专利名称：盾构机培训系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种培训系统，特别地，涉及一种盾构机教学用的培训系统。
背景技术：
盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，而且要按照不同的地质进行量体裁衣式的设计制造，因此，几乎每台定制的盾构机都需要进行专门的培训。盾构机操作涉及机械、建筑、电气等行业，而且内容多、枯燥，
不易掌握。目前盾构机的培训方式存在以下不足I)受制于固定的安排，一旦培训计划确定后，要涉及相当多地准备条件，当某些受 训对象有重要事务无法到课时，机会损失就难以弥补；2)费用高，需要满足师资、设备等方面的条件及费用，且需要学员付出大量的时间成本；3)效果不理想，培训地点和施工现场有很大的差别，施工现场的实际问题非常复杂，即使通过培训，学员也不一定能感受到实际施工过程中的问题，另外，传统培训只靠一本使用手册进行，而看不到具体的操作和盾构机动作之间的关联，缺乏切实的感受，难以达到培训的既定目标.
发明内容
本发明的主要目的是利用一种虚拟的盾构机培训系统，根据所要培训的内容进行相应的虚拟处理，如对时空、内容、设备、角色等进行虚拟，创造一个人性化的学习环境，使受训员工能够在亲切、自然而且安全的虚拟环境中方便地取得感性知识和实际经验。本发明的盾构机培训系统以实际场景的三维建模为基础，包括，一系统管理模块，包括实现整个培训系统的管理，运行模式的切换；一盾构机操作模块，包括对盾构机进行各种操作的按钮开关；一盾构机执行模块，为虚拟盾构机，接受上述盾构机操作模块的操作命令，作出相应的执行动作；一检测模块，伴随上述盾构机执行模块中虚拟盾构机的动作作同步检测，完成相关参数值的监测并即时显示，如有故障，则显示相应的故障信号。其中所述的系统管理模块和盾构机操作模块通过一第一显示器切换显示，通过一输入控制装置输入命令，盾构机执行模块和检测模块通过一第二显示器显示，其它辅助硬件系统包括服务器，客户端，音箱。较优地，所述的系统管理模块可进入三种模式，包括自动演示模式，交互操作模式或考试模式，并可根据用户需求对培训系统进行扩展。较优地，所述交互操作模式包括作业前检查，盾构推进状态下操作，盾构拼装下操作，盾构辅助系统操作，气闸系统操作互动场景。较优地，所述第二显示器上显示的虚拟盾构机的各个工作子系统、各个部件都可进行全屏或多窗口的动态三维实时模拟，显示虚拟盾构机系统的平面图或三维立体图，可直观显示虚拟盾构机的内部动作。较优地，所述的显示器可为触摸屏。较优地，本发明的盾构机培训系统可根据学员的需求进行远程培训。较优地，所述显示器的分辨率为1600*900。较优地，该培训系统包括结构原理、盾构操作、日常维护、安全运行等培训内容。该盾构机培训系统的另一实施例可使盾构机操作模块通过实际面板操作，系统管理模块的操作界面与盾构机执行模块在一个显示器上进行显示并操作。
本发明的有益效果是把枯燥的培训，编制成若干类似游戏的任务，提高了培训的趣味性，增强学员的学习兴趣，提高了培训的效率。使培训的时间和地点更为灵活，避免了实际培训过程中的误操作，提高了培训过程的安全性。
图I是本发明盾构机培训系统的模块示意图。图2是本发明盾构机培训系统一较优实施例的示意图。
具体实施例方式本发明的盾构机培训系统是模拟真实的盾构机应用场景，通过软硬件的结合，让学员在虚拟的盾构机应用场景下进行培训学习。该培训系统的运行首先是在一定的场景基础上实现的，因此首先要完成该培训系统的三维建模，盾构机不但应用于隧道的挖掘，而且应用于城市地铁的建设。因此为了描述现实，其场景除了虚拟样机本身和与其互相作用的土层，还包括楼房、树木等，总体模型数量超过I万个。盾构机虚拟工作场景的建模主要包括三维视觉建模和三维听觉建模，视觉建模主要包括几何建模和运动建模，听觉建模把交互的声音相应增加到用户和对象中去。场景中的三维模型包括静态实体模型和动态实体模型。可以直接利用虚拟建模软件VRML定义虚拟场景中的对象，包括三维模型、纹理、材质、色彩，以及对象几何体的评议、旋转、缩放等。对象的几何模型主要是利用3D建模技术建立，然后转换到VRML中完成其余的工作。对于动态的物体，通过VRML结合高级语言实现其动作。完成建模后，才可进行该盾构机培训系统的构建。以下参照附图详细描述本发明的技术方案。请参见图1，本发明的盾构机培训系统包括如下模块系统管理模块10，包括实现整个培训系统的管理，运行模式的切换，根据用户需要做一定的功能扩展；盾构机操作模块20，包括对盾构机进行各种操作的按钮开关。盾构机执行模块30，为虚拟盾构机，接受盾构机操作模块20的操作命令，作出相应的执行动作。检测模块40，伴随盾构机执行模块30中虚拟盾构机的动作作同步检测，完成相关参数值的监测并即时显示，如有故障，则显示相应的故障信号。下面结合图2详细说明本发明盾构机培训系统的一种实施过程本发明的盾构机培训系统硬件上可包括两台显示器，第一显示器11及第二显示器31，输入控制装置21，其它辅助硬件系统包括服务器，客户端，音箱等，系统管理模块10及盾构机操作模块20运行，在第一显示器11上显示系统管理操作界面及盾构机的操作界面，在系统管理操作界面下，用户可选择进入系统的某种模式，在本实施例中，该培训系统包括自动演示模式，交互操作模式或考试模式，从而进行下一步动作。如果进入自动演示，则下一步不需人为干预，该培训系统自动进入虚拟操作的演示过程；如果进入交互操作模式，则用户可开始进入下一步的虚拟操作；如果进入考试模式，则用户在系统根据设定限时计分的情况下进行盾构机的虚拟操作。在典型的交互操作模式下，第一显示器11切换进入显示盾构机操作界面，以虚拟 控制屏代替实际控制屏幕，实际盾构机设备上的按钮开关，也采用虚拟开关显示，用户通过输入控制装置21对虚拟盾构机进行操作。盾构机执行模块30运行，在第二显示器31上显示虚拟盾构机，上述盾构机操作模块20中对盾构机的操作命令传递到该虚拟盾构机上，触发虚拟盾构机的动作，同时，伴随盾构机的动作检测模块40作动，在第二显示器31上同步显示虚拟检测信号，包括相关参数值的监测和故障检测，如有故障，则显示相应的故障信号。较优地，该培训系统包括结构原理、盾构操作、日常维护、安全运行等培训内容。较优地，系统管理模块10还可进一步根据用户需求对培训系统进行扩展，如考试模式下可以根据学员不同的时间段和操作习惯增加、删除、修改等方式来更新试题，如其中的经验数据库可进行增加、删除、修改等。较优地，所述第二显示器31上显示的虚拟盾构机的各个工作子系统、各个部件都可进行全屏或多窗口的动态三维实时模拟，显示虚拟盾构机系统的平面图或三维立体图，可直观看到虚拟盾构机的内部动作。较优地，交互操作模式下的互动场景包括作业前检查，盾构推进状态下操作，盾构拼装下操作，盾构辅助系统操作，气闸系统操作等。较优地，显示器可用触摸屏，即显示器集成了输入控制装置21。较优地，该培训系统还可根据学员的需求进行远程培训，在培训学员的计算机终端安装盾构机虚拟培训软件，利用远程网络技术，学员联网登录，通过演示，学习模块对盾构机的结构、运行和操作进行学习，并通过考试模块进行测试，达到培训目的。较优地，所述显示器的分辨率为1600*900，以清晰显示虚拟盾构机的动作。在其它实施例中，也可将盾构机操作模块20采用实际的控制面板或按钮开关面板进行操作，系统管理模块10的操作界面与盾构机执行模块30都在一个显示器上进行显示，切换操作或以多窗口方式操作。这样一显示器和一控制面板同样可实现此盾构机培训系统。虽然本发明的盾构机培训系统已参照当前的具体实例进行了描述，但是本技术领域的技术人员应该认识到，以上的实例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化和修改都将落在本发明的权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种盾构机培训系统，以实际场景的三维建模为基础，其特征在于，包括 一系统管理模块，包括实现整个培训系统的管理，运行模式的切换； 一盾构机操作模块，包括对盾构机进行各种操作的按钮开关； 一盾构机执行模块，为虚拟盾构机，接受上述盾构机操作模块的操作命令，作出相应的执行动作； 一检测模块，伴随上述盾构机执行模块中虚拟盾构机的动作作同步检测，完成相关参数值的监测并即时显示，如有故障，则显示相应的故障信号。
2.如权利要求I所述的盾构机培训系统，其特征在于，其中所述的系统管理模块和盾构机操作模块通过一第一显示器切换显示，通过一输入控制装置输入命令，盾构机执行模块和检测模块通过一第二显示器显示，其它辅助硬件系统包括服务器，客户端，音箱。
3.如权利要求2所述的盾构机培训系统，其特征在于，所述的系统管理模块可进入三种模式，包括自动演示模式，交互操作模式或考试模式，并可根据用户需求对培训系统进行扩展。
4.如权利要求3所述的盾构机培训系统，其特征在于，所述交互操作模式包括作业前检查，盾构推进状态下操作，盾构拼装下操作，盾构辅助系统操作，气闸系统操作互动场景。
5.如权利要求2所述的盾构机培训系统，其特征在于，所述第二显示器上显示的虚拟盾构机的各个工作子系统、各个部件都可进行全屏或多窗口的动态三维实时模拟，显示虚拟盾构机系统的平面图或三维立体图，可直观显示虚拟盾构机的内部动作。
6.如权利要求2所述的盾构机培训系统，其特征在于，所述的显示器可为触摸屏。
7.如权利要求2所述的盾构机培训系统，其特征在于，可根据学员的需求进行远程培训。
8.如权利要求2所述的盾构机培训系统，其特征在于，所述显示器的分辨率为1600*900。
9.如权利要求I所述的盾构机培训系统，其特征在于，该培训系统包括结构原理、盾构操作、日常维护、安全运行等培训内容。
10.如权利要求I所述的盾构机培训系统，其特征在于，所述的盾构机操作模块通过实际面板操作，系统管理模块的操作界面与盾构机执行模块在一个显示器上进行显示并操作。
全文摘要
本发明公开一种盾构机培训系统，以实际场景的三维建模为基础，包括，一系统管理模块，包括实现整个培训系统的管理，运行模式的切换，一盾构机操作模块，包括对盾构机进行各种操作的按钮开关，一盾构机执行模块，为虚拟盾构机，接受上述盾构机操作模块的操作命令，作出相应的执行动作，一检测模块，伴随上述盾构机执行模块中虚拟盾构机的动作作同步检测，完成相关参数值的监测并即时显示，如有故障，则显示相应的故障信号。
文档编号G09B9/00GK102663917SQ20121013347
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者吴恩启, 杜宝江, 闵锐, 黄圣 申请人:上海沪江虚拟制造技术有限公司, 上海隧道工程股份有限公司