讯设备与vr各硬件设备相连，且运行石油化工设备维修的应用软件。计算机终端中的储存器对从立体耳机的麦克风中传输过来的音频进行储存；计算机终端中的处理器对从vr操作手柄和a/d转换器中传输过来的数据进行处理；实现软硬件之间的数据交互。计算机终端还用于管理员日常维护；老师账号登录，维动画讲解内容更新，训练内容更新，考核内容更新，对学生账号考核模块授权；学生账号登录。

所述显示设备，所述显示设备，包括多个外接显示器，通过有线通讯设备与计算机终端进行数据交互；实时传输学生的操作，以便其他学生观看或者老师发现操作错误及时指导。

所述位置和方向跟踪装置，包括四个激光定位装置，在操作区域内用四个激光定位装置围成一个操作空间。还包括一个a/d转换器，a/d与四个激光定位装置连接，将模拟信号转换成数字信号。使用位置和方向跟踪装置，实时监测学生所处的位置，因为学生大脑沉浸在虚拟环境中，无法正确感受外界环境。所以，需要设置虚拟墙，此虚拟墙在学生接近设置边界时会在vr头盔中显示一道虚拟的墙，以提示学生是否还在操作区域内。

所述有线通讯设备，包括多条数据传输线，用来实现vr头盔、vr操作手柄，带麦克风的立体耳机，多个外接显示器与计算机终端之间的数据交互。

具体实施例：以机泵同心度参数异常故障为例。

步骤：

步骤s101，学生打开计算机终端0运行该软件系统，登录自己的账号。打开各个硬件开关，进入激光定位装置6围成的操作区域，佩戴好vr头盔3、带麦克风的立体耳机2、vr操作手柄4。完成维修操作前的准备工作。在操作过程中当学生靠近或者接触到所设定区域边缘位置时将信号通过有线通讯设备传给a/d转换器，再传输给计算机终端0，经计算机终端0的处理器处理后将这一信号通过有线传输设备传给vr头盔3。

步骤s102，使用vr操作手柄4点击菜单栏中的机泵同心度参数故障，虚拟厂房中的虚拟人物会自动走到故障机泵前。

步骤s103，使用带麦克风的立体耳机2，模拟与中控室对话，通知中控室即将进行维修此设备，中控室进行远程设备停机。此音频将存储在计算机终端0的存储器中，老师通过检查存储器中的音频，判断学生有无此操作及此操作是否正确。

步骤s104，使用vr操作手柄4，从图3工具栏中选取合适工具，例如试电笔，停运牌，面纱，活动扳手等工具。对设备进行拆卸，更换，安装，调试等维修动作。

步骤s105，设备维修完毕，使用带麦克风的立体耳机2，模拟与中控室对话，通知中控室设备维修完毕，中控室进行远程设备开机。

以上描述了本发明的主要特征和本发明的优点。本领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明。