浙江電力52ZHEJIANG ELECTRIC POWER2014年第6期循環(huán)水泵虛擬檢修系統(tǒng)的研究與應(yīng)用牟文彪,蔣良2,嚴(yán)振聲3(1.浙江能源集團(tuán)有限公司,杭州310007;2.國網(wǎng)浙江省電力公司臺州供電公司,浙江臺州3180163.浙江聚欣科技有限公司,杭州310012)摘要:為了滿足發(fā)電企業(yè)對設(shè)備檢修人員的培訓(xùn)需求,針對當(dāng)前臺州發(fā)電廠循環(huán)水泵檢修人員培訓(xùn)過程中所面臨的實際問題,研究并開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)電廠循環(huán)水泵檢修系統(tǒng)。分析循環(huán)水泵虛擬檢修系統(tǒng)的功能特點,完成系統(tǒng)總體框架設(shè)計,明確了系統(tǒng)軟/硬件組成,硏究了虛擬檢修系統(tǒng)所需的關(guān)鍵技術(shù),并在此基礎(chǔ)上完成了循環(huán)水泵虛擬檢修系統(tǒng)的研制。該成果已獲得成功應(yīng)用。關(guān)鍵詞:發(fā)電廠;循環(huán)水泵;虛擬檢修;虛擬現(xiàn)實技術(shù);應(yīng)用中圖分類號:TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號:1007-1881(2014)06-0052-04Research and Application of Virtual Maintenance System for CirculatingWater PumpMOU Wenbiao, JIA NG Liang, YAN Zhensheng(1. Zhejiang Provincial Energy Group Co., Ltd, Hangzhou 310007, China2. State Grid Taizhou Power Supply Company, Taizhou Zhejiang 3 18016, China;3. Zhejiang Juxin Technology Co, Ltd, Hangzhou 310012, China)Abstract: In order to meet the requirements of power generation enterprises on equipment maintenance personnel training and aiming at the current practical problems during circulating water pumtenance andpersonnel training in Taizhou Power Plant, a maintenance system for circulating water pump based on virtualreality technology is studied and developed. This paper analyzes function features of virtual maintenance system for circulating water pump, completes overall framework design of the system, determines the hardwareand software composition of the system and investigates key technologies for virtual maintenance system, onthe basis of which the development of virtual maintenance system for circulating water pump is completed.aally applied in practice usKey words: power plant; circulating water pump; virtual maintenance; virtual reality technology; application隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,社會對于電能的根據(jù)傳統(tǒng)的檢修流程,虛擬檢修系統(tǒng)應(yīng)包括需求日益增長。發(fā)電廠設(shè)備也向著高性能、大型設(shè)備的虛擬拆卸、虛擬維修和虛擬裝配3個對應(yīng)化的方向不斷發(fā)展,設(shè)備維護(hù)人員個人技能成為的組成部分。根據(jù)系統(tǒng)功能特點,綜合考慮經(jīng)濟(jì)影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要因素之一。傳統(tǒng)的性和方案的成熟性,將系統(tǒng)劃分為用戶體驗層、采用物理樣機進(jìn)行檢修培訓(xùn)的體系,不僅培訓(xùn)成應(yīng)用層和數(shù)據(jù)支持層,總體框架如圖1所示。本高,而且浪費人力物力,已不能滿足現(xiàn)實的需從圖1可見,系統(tǒng)仿真所需的所有多媒體資要。因此,將VR(虛擬現(xiàn)實)技術(shù)引入到發(fā)電廠源及數(shù)據(jù)資源都由數(shù)據(jù)支持層提供,包括虛擬檢設(shè)備檢修,設(shè)計開發(fā)基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)電廠修場景所需的各種3D模型庫、檢修與拆裝工藝循環(huán)水泵虛擬檢修系統(tǒng)具有可行性庫,以及用于存儲用戶信息的數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用層是1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計整個虛擬維護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵,封裝了虛擬環(huán)境及用戶界面(UⅠ)層的底層響應(yīng)。而用戶層則是最直觀11框架設(shè)計與用戶最息息相關(guān)的部分,它將已經(jīng)加載的3D2014年第6期浙江電力53用戶界面示軟件 Quest3D以其獨特的優(yōu)勢,被廣泛運用于虛擬現(xiàn)實、動畫制作等行業(yè)。考慮到開發(fā)平臺的成熟性、穩(wěn)定性以及與發(fā)檢修作數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)庫電廠現(xiàn)有其它系統(tǒng)的兼容性,發(fā)電廠循環(huán)水泵虛業(yè)工程擬檢修系統(tǒng)在開發(fā)時采用了以下軟件配置方案:(1)幾何建模工具:由于系統(tǒng)涉及多種設(shè)備,[場景3模型】如果完全采用3DMax建模,不僅工作量大,還設(shè)備3D模型系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫可能會存在模型尺寸不精確的問題。因此,采用Solid works與3DMax相結(jié)合來建立循環(huán)水泵設(shè)F音光源特雙]備零部件及維修場景的三維模型,最后利用3D圖1系統(tǒng)總體框架Max自帶的功能對模型進(jìn)行渲染和優(yōu)化處理。(2)ⅤR開發(fā)平臺:荷蘭Act-3D公司研制開發(fā)模型及特效通過應(yīng)用層模塊的組織及處理在虛擬的αuest3D軟件,可用于虛擬仿真功能模塊的創(chuàng)環(huán)境直觀地表現(xiàn)出來,給予用戶直觀的交互界建、人機交互界面的設(shè)計以及各模塊的集成。面,方便用戶進(jìn)行各種操作。(3) MySQL數(shù)據(jù)庫軟件:在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的選擇1.2總體結(jié)構(gòu)上,主要考慮與發(fā)電廠現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兼容本系統(tǒng)是基于普通PC機的數(shù)字化訓(xùn)練平性,為降低系統(tǒng)的使用成本,決定采用SUN公司臺,包括能夠生成具有高逼真度3D畫面的計算開發(fā)的MySαL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。機系統(tǒng)、視景仿真系統(tǒng)以及能夠與圖像相配合的14系統(tǒng)硬件配置語音系統(tǒng)。操作人員通過該系統(tǒng)的使用,能夠更由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)需要進(jìn)行大量圖形數(shù)據(jù)的加熟悉循環(huán)水泵設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)和拆裝順序,可處理,在早期的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中往往采用大型圖有效提高水泵拆裝操作訓(xùn)練水平形工作站及環(huán)形大屏幕投影系統(tǒng)。隨著計算機軟/根據(jù)前期對系統(tǒng)功能目標(biāo)的分析,綜合考慮硬件技術(shù)的飛速發(fā)展,目前,1臺配備有高端獨系統(tǒng)后續(xù)的兼容性和可擴(kuò)展性,還要建立1個具立顯卡的普通PC機已經(jīng)能夠滿足虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有高沉浸感的仿真訓(xùn)練平臺,并需要與之相配合的需要。的高性能軟硬件平臺。本系統(tǒng)采用以高性能計算機為核心,兼有立體顯示系統(tǒng)、立體聽覺系統(tǒng)2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究虛擬檢修系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu),如圖2所示。2.1三維幾何模型的創(chuàng)建及優(yōu)化由于本系統(tǒng)主要用于循環(huán)水泵設(shè)備的拆裝作立體業(yè)訓(xùn)練,要求相關(guān)零部件配合準(zhǔn)確。因此,在創(chuàng)界面建三維幾何模型時,根據(jù)模型的不同用途,采用立體2種不同的建模方法。對于主要機械設(shè)備,由于其精度要求較高,采用 Solidworks建模,再將模鍵盤鼠標(biāo)操作手柄型導(dǎo)入3DMax中進(jìn)行優(yōu)化。對于尺寸精度要求用戶不高的外圍場景,則直接在3DMax中完成建模。圖2虛擬檢修系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配完成后的效果如圖3所示22虛擬檢修系統(tǒng)中碰撞檢測技術(shù)研究1.3系統(tǒng)軟件配置在現(xiàn)實世界中,2個實體對象不可能共享同隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,虛擬現(xiàn)實開發(fā)一空間區(qū)域,為使虛擬環(huán)境更加真實,必然涉及軟件也越來越多,其中具有代表性的產(chǎn)品有 Smart實體碰撞與碰撞檢測技術(shù)。碰撞檢測按照過程的Collision, prEsENSE, eon Professional, Quest3D先后順序可分為3個部分:碰撞檢測、碰撞分析等。其中由荷蘭Act-3D公司開發(fā)的專業(yè)虛擬顯和碰撞響應(yīng)。碰撞檢測用來確定2個或者多個實54牟文彪,等:循環(huán)水泵虛擬檢修系統(tǒng)的研究與應(yīng)用2014年第6期圖3循環(huán)水泵基座裝配模型體是否發(fā)生碰撞,但是對于像發(fā)電廠循環(huán)水泵檢圖4循環(huán)水泵解體培訓(xùn)界面修系統(tǒng)這種規(guī)模大、集成度髙的系統(tǒng)來說,碰撞?掌握循環(huán)水泵的基本結(jié)構(gòu),熟悉循環(huán)水泵各部分檢測不僅需要做出判斷,還需要提供盡可能多的的拆裝流程及注意事項。為客觀體現(xiàn)培訓(xùn)效果信息,以幫助系統(tǒng)做出正確的處理。本系統(tǒng)同時提供了1套完整的評價體系,用4個系統(tǒng)開發(fā)時采用以O(shè)BB包圍盒算法為核心不同的指標(biāo)對操作者的實際操作進(jìn)行評價,這4的 RAPID碰撞函數(shù)庫作為本系統(tǒng)的碰撞檢測引個指標(biāo)分別是:操作步驟的正確性、操作的合理擎。將模型中需要拆裝作業(yè)的零部件劃分為相應(yīng)性、操作時間以及系統(tǒng)管理員卬象?？己藭r,系的正六面體,通過對模型OBB-Tree相交狀態(tài)的統(tǒng)得到4個指標(biāo)的原始評分后,根據(jù)數(shù)據(jù)庫中設(shè)測試來完成碰撞檢測過程。定的指標(biāo)權(quán)重比,計算出綜合評分。系統(tǒng)允許管開發(fā)時,預(yù)先為所需拆裝的循環(huán)水泵的每個理員針對不同的考核需要調(diào)整各指標(biāo)的權(quán)重,以零部件及所需工器具建立AABB和OBB包圍盒求達(dá)到最合理的評分結(jié)果。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹。進(jìn)行碰撞檢測時,系統(tǒng)先利用AABB包圍盒進(jìn)行初步的碰撞檢測,當(dāng)確認(rèn)有包圍層碰系統(tǒng)應(yīng)用及功能特點撞發(fā)生時,再利用OBB算法對碰撞進(jìn)行精確檢2011年,臺州發(fā)電廠立項開展發(fā)電廠設(shè)備虛測。采用這樣的檢測機制,不僅能夠盡可能提高擬檢修研究,項目組包括信息、設(shè)備管理、檢修運算速度,還能夠滿足復(fù)雜拆裝場景對碰撞檢測等專業(yè)技術(shù)骨干和合作單位工程師,利用計算機的精確性要求仿真技術(shù),結(jié)合現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實技術(shù),以循環(huán)水泵防穿透算法也是虛擬檢修系統(tǒng)開發(fā)過程中的為實例,完成了發(fā)電廠設(shè)備虛擬檢修平臺的開項關(guān)鍵技術(shù)。本系統(tǒng)利用碰撞引擎,開發(fā)了獨發(fā)。在系統(tǒng)開發(fā)過程中,在臺州發(fā)電廠檢修分場特的穿透預(yù)防機制。當(dāng)進(jìn)行拆裝作業(yè)時,系統(tǒng)會同步試用,并根據(jù)用戶反饋不斷改進(jìn)。系統(tǒng)開發(fā)實時追蹤所涉及的零部件實體的包圍盒,若檢測完成后,由浙江省電力培訓(xùn)中心在發(fā)電廠檢修人到AABB包圍盒層次發(fā)生碰撞,系統(tǒng)將調(diào)用OBB員培訓(xùn)班中進(jìn)行了實際應(yīng)用檢測算法進(jìn)行精確的碰撞檢測本系統(tǒng)實現(xiàn)了對設(shè)備的虛擬拆裝、虛擬維2.3循環(huán)水泵虛擬檢修系統(tǒng)的實現(xiàn)修,使用戶能夠直觀地了解設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)、檢發(fā)電廠循環(huán)水泵虛擬檢修系統(tǒng)主要分為循環(huán)修工序、拆裝方法等,幫助培訓(xùn)人員可視化地了水泵解體準(zhǔn)備工作、泵解體及檢修、電機解體及解發(fā)電廠大型復(fù)雜設(shè)備檢修過程的操作步驟,提檢修、整泵組裝和檢修組裝后期工作及技術(shù)參數(shù)供檢修培訓(xùn)新的模擬環(huán)境,可有效克服以實際設(shè)找正等5個部分。備進(jìn)行培訓(xùn)所帶來的時間、場地和安全性上的限虛擬檢修系統(tǒng)的每個部分都有檢修步驟演制,避免培訓(xùn)成本過高和設(shè)備易損壞等弊端示、檢修培訓(xùn)以及培訓(xùn)效果考核3種工作模式。本系統(tǒng)主要用于發(fā)電廠循環(huán)水泵設(shè)備的檢修典型操作界面如圖4所示操作訓(xùn)練及考核,具有以下幾個方面的功能特點開發(fā)本系統(tǒng)的目的是為了幫助使用者更快地(1)系統(tǒng)能夠真實準(zhǔn)確地反映SEZ1800-15202014年第6期浙江電力55型立式抽芯單級混流泵的結(jié)構(gòu)特點,其模型尺寸等缺點。如能進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)、控制開發(fā)成本、與真實混流泵相同或者成比例。提高軟件復(fù)用性,該系統(tǒng)將具有較高的推廣價2)系統(tǒng)集成循環(huán)水泵檢修的相關(guān)內(nèi)容及常值,可廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠復(fù)雜設(shè)備的檢修培訓(xùn)見的故障情況,可滿足檢修訓(xùn)練的要求。為檢修人員的培養(yǎng)打開一片新的天地件拆裝的精細(xì)操作步驟,不僅能夠通過連續(xù)三維參考文獻(xiàn):動畫的形式進(jìn)行播放,還能通過鍵盤、鼠標(biāo)等輸「李宏波核電站關(guān)鍵設(shè)備虛擬裝配仿真系統(tǒng)J中國高入設(shè)備實現(xiàn)人機交互。新技術(shù),2008(15):100-10(4)系統(tǒng)集成文字、語音以及相關(guān)文檔和圖121曾洪濤,曹禹,曾兵,等基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的水電廠檢片等信息,全面直觀地反映檢修作業(yè)過程中可能修教學(xué)平臺電氣電子教學(xué)學(xué)報,2009,31(4):73-753]董林茂通用變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建平臺[D廈門:出現(xiàn)的問題及注意事項廈門大學(xué),2008(5)具有訓(xùn)練考核功能,在考核培訓(xùn)模式下,[41 CHRISTER ERICSON. Collision detection and proximity系統(tǒng)能夠記錄學(xué)員的操作步驟,在考核結(jié)束后根J]. IGGRAPH,2004:270-287據(jù)知識庫進(jìn)行評判打分。(6)可以根據(jù)需要對訓(xùn)練場景及知識庫進(jìn)行編輯,不僅能夠編輯訓(xùn)練中的圖示說明、語音以及訓(xùn)練項目,還能修改操作規(guī)程和操作步驟,以收稿日期:2014-02-19滿足不同用戶的需求。作者簡介:牟文彪(1968-),男,浙江臺州人,碩士,高級工結(jié)語程師,長期從事電力生產(chǎn)及技術(shù)管理工作。(本文編輯:徐晗)基于現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究開發(fā)的發(fā)電廠循環(huán)水泵虛擬檢修系統(tǒng),具有完備的循環(huán)水泵虛擬檢修功能,技術(shù)水平較高,在實際應(yīng)用中取得了良好的效果,但還存在開發(fā)成本高、開發(fā)周期長目次條湖州泰侖電力設(shè)備有限公司…………(封面)浙江欣凱銳電力發(fā)展有限公司…(彩9)虎牌電務(wù)(杭州)有限公司封2)浙江省電力建設(shè)有限公司浙江泰侖電力集團(tuán)有限責(zé)任公司……(彩1)彩嘉興恒創(chuàng)電力設(shè)計研究院有限公司浙江大有實業(yè)有限公司配電工程分公司(彩2)浙江萬馬電纜股份有限公司………(彩3)寧波電力設(shè)計院有限公司……浙江電力電子技術(shù)有限公司……(彩4,彩5)杭州欣美成套電器制造有限公司裊杭州清源電力設(shè)計有限公司…(彩6)杭州柯林電力設(shè)備有限公司…杭州凱達(dá)電力建設(shè)有限公司(彩7)杭州市電力設(shè)計院有限公司(封3)學(xué)浙江群力電氣有限公司…(彩8)杭州大有科技發(fā)展有限公司………(封底)≈兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆兆類兆兆兆兆兆兆兆兆兆