李峰云 梁東明 黃國雄

(1.佛山供電局人力資源部 528000；2.佛山供電局人力資源部 528000；3.佛山順德供電局綜合部 528300)

基于生產(chǎn)班組一體化工作手冊的輔助三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是佛山供電局進(jìn)一步推進(jìn)一體化管理落地，打造生產(chǎn)班組一體化示范基地，以“生產(chǎn)班組一體化工作手冊”為基礎(chǔ)，全面規(guī)劃一體化管理培訓(xùn)體系，構(gòu)造立體式、仿真式培訓(xùn)體系, 確保一體化管理切實(shí)落地。系統(tǒng)主要通過研究、應(yīng)用三維仿真技術(shù)，建立虛擬的、具有三維可視效果的作業(yè)環(huán)境，對安全生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)行仿真操作培訓(xùn)，使受訓(xùn)人員安全、規(guī)范、高效地熟悉生產(chǎn)班組一體化工作手冊的業(yè)務(wù)指引和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)要求，切實(shí)提高生產(chǎn)班組一體化工作手冊實(shí)用化水平和受訓(xùn)人員的業(yè)務(wù)技能。

1 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

1.1 體驗(yàn)式模擬仿真培訓(xùn)

（1）全軟件模擬。系統(tǒng)以全軟件模式實(shí)現(xiàn)，基于局域網(wǎng)運(yùn)行，由客戶端應(yīng)用程序和服務(wù)器應(yīng)用程序組成。相較于以硬件為主的實(shí)訓(xùn)模式，軟件模式利于系統(tǒng)實(shí)施遠(yuǎn)程培訓(xùn)，解決了集中培訓(xùn)組織和實(shí)施中的存在的難題，而且培訓(xùn)功能易擴(kuò)充升級、培訓(xùn)場地占用空間小、培訓(xùn)過程安全及日常維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。

（2）全過程仿真。該功能使培訓(xùn)過程生動、培訓(xùn)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，對安全生產(chǎn)人員掌握安全規(guī)程、操作規(guī)范及一體化工作手冊的具體內(nèi)容和要求，提高其生產(chǎn)操作技能水平和安全規(guī)范作業(yè)意識，具有明顯的培訓(xùn)效果。

1.2 智能輔導(dǎo)

智能輔導(dǎo)功能主要分為以下幾部分：

（1）系統(tǒng)所具有的智能輔助培訓(xùn)功能會以對話框或語音的形式對受訓(xùn)人員的操作過程和學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評判和控制，使受訓(xùn)人員有序地學(xué)習(xí)相關(guān)規(guī)程并引導(dǎo)學(xué)員按照工作手冊完成作業(yè)。

（2） 設(shè)定培訓(xùn)互動溝通機(jī)制，包括實(shí)時(shí)的互動、非實(shí)時(shí)的答疑、案例分析等

（3）設(shè)定教學(xué)質(zhì)量評價(jià)方法，如課程質(zhì)量、學(xué)員互動、學(xué)員評價(jià)等

（4） 建立培訓(xùn)效果評估體系，根據(jù)不同培訓(xùn)項(xiàng)目對培訓(xùn)效果進(jìn)行效果評價(jià)，并生成培訓(xùn)報(bào)告

1.3 技能考核

考核模式下，系統(tǒng)可以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化考試的形式，對受訓(xùn)人員的仿真作業(yè)過程進(jìn)行考核。系統(tǒng)能夠記錄或評判受訓(xùn)人員的操作步驟，有助于培訓(xùn)管理或人力資源管理部門對受訓(xùn)人員的培訓(xùn)效果和操作技能進(jìn)行評測。系統(tǒng)支持考試管理、試卷管理、成績管理、任務(wù)管理等功能，支持在線考試、閱卷及考試成績歸檔。

2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

基于生產(chǎn)班組一體化工作手冊的輔助三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)從總體上劃分為服務(wù)器應(yīng)用層、公共服務(wù)層、客戶端應(yīng)用層、仿真引擎Power X和擴(kuò)展組件層。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖：

2.1 服務(wù)器應(yīng)用層

電力企業(yè)的各項(xiàng)工作的完成往往需要涉及多個部門、多個工種、多個工作人員的相互配合，才能順利安全完成。因此，在三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，必然要允許多個客戶端同時(shí)在共同的網(wǎng)絡(luò)下以協(xié)同工作的方式完成仿真培訓(xùn)的過程。在服務(wù)器應(yīng)用層能夠?yàn)楦鱾€客戶端提供多種服務(wù)，其中包括了客戶端登錄系統(tǒng)管理、本地對象屬性管理、進(jìn)程與事件管理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程操作屬性管理和網(wǎng)絡(luò)通信。這些服務(wù)主要是用于在培訓(xùn)過程中每個客戶可以共享一致的虛擬環(huán)境，即時(shí)間一致、空間一致、對象特征一致、行為一致。

2.2 公共服務(wù)層

公共服務(wù)層的功能在于為仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的運(yùn)行提供必要的外圍程序，其中包括培訓(xùn)中數(shù)據(jù)的的提取、分析、管理，以及結(jié)果的顯示與保存等。公共服務(wù)層的各項(xiàng)內(nèi)容都可以經(jīng)服務(wù)耦合器由應(yīng)用層的用戶調(diào)取。在這一過程中，應(yīng)用層與公共服務(wù)層不會發(fā)生直接聯(lián)系。比如，在數(shù)據(jù)服務(wù)模塊由于采用了數(shù)據(jù)庫的通用方法，應(yīng)用層的用戶不會因數(shù)據(jù)庫類型的差異發(fā)生使用上的限制。另一方面，數(shù)據(jù)庫的改變也不會造成服務(wù)層上的應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行方面的問題。

2.3 客戶端應(yīng)用層

客戶端應(yīng)用層采用層次化體系結(jié)構(gòu)，包括仿真應(yīng)用、三維仿真框架和應(yīng)用組件。仿真應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)度、檢修等領(lǐng)域的多個仿真培訓(xùn)任務(wù)的仿真應(yīng)用功能。

應(yīng)用組件通過封裝開發(fā)應(yīng)用接口，使其功能模塊具有可重用性和可擴(kuò)展性，同時(shí)該層提供電網(wǎng)拓?fù)渚庉?、仿真?zhèn)€體邏輯編輯和三維場景編輯的應(yīng)用組件。電網(wǎng)拓?fù)渚庉嫿M件實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系的圖形化編輯。通過電氣設(shè)備元件庫，三維場景編輯組件支持用戶采取即拖即用的方式構(gòu)建或修改虛擬電力設(shè)備的配置方位和地理連接關(guān)系。

2.4 仿真引擎Power X

Power X 是與具體仿真應(yīng)用邏輯無關(guān)的仿真平臺。Power X 具有統(tǒng)一處理三維場景實(shí)時(shí)渲染及管理、人機(jī)交互、仿真過程智能控制和網(wǎng)絡(luò)通信等底層公共功能。

仿真過程智能控制主要保證系統(tǒng)仿真模型中事件結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)按照系統(tǒng)仿真過程設(shè)計(jì)方案執(zhí)行。設(shè)備三維模型與動作邏輯分離，系統(tǒng)利用智能邏輯處理方法，利用事件作為三維虛擬環(huán)境中仿真對象間的通信方式，采用消息驅(qū)動機(jī)制實(shí)現(xiàn)三維模型與動作邏輯的自動關(guān)聯(lián)及對象狀態(tài)更新。

2.5 擴(kuò)展組件層

在PowerX 的基礎(chǔ)上，封裝仿真應(yīng)用中的常用功能形成擴(kuò)展組件。擴(kuò)展組件可以獨(dú)立開發(fā)，只需通過組件耦合器就能被具體仿真應(yīng)用邏輯使用，能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的整合，如即時(shí)通信組件為受訓(xùn)人員之間的交流提供了公共平臺，教師使用跟蹤指導(dǎo)組件可對學(xué)員提供實(shí)時(shí)操作輔導(dǎo)。

3 三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

3.1 體驗(yàn)式模擬仿真培訓(xùn)

以配電運(yùn)行為例，系統(tǒng)將三維虛擬電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境分為兩部分：虛擬配電網(wǎng)和虛擬現(xiàn)場環(huán)境。虛擬配電網(wǎng)依據(jù)實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)的電氣及地理連接關(guān)系，利用涵蓋配電系統(tǒng)典型接線和典型設(shè)備的簡化原則，將開閉所、配電房及線路所包含配電設(shè)備的三維模型放置于相應(yīng)的虛擬現(xiàn)場環(huán)境，形成反映電氣及地理連接關(guān)系的虛擬配電網(wǎng)絡(luò)。虛擬現(xiàn)場環(huán)境主要模擬配電設(shè)備配置區(qū)域的自然環(huán)境，可以是城市、郊區(qū)或農(nóng)村環(huán)境，可使受訓(xùn)人員了解配電設(shè)備在現(xiàn)場的配置方式和連接關(guān)系，以進(jìn)行不同工況下的仿真訓(xùn)練。同時(shí)系統(tǒng)能逼真地模擬雨、雪等天氣狀況，使培訓(xùn)環(huán)境更具真實(shí)感和沉浸感。

3.2 智能輔導(dǎo)

任務(wù)是表征培訓(xùn)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容的載體。通過設(shè)計(jì)任務(wù)及任務(wù)的動態(tài)調(diào)整，使之與受訓(xùn)者的崗位技能水平及知識經(jīng)驗(yàn)相匹配，以促進(jìn)其進(jìn)入流體驗(yàn)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)輔導(dǎo)的智能化。如同樣包含環(huán)網(wǎng)柜停電操作訓(xùn)練，對于初級工，所給的任務(wù)內(nèi)容只包含對某個編號的環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行停電操作；對于中級工，任務(wù)內(nèi)容包含工作票的填寫和環(huán)網(wǎng)柜停電操作2 部分；對于高級工，任務(wù)內(nèi)容中環(huán)網(wǎng)柜的停電操作和其他電氣設(shè)備操作存在配合關(guān)系，受訓(xùn)人員必須進(jìn)行正確的電氣分析，確定各設(shè)備操作順序，并且全部正確操作完所有設(shè)備，任務(wù)方可完成。

任務(wù)的動態(tài)調(diào)整借助于任務(wù)的管理器來達(dá)到既定的目標(biāo)。可以通過對整個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)所有的狀態(tài)來考察受訓(xùn)人員的實(shí)際情況。尤其是對于完成任務(wù)的進(jìn)展情況可以及時(shí)掌握。在既定的任務(wù)完成之后。任務(wù)管理器就將所有任務(wù)的情況做出統(tǒng)計(jì)結(jié)果。這樣就能評判出受訓(xùn)人員是否達(dá)到了所要求的熟練程度。而且系統(tǒng)會以這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為憑據(jù)從而可以主動的對以后的任務(wù)難度系數(shù)進(jìn)行必要的修正。

3.3 技能考核

考核模式下，系統(tǒng)可以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化考試的形式，對受訓(xùn)人員的仿真作業(yè)過程進(jìn)行考核。系統(tǒng)能夠記錄或評判受訓(xùn)人員的操作步驟，有助于培訓(xùn)管理或人力資源管理部門對受訓(xùn)人員的培訓(xùn)效果和操作技能進(jìn)行評測。系統(tǒng)支持考試管理、試卷管理、成績管理、任務(wù)管理等功能，支持在線考試、閱卷及考試成績歸檔。