本发明涉及一种燃气行业的一种基于虚拟仿真的燃气行业教培考系统及其使用方法。
背景技术：
燃气行业为高危行业，因此对从业人员的专业能力要求较高。从业人员在上岗前必须进行对应的专业培训和考核。由于燃气行业的操作危险系数较高，且燃气行业的设备在运行过程中并不能进行随便的拆卸、调试，因此企业通常会选择图片展示、动画展示等方法进行理论培训，导致很多从业人员对燃气设备的结构、工作原理、调试方法、检维修操作只停留在理论阶段，很难达到实质的技术提升，降低了从业人员的工作适应效率。目前，为提高燃气从业人员的专业技能，在保证培训成本的前提下进行了实训基地的建立。此时，从业人员可以在实训基地的实物条件和环境中进行培训，但是实训基地数量有限，从业人员需要集中至基地集体培训，该培训时间具有局限性，且培训效率低下，培训成本较高。此外，实训基地的修建需要较大的集中用地，才能实现对应培训室的设立。并且实训基地需要采购实物器材、设备以及系统，设立成本较高。同时，该基地需要大量维护成本以及工作人员的投入，因此后续仍需要大量的费用支出。实训基地中通常使用压缩空气代替燃气进行培训操作，从而降低成本，并降低操作中的危险性。但是，该操作仍是带压操作，具有一定的危险性，不利于人员人身安全的保障。由上可知，实训基地为保证培训安全系数，仍是在燃气行业基础上进行的系统改进，无法实现百分之百的模拟，则难以模拟突发情况，应急演练培训内容受限，效果不佳，不利于从业人员的技能的全面提升。此外，燃气行业从业人员的考试也需要集中至实训基地进行集中考试，从而导致考试人数受限，考试灵活性低，同时考试操作为监考老师的主观判断，容易产生评判偏差，不利于考试的公正性。
如发明专利cn201020551164.0公开了一种管道燃气员工仿真培训操作台。该专利主要解决现有技术中在对新参加工作人员进行培训时难以对管道燃气的调压装置进行实际操作的问题。其特征在于：操作台包括一套依序连接的进气管、进气管阀门、过滤器、调压器、出气管阀门、出气管、计量表、安全切断阀、压力表、排污阀和放散管以及控制箱；控制箱内包含有工业用计算机以及可供此计算机驱动的电气控制执行器，工业用计算机内置管道燃气员工仿真培训计算机程序，所述电气控制执行器用于控制进气管阀门、过滤器、调压器、出气管阀门、安全切断阀以及排污阀，具有可实现管道燃气调压流程全真模拟的特点，使员工能够得到实际操作的锻炼。但是该操作台仅仅可进行管道燃气调压装置的培训，培训内容较为局限，无法满足燃气行业从业人员的系统培训操作。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是提供一种有效提高燃气行业从业人员培训效果的一种基于虚拟仿真的燃气行业教培考系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于虚拟仿真的燃气行业教培考系统，包括教学板块、实操培训板块和考试板块，所述教学板块、实操培训板块和考试板块包括对应的模型库、题库和理论数值模拟库，所述模型库包括根据燃气行业的实际操作场景创建的三维虚拟场景和根据燃气行业的实际操作使用工具、设备和系统分别创建的虚拟工具模型、虚拟设备模型和虚拟系统模型，所述教学板块和实操培训板块设置有系统提示模块与练习模块，所述系统提示模块用于具体操作步骤的展示，所述练习模块用于对所学内容进行理论和操作的模拟训练，所述教学板块、实操培训板块和考试板块设置有评分模块，所述评分模块用于实现练习模块的评分操作和考试板块中从业资格的取证评分操作。
本发明依据虚拟仿真系统构建网络教学培训考试平台。该系统包括考试板块、实操培训板块和考试板块，三个板块整合在一个系统中并加载于中心服务器、客户端上。操作人员通过计算机、移动设备等连接该平台服务器运行教培考系统，以不同的输入输出设备实现操作，完成相应的教学、实操培训、考试内容。该系统的设置有效提高了燃气行业教学、实操培训和考试的灵活性，降低了成本，同时极大地提高了培训效果。
进一步的是，教学板块、实操培训板块和考试板块还包括虚拟现实模块和体感模块，所述虚拟现实模块用于通过外部设备向操作人员展示创建的三维虚拟场景、虚拟设备模型和虚拟工具模型，所述体感模块用于设置操作过程中操作人员可能使用的动作以及每个动作对应的系统操作命令，所述体感模块设置有体位传感器，所述体位传感器用于识别操作人员的动作并实现对应的系统操作命令。
进一步的是，所述外部设备为vr设备、ar设备或mr设备。
进一步的是，教学板块、实操培训板块和考试板块还包括数据同步模块和数据记录分析模块。
一种基于虚拟仿真的燃气行业教培考系统的使用方法，其步骤包括:
a、根据燃气行业的实际操作场景创建三维虚拟场景并根据燃气行业的实际操作使用工
具创建虚拟工具、虚拟设备模型及虚拟系统模型，从而形成模型库，同时，根据燃气行
业的从业要求建立对应的题库和理论数值模拟库；
b、步骤a中的模型库、题库和理论数值模拟库组合构建形成教学板块、实操培训板块和
考试板块；
c、操作人员登录进入该系统；
d、进行教学板块、实操培训板块或考试板块的选择；
e、操作人员选择对应板块的实现形式以及操作内容；
f、直至对应板块内容完成；
g、重复步骤d至f，直至完成所有操作。
进一步的是，所述教学板块和实操培训板块设置有系统提示模块与练习模块，所述系统提示模块用于具体操作步骤的展示，所述练习模块用于对所学内容进行理论和操作的模拟训练。
进一步的是，所述教学板块、实操培训板块和考试板块设置有评分模块，所述评分模块用于实现练习模块的评分操作和考试板块中从业资格的取证评分操作。
进一步的是，所述教学板块、实操培训板块和考试板块中设置有虚拟现实模块和体感模块，所述虚拟现实模块用于通过外部设备向操作人员展示创建的三维虚拟场景、虚拟设备模型和虚拟工具模型，所述体感模块用于设置操作过程中操作人员可能使用的动作以及每个动作对应的系统操作命令，所述体感模块设置有体位传感器，所述体位传感器用于识别操作人员的动作并实现对应的系统操作命令。
进一步的是，所述外部设备为vr、ar或mr设备。
进一步的是，所述教学板块、实操培训板块和考试板块中设置有数据同步模块和数据记录分析模块。
本发明的有益效果是：
1、该系统通过模型库的设立避免了场地的占用，同时避免了实物器材、设备及系统的制备，根据燃气行业的实际操作场景创建的三维虚拟场景和根据燃气行业的实际操作使用工具创建的虚拟工具模型保证了培训效果并降低了设置成本，且该系统的升级维护成本较低、易于复制推广，进一步实现了培训成本的合理利用；
2、该系统的设置避免了从业人员的集中培训，提高了教培考操作的灵活性，保证了教学、实操培训和考试的效率及效果，扩大了受众群体，同时实现了各种培训情景的展现，并对操作人员的人身安全不会产生威胁，安全可靠，具有极强的拓展性；
3、评分模块的设置，避免了人工评定，降低了人员数量的需求，降低了成本，同时保证了评定公正性，提高了评定效率；
4、该系统易于实现数据的实时更新，当具有新技术产生时，通过模型库的更新即可保证该系统与现有技术的一致性，避免了实物的购买，极大地降低了成本，同时保证了从业人员培训内容的最新性，为上岗人员的工作能力提供了保障；
5、vr、ar、mr设备的使用，提高了操作人员操作过程中的真实感，提升了系统的使用效果，同时该设备相对于燃气实训基地的实物器材、设备及系统的采购成本低，在保证效果的同时并对成本的投入实现了合理缩减；
6、数据同步模块和数据记录分析模块的使用，对实操过程中产生的数据进行实时的反馈，提高了系统操作效率，同时为系统的维护以及操作人员的操作水平进行了及时的反馈，为系统的正常使用提供了保障。
附图说明
图1为本发明一种基于虚拟仿真的燃气行业教培考系统及其使用方法的燃气行业教培考系统结构示意图；
图2为本发明一种基于虚拟仿真的燃气行业教培考系统及其使用方法的燃气行业教培考系统使用方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
该燃气行业的教培考系统的结构如图1所示，工作人员根据燃气行业的实际操作场景创建三维虚拟场景，并根据燃气行业的实际操作使用工具创建虚拟工具模型，同理进行虚拟设备模型以及虚拟系统模型的创建。该模型库的构建与实际应用相匹配，则从业人员在该系统中可以体会到真实的操作场景，保证了该系统使用效果，保障了从业人员的专业性。为提高该教培考系统的适用广泛性以及实现形式多样化，该模型库中还设置有人物模型，从而实现不同人称主题的实现参与方式。同时工作人员根据实际需求在该系统中进行对应燃气行业题库和理论数值模拟库的构建。模型库、题库和理论数值模拟库相配合形成对应的教学板块、实操培训板块和考试板块。题库应根据实际情况包括理论资料库和实操资料库，理论数值模拟库包括设备仿真和系统仿真。系统中还设置有对应的动画库，动画库包括场景动画、原理动画和人物及操作动画，从而与模型库相配合实现系统的虚拟仿真效果。该系统的输入输出可利用电脑的鼠标、键盘和显示屏实现，同时也可以利用vr设备、ar设备和mr设备实现。此时该系统中需要设置虚拟现实模块和体感模块，则外部设备通过虚拟现实模块实现与模型库的连通，实现使用真实感的提升。同时，工作人员利用体感模块设置操作过程中操作人员可能使用的动作以及每个动作对应的系统操作命令。操作人员的手势可通过体感模块中的体位传感器进行识别并实现对应的系统操作命令。vr设备、ar设备以及mr设备的应用有效提高了仿真效果，增强了操作人员的操作真实感，体验感受的提升对操作人员的教学培训质量实现了极大地增强。
该教培考系统的使用方法如图2所示。工作人员在进行对应的系统建立后，操作人员首先登录进入系统。该登录方式可通过电脑或移动客户端的app登录，也可通过网页登录方式。此时为加强管理，操作人员的登录权限可由管理员进行分配或通过对应的注册程序进入。操作人员进入系统后首先进行教学板块、实操培训板块或考试板块的选择。该系统可直接通过模型库的更新来保证该系统与现有技术的一致性，避免了实物的购买，极大地降低了成本，同时保证了从业人员培训内容的最新性，为上岗人员的工作能力提供了保障。
若操作人员选择教学板块，根据输入输出设备的不同，操作人员可选择对应的教学形式，如视频教学、ar教学等。视频教学通过对应的视频观看实现教学操作。ar教学可通过手机等具有摄像头的设备对燃气设备、二维码等可识别标识进行扫描，此时输出设备进行对应的教学内容的展示。该ar设备以虚实叠加的效果呈现设备结构、原理、拆装流程等教学内容，有效提高了教学效果。此外，该教学操作可利用vr、mr设备进行教学操作的实现。同时该教学操作可通过场景教学形式，即在已建模的场景中，通过语音、文字、视频等进行教学，操作人员可以通过输入输出设备进行场景交互。
若操作人员选择实操培训板块，则操作人员首先进行实操培训形式的选择。该实操培训形式可以设置为ar培训、第三人称场景培训、vr培训等。若操作人员选择ar培训，则首先利用摄像头进行燃气设备或二维码等可识别标识的扫描，从业人员也可以在已有的菜单列手动选择，然后进行对应设备的培训内容的选择，如调压器的调压作业、拆装作业、维护作业等。此时操作人员跟随系统的指导进行对应的逐步操作，比如将触屏滑动某个零件至正确位置组装、依次点击零部件拆装顺序等，直至操作结束进行另一个培训内容的选择。在该系统中可设置第三人称模型，则操作人员可选择第三人称场景培训，则操作人员首先在已建模的场景中选择培训内容，然后通过鼠标、键盘或触摸屏等跟随系统的指导进行逐步操作。除此之外，操作人员可以通过vr设备在已建模的场景中选择培训内容，操作人员通过受训人员vr显示器、手柄、追踪器等跟随系统进行逐步操作，直至所有的培训内容完成。在培训中涉及多人协同操作的状况，多名操作人员可同时进行登录进入同一虚拟环境中，有利于真实场景的展现模拟，保证了操作人员的培训效果。系统提示模块的设置保证了操作人员的培训效果，保证了操作的规范性。
该教学板块和实操培训板块增加一个练习模块，所述练习模块用于对所学内容进行理论和操作的模拟训练。在进行练习模块时，教学板块和实操培训板块中的系统提示去除，即操作人员根据情况自行进行操作。所述教学板块、实操培训板块和考试板块也设置有评分模块。操作人员在进行练习操作后，通过数据同步模块和数据记录分析模块，将操作人员的操作与正确操作相对比，进而利用评分模块进行评分，有利于培训人员及时地发现自己的技术漏洞进而有效地加强对应内容的强化，保证了培训质量，提高了培训教学有效性，同时对后续的考试以及从业提供了保障。
当操作人员选择考试板块后，同上述教学板块和培训板块，首先进行考试形式的选择。该考试实现形式可同上述教学模式或培训模式的实现形式，但是该考试板块中并没有系统指导，即操作人员自己根据实际情况进行相应的操作。如工作人员进入对应场景中选择考试内容，然后根据对应的题目利用vr显示器、手柄、手势等进行操作，直至考试完成。评分模块进行评分操作，进而评定是否达到取证资格。评分模块的设置，避免了人工评定，降低了人员数量的需求，降低了成本，同时保证了评定公正性，提高了评定领证效率。
此外该教学板块、实操培训板块和考试板块中的内容可以按照理论与操作分类、按照设备与系统分类，也可以按照燃气行业的工种进行分类等。该系统的逐层细分操作保证了教学培训效果，同时提高了考试的权威性。为保证操作人员的工作能力，该系统可进行对应的教学、实操培训和考试时长的设置。同时系统设置有数据记录分析模块，从而为人们提供教学培训效果、考试分值等反馈。此外，该系统可实现即时的数据更新，以保证操作人员的从业技能，有效提高了燃气行业的安全性以及专业性。同时，该系统可进行第三人称模块设置，扩大教学板块、实操培训板块和考试板块的实现形式。该系统的使用提高了教学、培训以及考试的灵活性，避免了从业人员的集中培训，提高了从业速度以及从业质量，促进了资源的合理配置。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。