董 超（大慶煉化公司信息中心，黑龍江 大慶 163411）

?

應(yīng)用三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

董 超
（大慶煉化公司信息中心，黑龍江 大慶 163411）

摘 要：本文簡要介紹了大慶煉化公司信息中心開發(fā)的應(yīng)用三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、組成及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：三維虛擬現(xiàn)實；仿真培訓(xùn)系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由于傳統(tǒng)仿真系統(tǒng)缺乏對現(xiàn)場故障現(xiàn)象的模擬，無法對外操進(jìn)行巡檢、故障排查等項目的培訓(xùn)。針對此問題，大慶煉化公司信息中心應(yīng)用北京華康達(dá)股份公司的三維虛擬現(xiàn)實仿真平臺開發(fā)了一系列裝置仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，本文以其中一套苯抽提裝置仿真培訓(xùn)系統(tǒng)為例進(jìn)行介紹。該仿真培訓(xùn)系統(tǒng)同時具備精度較高的工藝模型和逼真現(xiàn)場感的現(xiàn)場模型，滿足裝置全員的培訓(xùn)需求。

苯抽提裝置仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的組成包括后臺工藝模型、仿真DCS系統(tǒng)、2D現(xiàn)場站以及三維虛擬現(xiàn)實現(xiàn)場站。開發(fā)人員將不同裝置的模型分別部署在各個車間的學(xué)員基站上，學(xué)員基站通過公司網(wǎng)絡(luò)向GPRES服務(wù)器發(fā)送運行請求。GPRES服務(wù)器通過識別學(xué)員基站的靜態(tài)IP地址發(fā)放不同的運行開發(fā)權(quán)限。

工藝模型是整套仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，是采用北京華康達(dá)計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)有限公司開發(fā)的過程動態(tài)仿真軟件GPRES開發(fā)的化工過程模擬模型。該模型是以化工原理、化工熱力學(xué)、物理化學(xué)、反應(yīng)動力學(xué)等機(jī)理為基礎(chǔ)的機(jī)理模型。設(shè)備數(shù)據(jù)來源于裝置實際數(shù)據(jù)和設(shè)計數(shù)據(jù)。穩(wěn)態(tài)以穩(wěn)態(tài)計算軟件ASPENPLUS計算的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，同時擬合了冷態(tài)、穩(wěn)態(tài)等多套裝置設(shè)計數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)，與實際擬合度高，其穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場數(shù)據(jù)誤差不超過1%，操作動態(tài)響應(yīng)趨勢、連鎖響應(yīng)及事故現(xiàn)象與實際工廠一致，動態(tài)響應(yīng)過程中數(shù)據(jù)誤差不超過3%（主要變量誤差不超過1%）。通過對模型運行倍率進(jìn)行調(diào)節(jié)可以縮短培訓(xùn)過程中的無效等待時間，例如，仿真系統(tǒng)按照實際開工方案1倍速度運行，從氣密到完全開工正常需要7天時間，與裝置實際生產(chǎn)基本一致，如果將運行倍率改為150倍，可在1小時內(nèi)完成該系列操作。

仿真DCS系統(tǒng)是采用EmlBase軟件開發(fā)的高度仿真DCS操作系統(tǒng)。仿真DCS系統(tǒng)各界面和操作面板采用真實DCS操作系統(tǒng)截圖為底圖開發(fā)，與實際DCS操作系統(tǒng)完全一致。控制系統(tǒng)采用與實際DCS系統(tǒng)一致的算法，其控制系統(tǒng)操作與響應(yīng)、聯(lián)鎖操作均參照真實DCS系統(tǒng)的操作過程開發(fā)，符合操作員操作習(xí)慣，提高主操仿真操作的逼真度。仿真DCS系統(tǒng)還具備實時數(shù)據(jù)顯示、歷史趨勢查詢、實時報警提示、歷史報警查詢等功能，使操作員進(jìn)行事故演練時可以自主分析判斷事故原因，從而指定事故處理方案。

2D現(xiàn)場站是傳統(tǒng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)經(jīng)常采用的現(xiàn)場站形式，一般以工藝原則流程圖（PFD圖）和工藝自控儀表流程圖（P&ID圖）為基礎(chǔ)開發(fā)，能夠清晰地展示現(xiàn)場工藝流程，主要用于工藝流程培訓(xùn)和輔助DCS控制操作培訓(xùn)。

三維虛擬現(xiàn)實現(xiàn)場站的開發(fā)采用北京華康達(dá)計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)有限公司開發(fā)的過程動態(tài)仿真軟件平臺VRS，是以在大慶煉化公司苯抽提裝置現(xiàn)場采集的影像資料和設(shè)計圖紙等為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實現(xiàn)各個設(shè)備的建模和虛擬場景的三維建模。三維虛擬現(xiàn)實現(xiàn)場站能夠模擬裝置現(xiàn)場的場景，并且體現(xiàn)出材質(zhì)和變化，附加貼圖，使用戶能夠在與現(xiàn)實非常相似的三維虛擬環(huán)境中自由交互、隨意漫游，并且隨時接收到場景反饋回來的信息，信息內(nèi)容包括使用者在當(dāng)前所處的場景位置和視野方向，裝置的場景中實物的概況和使用者在操作過程中的注意事項、提示信息、操作內(nèi)容等。根據(jù)用戶的需求，系統(tǒng)可以暫?；蚧謴?fù)正在運行的仿真過程，能根據(jù)不同用戶有差異的操作秩序和參與程度給出智能評價，同時能夠記錄使用者的操作步驟信息和保存相關(guān)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)、資料結(jié)果等。三維虛擬現(xiàn)實現(xiàn)場站會提供良好的人機(jī)互動界面，包括場景瀏覽模式的選擇、相關(guān)瀏覽器信息、虛擬場景的描述及反饋信息、曲線面板，可以快捷簡易地創(chuàng)建和修改虛擬環(huán)境，數(shù)據(jù)輸入手段非常友好，可以進(jìn)行優(yōu)化控制參數(shù)的操作，亦可存儲和公布數(shù)據(jù)結(jié)果。為了滿足應(yīng)急演練和各種預(yù)案落實和考核的需要，三維虛擬現(xiàn)場站對災(zāi)害現(xiàn)場和災(zāi)害過程進(jìn)行了模擬仿真，由工藝模型傳出的事故故障信號觸發(fā)各種事故現(xiàn)場特效場景，為參訓(xùn)者在計算機(jī)系統(tǒng)上提供判斷故障原因、處理事故的虛擬環(huán)境。參訓(xùn)者在此環(huán)境中可以按照職能和任務(wù)的不同，模擬不同的角色，各角色相互合作，協(xié)同訓(xùn)練，完成所設(shè)定的訓(xùn)練內(nèi)容。

苯抽提裝置仿真培訓(xùn)系統(tǒng)界面簡潔、有效、清晰、易懂，只需簡單培訓(xùn)就能熟練掌握其操作步驟和方法。培訓(xùn)系統(tǒng)功能齊全，包括冷態(tài)開停車、單項操作、事故狀態(tài)、評分，實現(xiàn)了DCS控制系統(tǒng)的高級控制、連鎖控制、緊急停車等功能，同時開發(fā)了具有三維真實感的現(xiàn)場環(huán)境，實現(xiàn)了3D巡檢培訓(xùn)功能，提高了仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的真實感。培訓(xùn)系統(tǒng)逼真度和應(yīng)用性高，仿真效果與實際裝置運行的現(xiàn)象基本吻合。動態(tài)變化趨勢與實際裝置運行的現(xiàn)象吻合，現(xiàn)場三維環(huán)境與生產(chǎn)現(xiàn)場幾乎一致，使應(yīng)急預(yù)案的演練過程和真實的演練接近。該培訓(xùn)系統(tǒng)硬件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)和擴(kuò)充，能夠擴(kuò)大同時參加培訓(xùn)的員工人數(shù)。

參考文獻(xiàn)

［1］曲傳藝，許玉艷.三維虛擬現(xiàn)實仿真模擬系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.自動化應(yīng)用，2011（8）：78-80.

［2］易濤，楊義.化工安全虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.計算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2006，23（1）：49-54.

［3］朱玉韜，金星，榮岡.一種石化企業(yè)虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.化工自動化及儀表，2007，34（5）：40-44.

［4］易濤，等.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的災(zāi)難事故仿真系統(tǒng)［J］.計算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2009，26（8）：966-970.

中圖分類號：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A