基于VR技術的費托合成安全系統開發范文

本站小編為你精心準備了基于VR技術的費托合成安全系統開發參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：基于vr技術開發的費托合成安全演練培訓系統，為煤化工企業在易燃易爆、高溫高壓、有毒腐蝕等危險環境深度沉浸式體驗與訓練指明了方向，使煤化工生產裝置無法進行的應急演練在虛擬現實場景里得以實現，為煤化工企業員工提供全方位安全應急演練，鍛煉和提升了員工處理突發事故的能力，提高了企業整體應急處置水平。希望能夠為相關企業提供技術支持。

關鍵詞：VR技術；費托合成；安全演練

1VR技術的產生與發展

虛擬現實技術（VirtualReality，VR）是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它可以利用計算機將真實環境生成為一種模擬環境，使參與者不接觸真實環境便可產生一種身臨其境、真實體驗的三維動態視景和實體行為體驗。與3D場景相比，VR技術增加了參與者的深度介入，使人們能夠身臨其境，明顯增加了人們的參與度與感知度。目前，VR技術得到了快速發展，提供了前所未有、使人身臨其境的深度沉浸感，其必將逐步取代平面顯示，成為一種嶄新的、革命式的人機交互手段[1]。當前，VR已成功應用于游戲、購物體驗等娛樂、消費領域，并已逐步進入工業生產領域。事實上，VR技術的概念最初是從工業生產領域和專業培訓領域發展而來，其發展歷程包括準備期和成熟期兩個階段。

1.1準備期

為了克服不適宜在實際裝置、設備及儀器上進行生產培訓的情況，最初通過VR技術將培訓過程轉變為計算機中的虛擬現實場景來進行相應訓練，從而完成在現實中無法實現的培訓過程[2]。VR技術從20世紀80年代起就被廣泛應用于載運工具和流程工業培訓領域，如航天飛機模擬器、飛機模擬器、汽車駕駛模擬器、船舶駕駛模擬器以及仿真工廠等領域，尤其在流程工業培訓領域發展最為迅速。對于大型流程工業，直接將工廠生產流程裝置、設備及儀表等用來對員工進行培訓是不現實的，不僅影響生產，而且操作危險性大、成本高。利用VR技術開發的虛擬現實環境對員工進行培訓，可以使員工盡快熟悉生產環境，縮短崗前培訓時間，提前上崗。在VR技術發展的準備期，雖然VR裝置及其應用并未形成一個系統性的概念；但是，直到目前這種初級VR裝置依然在各行各業培訓及訓練中發揮著至關重要的作用；并且應用的專業領域也從模擬器拓展到交通仿真、事故模擬、行為心理研究、虛擬設備設計與維修等方面，應用專業領域越來越廣泛。在準備期VR設備的明顯缺點是體積大、造價貴，顯示效果受計算機等硬件設備限制使得圖像刷新率、模型精度較低，長時間觀看會帶來強烈眩暈感。

1.2成熟期

隨著計算機等硬件性能的提升以及三維渲染技術的逐步成熟，VR技術刷新率和模型精度存在問題得以逐步解決，成本也開始下降。同時，全幅面眼鏡式VR設備的出現，將人眼完全遮擋并在人類視線內實時重構虛擬世界、跟蹤人類細微動作、實時渲染場景，實現“輕量化”虛擬現實效果，逐漸取消了虛擬座艙、仿真工廠、仿真儀器等的硬件設施，大幅降低了VR環境的構造成本[3]。隨著VR技術的迅猛發展，2016年VR設備實現了小型化。這些都為VR技術在大型流程工業的廣泛應用打下了堅實的基礎。

2VR技術在工業生產中的應用

VR虛擬環境構建成本的大幅降低與VR設備的小型化，使VR技術在大型流程工業中普遍應用成為可能，而圖像刷新率問題的攻克又解決了VR眩暈問題與實現跟蹤不及時問題，使VR技術在大型流程工業中廣泛應用變為現實。全幅面眼鏡式VR設備內置了基于陀螺儀或紅外的視線跟蹤傳感器，可提供90Hz以上的圖像刷新率，從根本上解決了VR眩暈問題與跟蹤問題，使長時間使用VR設備得以實現。如果手機加光學透鏡VR實現方式在技術上取得突破、大幅提升顯示效果與刷新率等視覺體驗，手機將發展成為VR主流設備，將大大促進VR技術在包括大型流程工業在內的各個領域的廣泛應用。目前，借助頭盔穿戴式VR設備已成為虛擬現實新的發展趨勢，必將逐步取代實體仿真工廠而發展成為今后虛擬現實的主要方向。穿戴式VR設備作為培訓用具，其優點在于成本相對較低、可控，可通過構建虛擬現實環境模擬實體工廠中的生產、操作，進行無法在化工企業中演練的火災、爆炸、泄漏等應急演練與處置，提高應急處置能力和水平，提升培訓的效果[4]。

3VR技術在費托合成安全演練培訓系統中應用的意義

在大型流程工業，尤其在化工行業企業，多為高溫高壓、易燃易爆、有毒腐蝕等苛刻工藝操作條件和危險生產環境，在這種危險條件下進行員工生產操作培訓或開展應急演練十分困難；而利用VR技術開發的虛擬現實培訓系統與虛擬現實應急演練系統，易使生產操作培訓與應急演練得以實現。煤制油生產工藝與煤制烯烴生產工藝是當今煤化工行業發展的兩個主要方向，屬于典型的現代大型流程工業。其中，費托合成工段是煤制油生產工藝的核心部分，也是最易發生突發事故的工段。由于煤化工企業在實際生產過程中無法對現實裝置進行火災、爆炸、泄露等突然事故進行應急演練，而為煤化工行業企業開發的煤化工仿真工廠，目前只能進行煤化工生產開、停車操作技能培訓，在DCS控制系統提供緊急情況下停車訓練以及燃燒、爆炸、泄露等突發事故的應急處置演練，不能提供身臨其境的深度沉浸式現場操作演練。利用VR技術開發煤制油費托合成工段虛擬現實安全演練培訓系統，通過提供深度沉浸式費托合成虛擬現實安全演練，會大大提高煤制油費托合成工段應對突發安全事故的應急處置能力，大幅度降低緊急突發事故造成的不利影響，最大限度地保障員工生命安全和企業財產安全。

4基于VR技術費托合成安全演練培訓系統開發研究

將快速發展的VR技術與虛擬現實計算主機、虛擬現實眼鏡、虛擬現實手柄、大屏幕和三維定位儀等VR硬件裝置結合，研究開發費托合成工段安全演練培訓系統，為煤化工行業企業員工和化工專業學生提供深度沉浸式煤制油費托合成工段突發事故應急處置演練，可鍛煉煤化工行業企業員工和化工專業學生應對突發安全事故的應急處置技能，提高處理突發安全事故的應急處置水平與能力，消除緊急突發安全事故造成的不利影響，最大限度保證企業員工生命和企業財產安全。

4.1VR技術費托合成安全演練培訓系統主體框架開發

基于VR技術煤制油費托合成安全演練培訓系統的開發，首先依據煤制油費托合成工段生產實際情況，構建費托合成工段VR技術虛擬現實生產環境，構建的虛擬現實生產環境可充分對接費托合成工段裝置布局，涵蓋費托合成工段的主要生產工藝流程與生產裝置以及緊急突發事故情況下進行停車操作的主要工藝參數調節變化幅度，同時包括突發應急處置的相關知識。

4.2建立基于VR技術費托合成安全演練培訓及考核評價體系

基于VR技術開發的煤制油費托合成安全演練培訓系統，具備模型選擇、倍率選擇、狀態凍結、狀態保存與恢復、實時與歷史趨勢顯示、單人訓練與協同操作、操作員和教師事件記錄、操作員培訓績效監控以及故障設置等模塊，能夠為煤化工企業員工與化工專業學生提供深度沉浸、方便、實用的安全應急處置技能訓練[5]。開發的考評系統具有技能鑒定和考核評價兩種功能，可滿足職業技能競賽、技能鑒定及培訓考核等不同要求，能夠選擇角色演練、設置考評方式并監控考評結果，能夠對受訓人員信息進行管理，實時監控學員成績、保存和導出，對學員成績進行實時管理，最大程度發揮安全演練培訓系統功能。

4.3基于VR技術費托合成安全演練培訓系統開發與應用

基于VR技術煤制油費托合成安全演練培訓系統的開發研究，分別開發了安全應急演練的單人培訓系統、多人培訓系統、為了更快適應和使用安全應急演練培訓系統開發的認知練習系統[6]。

4.3.1費托合成VR技術安全應急演練單人培訓系統開發

為了使煤化工行業企業員工和化工專業學生熟悉掌握費托合成工段安全應急處置程序、步驟及處置措施，開發了單人費托合成VR技術安全應急演練系統，使個人能深度沉浸到費托合成虛擬現實生產環境，接受到火災、爆炸、泄漏等突發狀況的應急處置訓練，進一步熟悉和掌握費托合成工段裝置布局、生產工藝流程與生產設備、附屬裝置、閥門、儀表等控制點以及緊急突發事故情況下進行停車操作和事故處理。同時，通過主要裝置和控制點專業知識介紹與知識問答，了解費托合成主要裝置、設備、突發應急狀況處理的相關知識，掌握了煤化工安全生產基本知識、安全標識的認知、個人防護用品穿戴與使用、防毒防化應急救援培訓、應急救助基本技能、開展防護及緊急停車的應急處置預案，增強應對突發安全事故的處置技能和提升正確處置突發安全事故的能力[7]。

4.3.2費托合成VR技術安全應急演練多人培訓系統開發

為了適應并提高在突發事故中應急處置能力、團隊協作意識和應急響應效率，在VR技術費托合成安全應急演練單人培訓系統的基礎上開發升級了多人培訓系統，以增強班組、車間乃至全廠的團結協作、應對突發安全事故的能力。在多人培訓系統中，可以分別承擔不同的應急處置角色的安全處置任務，熟悉、掌握不同應急處理崗位的應急工作程序與步驟，樹立團隊處理突發安全事故的團結協作精神，從整體上提高團隊科學合理應對處置突發事故的水平與能力。

4.3.3VR技術費托合成安全應急演練培訓認知練習系統開發

為充分發揮VR技術費托合成安全應急演練培訓系統的功能，將單人安全演練培訓系統和多人安全演練培訓系統的作用充分發揮出來，減少學習、適用、培訓、演練時間，應對安全演練培訓系統的功能進行詳細介紹與說明，將模型選擇、倍率選擇、狀態凍結、狀態保存與恢復、實時與歷史趨勢顯示、單人訓練與協同操作、操作員和教師事件記錄、操作員培訓績效監控、故障設置、職業技能競賽、技能鑒定和培訓考核功能模塊等單元的作用、功能、使用方法作詳細說明，使安全演練培訓系統易懂、易學、易記，使學員深度沉浸費托合成虛擬安全應急演練系統，充分發揮其應有作用。

5基于VR技術費托合成安全演練培訓系統存在的不足與改進方向

基于VR技術開發的煤制油費托合成安全演練培訓系統，能夠為煤化工企業提供深度沉浸式火災、爆炸、泄漏等安全性事故的應急演練，大幅度提高了煤化工企業應對安全性事件的能力，降低了安全性事故可能帶來的不利影響，穩定了企業的生產生存能力。但是，硬件發展滯后使得VR虛擬現實技術在煤化工生產培訓領域發展得還不夠充分，基于VR技術費托合成安全演練培訓系統在圖像刷新率、沉浸感覺、手柄操作靈活性、角色互換、訓練內容豐富程度以及獲得應急能力體驗上還存在不足。具體表現在以下幾個方面。第一，由于硬件發展沒有跟上軟件發展的速度，使得圖像刷新率還不能完全與人的行動匹配，導致場景畫面轉換不同步，削弱了體驗感。第二，沉浸感不足主要表現在各崗位體驗感還有差距，整體框架裝置在觸摸或碰撞時沒有實物感、各裝置結構與現場不能完全吻合、不能對每個裝置進行相應的應急處置操作，費托合成安全應急演練不能與裝置緊急停車完美結合，使得訓練內容的豐富程度、訓練人員的應急體驗、突發情況下處理問題的能力受到了影響。第三，多人培訓系統不能自定協同操作人數，使不同人數進行安全演練的靈活程度受到限制。第四，全幅面頭盔式眼鏡還是有線設備，在操作過程中反應不夠靈活、方便，操作的幅度也受到一定程度的限制，降低了體驗感，無線裝備將會使操作體驗有較大提高。

6結語

基于VR技術開發的煤制油費托合成安全演練培訓系統，很大程度上解決了煤化工企業易燃易爆、高溫高壓、有毒腐蝕等危險條件獲得深度沉浸虛擬體驗機會，使得在煤化工企業無法進行的應急演練在虛擬現實場景里得以實現，鍛煉了員工，提高了處理突發事件的應急能力。當VR技術硬件裝置取得進步、軟件得以進一步完善后，基于VR技術開發的煤制油費托合成安全演練培訓系統功能必將越來越完善，能夠為煤化工企業員工提供全方位安全應急演練，大幅度提高員工的應急處置水平與能力。

參考文獻

[1]郭珍珍,陳晉.VR技術在現代教學中的應用[J].現代商貿工業,2018(34):164-165.

[2]郭力源.VR技術在煤礦安全生產中的應用[J].科學技術創新,2018(27):152-153.

[3]楊波.基于VR技術的仿真虛擬教學資源應用開發[J].信息記錄材料,2018,19(11):177-179.

[4]郭力源.VR技術在微生物實驗教學中的應用[J].科技創新導報,2018(13):230-232.

[5]朱連毅.基于HLA和VR的煤化工現場突發事故應急管理培訓研究[J].中國集體經濟,2011(2):208,216.

[6]易濤.基于HLA架構下的化工安全虛擬現實仿真演練系統[J].中國集體經濟,2011,24(4):519-523.

[7]易濤.化工安全虛擬現實仿真系統的設計與實現[J].計算機與應用化學,2006,23(1):49-54.

作者:唐文秀 單位:寧夏工商職業技術學院