一种特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统的制作方法

本发明涉及一种仿真培训系统，具体说是一种特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统。

背景技术

特高压交流变压器作为特高压变电站的重要组成部分，特高压交流变压器的正常运行对维持电力系统的稳定，保证电网的可靠运行具有十分重要的意义。因此，一方面，需要采用先进的特高压交流变压器制造技术，提高设备质量；另一方面，特高压交流变压器属于人工制造的电力设备，还不能实现设备制造的自动化，所有的制造过程都需要人工参与，所以，需要加强对设备生产人员、工艺人员和监造人员的培训，提高他们的操作能力和处理能力。但是，特高压交流变压器批量小，生产过程工艺质量要求高、所需生产资源类型多、质量难以预测、生产周期长已经设备昂贵等特点。因此，开发一个特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统是十分必要的。

目前，特高压交流变压器生产的工艺质量管控主要依靠相关的技术资料和指导文件，而在实际生产条件下，这些资料和文件的缺陷日益暴露出来，例如资料文件大多是文字性的描述，现场阅读理解费时费力；图片资料描述片面，相关人员难于全局掌握，无法给使用者以真实的三维体验；生产、工艺和监理人员对资料文件的理解出现分歧，导致出现沟通问题等。

技术实现要素：

本发明是为了解决目前特高压交流变压器生产的工艺质量管控主要依靠相关的技术资料和指导文件，但资料文件大多是文字性的描述，现场阅读理解费时费力；图片资料描述片面，相关人员难于全局掌握，无法给使用者以真实的三维体验的问题。

本发明采用的技术方案是：一种特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统，其特征在于：硬件设备和软件系统组成，硬件设备接收用户的输入，实时的计算、渲染和输出，显示用户当前正在进行学习的仿真培训内容；硬件设备由输入设备、仿真计算处理设备、输出设备和显示设备组成；所述的软件系统，包含原材料制作工艺质量管控仿真培训模块、线圈制作工艺质量管控仿真培训模块、铁心叠装工艺质量管控仿真培训模块、器身制作工艺质量管控仿真培训模块、油箱制作工艺质量管控仿真培训模块、总装工艺质量管控仿真培训模块。

所述的各个模块的培训展示过程与特高压交流变压器的生产过程保持一致。

所述的原材料制作工艺质量管控仿真培训模块由三维动画、立体声、文字和图片提示点组成，将特高压交流变压器生产各种原材料的名称、材质、案例图片、厂家、工艺处理、质量指标等技术指导资料整合在内，形成基于原材料工艺质量管控的事件触发型模块。

软件系统的各模块均由一系列的工序组成，在正常情况下，按照第一道工序31，第二道工序32，第三道工序33，第四道工序34，……，第n道工序3n的顺序从前往后依次执行生产制造过程。各个仿真培训模块为各道工序(31，32,33,34,……,3n)预留一套与之对应的用户交互事件触发接口(31',32',33',34',……,3n')，即31-31'，32-32'，33-33'，34-34'，……,3n-3n'，在每道工序的触发接口处，仿真培训系统根据后台的配置文件进行事件触发，事件触发后，系统弹出一系列的功能ui，用户根据自身知识的掌握程度，自行选择某个功能ui，调取出相应的功能模块，进行参考学习和培训，并将与该道工序相关的国家标准、行业标准及企业标准的具体条目列出，使用户快速、直观、体系的学习规范化的内容。

本发明的有益效果和特点是：1.特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统全真模拟特高压交流变压器现场生产过程，对关键工艺质量管控要点进行三维展示，并将相关技术和指导文件资料融入其中，全真模拟设备的结构和生产制造过程，给用户更好的学习体验，避免不同专业人员的沟通障碍，大幅提升相关培训人员的学习效率；2.创新性的提出仿真培训过程事件触发机制，并智能提示相关国家标准、行业标准和企业标准中的具体条目；

附图说明

图1：本发明特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统的结构示意图；

图2：本发明各个工艺质量管控仿真培训模块工艺质量管控事件触发机制示意图；

图中标号分别表示：1-特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统，2-硬件设备，3-软件系统，4-输入设备，5-仿真计算处理设备，6-输出设备，7-显示设备，8-原材料制作工艺质量管控仿真培训模块，9-线圈制作工艺质量管控仿真培训模块，10-铁心制作工艺质量管控仿真培训模块，11-器身制作工艺质量管控仿真培训模块，12-油箱焊接工艺质量管控仿真培训模块，13-总装工艺质量管控仿真培训模块，31-仿真培训模块工序1，31'-仿真培训模块工序1触发事件，32-仿真培训模块工序2，32'-仿真培训模块工序2触发事件，33-仿真培训模块工序3，33'-仿真培训模块工序3触发事件，34-仿真培训模块工序4，34'-仿真培训模块工序4触发事件，……，3n-仿真培训模块工序n，3n'-仿真培训模块工序n触发事件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明：

请参照图1，一种特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统，其特征在于：本发明通过虚拟特高压交流变压器绝缘件、线圈、铁心、电磁线、油箱、组附件、设备生产辅助工器具和生产车间，营造了与真实变压器生产相似的环境，连续的仿真出变压器的全部生产过程。系统布置在仿真培训教室内，构建基于服务器和多台pc机的局域网仿真培训系统。根据仿真培训系统要求，每台pc机配置交互设备，并用一台pc机与投影仪相连，以用于教员的教学演示。

本发明通过虚拟特高压交流变压器绝缘件、线圈、铁心、电磁线、油箱、组附件、设备生产辅助工器具和生产车间，营造了与真实变压器生产相似的环境，连续的仿真出变压器的全部生产过程。系统布置在仿真培训教室内，构建基于服务器和多台pc机的局域网仿真培训系统。根据仿真培训系统要求，每台pc机配置交互设备，并用一台pc机与投影仪相连，以用于教员的教学演示；

为解决上述问题，本发明的特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统，由硬件设备和软件系统组成，硬件设备由输入设备4、仿真计算处理设备5、输出设备6和显示设备7组成；

所述的仿真培训系统，包含原材料制作工艺质量管控仿真培训模块8、线圈制作工艺质量管控仿真培训模块9、铁心叠装工艺质量管控仿真培训模块10、器身制作工艺质量管控仿真培训模块11、油箱制作工艺质量管控仿真培训模块12、总装工艺质量管控仿真培训模块13。

如上所述的仿真培训系统，其特征在于：所述的硬件设备接收用户的输入，实时的计算、渲染和输出，显示用户当前正在进行学习的仿真培训内容。

如上所述的仿真培训系统，其特征在于：所述的各个模块的仿真过程与特高压交流变压器的生产过程保持一致；

如上所述的仿真培训系统，其特征在于：所述的原材料制作工艺质量管控仿真培训模块由三维动画、立体声、文字和图片提示点组成，将特高压交流变压器生产各种原材料的名称、材质、案例图片、厂家、工艺处理、质量指标等技术指导资料整合在内，形成基于原材料工艺质量管控的事件触发型模块；

如上所述的仿真培训系统，其特征在于：所述的线圈制作工艺质量管控仿真培训模块、铁心制作工艺质量管控仿真培训模块、器身制作工艺质量管控仿真培训模块、油箱焊接工艺质量管控仿真培训模块和总装工艺质量管控仿真培训模块由三维动画、立体声、文字和图片提示点组成，将上述特高压交流变压器的生产制造工艺流程的工艺处理、质量指标、规范标准等技术指导资料整合在内，形成基于生产制造过程工艺质量管控的事件触发型模块；

如上所述的仿真培训系统，其特征在于：所述的所有工艺质量管控仿真培训模块的都由若干道连续的工序组成；

所有工艺质量管控仿真培训模块的在括选中变压器内部某个三维模型、移动变压器内部某个三维模型、显示和隐藏关键技术工艺质量提示资料文件、调整相机方向、当前仿真培训模块内的其他工序跳转、暂停当前培训模块、退出当前培训模块、调用相关国家标准、行业标准和企业标准文件；

所述的所有工艺质量管控仿真培训模块内，可以由培训人员根据自身经验，进行技术文件资料的上传和修改。

本发明特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统的系统结构如图1所示。特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统1由硬件设备2和软件系统3构成，硬件设备2由输入设备4，仿真计算处理设备5，输出设备6，显示设备7构成，输入设备4接收用户的输入，将信息传输至软件系统3，由仿真计算处理设备5进行渲染计算，并通过输出设备6将计算渲染结果输出，由显示设备7进行显示。

本发明各个工艺质量管控仿真培训模块工艺质量管控事件触发机制示意图如图2所示。特高压交流变压器工艺质量管控仿真培训系统的各个工艺质量管控仿真培训模块分别由一系列的工序组成，在正常情况下，按照第一道工序31，第二道工序32，第三道工序33，第四道工序34，……，第n道工序3n的顺序从前往后依次执行生产制造过程。各个仿真培训模块为各道工序(31，32,33,34,……,3n)预留一套与之对应的用户交互事件触发接口(31',32',33',34',……,3n')，即31-31'，32-32'，33-33'，34-34'，……,3n-3n'，在每道工序的触发接口处，仿真培训系统根据后台的配置文件进行事件触发，事件触发后，系统弹出一系列的功能ui，用户根据自身知识的掌握程度，自行选择某个功能ui，调取出相应的功能模块，进行参考学习和培训，并将与该道工序相关的国家标准、行业标准及企业标准的具体条目列出，使用户快速、直观、体系的学习规范化的内容。

每道工序三维重现了生产工艺的设备结构(主要是设备的局部或内部结构，对应下面的小尺寸物体)和生产场景(指生产车间、大件物体的整体外形，对应下面的大尺寸物体)，三维重现的处理流程的具体步骤如下：

步骤1：获取设备结构和生产场景的深度图像；设备结构和生产场景的深度图像采用深度传感器设备拍摄获取，同时通过图像传感器获取其对应的彩色图像；为了获取足够多的图像，需要变换不同的角度来拍摄同一景物，以保证包含物体的全部信息；具体获取方案是：(a)小尺寸物体：将小尺寸物体放置在旋转平台上，固定传感器来拍摄旋转平台上的物体，(b)大尺寸物体：旋转传感器来拍摄大尺寸物体模型；

步骤2：预处理；受设备分辨率的限制，步骤1获取到得深度图像存在许多缺点，通过对深度图像进行去噪和修复等预处理操作，得到平滑的深度信息；

步骤3：点云计算；经过步骤2预处理后的深度图像具有二维信息，像素点的值是深度信息，表示物体表面到传感器之间的直线距离，以毫米为单位；通过世界坐标系与图像像素坐标系之间的转换关系，计算出深度图像的世界坐标值，得到点云数据；

步骤4：点云配准；同一设备结构和生产场景，通过不同角度拍摄多帧图像，存在多个角度的点云数据，且各组点云之间包含一定的公共部分；通过点云配准算法求解出各组点云数据之间的变换参数，将同一物体的多组点云数据进行空间坐标系变换和归一化处理，得到同一物体的多组点云数据配准结果；

步骤5：经过配准后的多帧图像的深度信息仍为空间中散乱无序的多组点云数据，仅能展现景物的部分信息；通过对点云数据进行融合处理，得到更加精细的重建模型；

步骤6：表面生成：通过点云数据，构造物体的可视等值面，生成物体的表面，得到物体的几何结构模型，模型由几何三角形面片组成；

步骤7：纹理恢复：通过步骤6生成的几何结构模型，由于不携带任何颜色信息，通过纹理恢复，完成模型的纹理贴图操作，使模型与实际设备结构和生产场景外表高度相似。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点；本行业的技术人员应该了解，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只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。