楊起俊 牛 禧
(重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院,重慶 402247)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(英文名稱:Virtual Reality,縮寫為VR),是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項(xiàng)全新的實(shí)用技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)囊括計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)于一體,其基本實(shí)現(xiàn)方式是計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,各行各業(yè)對VR技術(shù)的需求日益旺盛。VR技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步,并逐步成為一個新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域[1]。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是利用現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù),通過計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生的電子信號,將其與各種輸出設(shè)備結(jié)合使其轉(zhuǎn)化為能夠讓人們感受到的現(xiàn)象,這些現(xiàn)象可以是現(xiàn)實(shí)中真真切切的物體,也可以是我們?nèi)庋鬯床坏降奈镔|(zhì),通過三維模型表現(xiàn)出來。因?yàn)檫@些現(xiàn)象不是我們直接所能看到的,而是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬出來的現(xiàn)實(shí)中的世界,故稱為虛擬現(xiàn)實(shí)[2]。
由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特有的特點(diǎn),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬危險(xiǎn)的實(shí)際操作,在越來越多的高危行業(yè)中得到了應(yīng)用,如醫(yī)學(xué)、軍事、航空航天等方面。
焊接是當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中最重要的加工手段之一,由于工作條件、加工特點(diǎn)以及人員操作技術(shù)水平影響,焊接后的焊接接頭難免會產(chǎn)生缺陷,如果缺陷超出標(biāo)準(zhǔn),影響焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全,甚至造成重大事故。無損探傷是焊接接頭主要檢測手段,無損探傷有射線探傷、超聲波探傷、滲透探傷、磁粉探傷、熒光探傷等成熟的技術(shù),其中,射線探傷是最直觀、最準(zhǔn)確的一種方法。特別是在管道、壓力容器、船舶制造等行業(yè)廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國20世紀(jì)末各行業(yè)各級別無損檢測人員有10萬人左右,近10年來,我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長,而機(jī)械制造、化工、冶金及基礎(chǔ)建設(shè)的增長速度更是高于經(jīng)濟(jì)增長速度,無損檢測人員的需求以年約10%的速度增長。根據(jù)國家質(zhì)檢總局公布的全國無損檢測人員的缺口大致為3萬人[3]。
射線探傷主要采用γ射線和X射線兩種方法,它們都具有很高的危險(xiǎn)性,特別是γ射線使用的放射源,受到政府部門嚴(yán)格控制,并且由于衰減,需要定期更換放射源,提高了教學(xué)成本,所以在各種培養(yǎng)機(jī)構(gòu)想要進(jìn)行射線教學(xué)是非常困難的。
劉軍華構(gòu)建工業(yè)X射線探傷擬真教學(xué)體系,開發(fā)了X射線探傷擬真教學(xué)軟件[4],筆者認(rèn)為,采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),模擬真實(shí)的工作環(huán)境進(jìn)行教學(xué),避免了直接接觸射線的危險(xiǎn),解決了設(shè)備耗材的成本問題,相對于虛擬仿真技術(shù),“沉浸式”教學(xué)體驗(yàn)更能提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣,對知識點(diǎn)更容易理解吸收。
以γ射線和X射線的參數(shù)不同、照射方式、焊接結(jié)構(gòu)不同,可以搭建板對接焊縫單壁成像、小徑管雙壁雙影成像、筒體對接(環(huán)焊縫、縱焊縫)全景曝光等模擬工作場景。
設(shè)置射線探傷靈敏度影響因素,射線探傷靈敏度影響因素主要分為對比度、不清晰度和顆粒度等三大要素,此三大要素又分別受到不同工藝因素影響,所以對于射線探傷靈敏度計(jì)算較復(fù)雜,為了簡化探傷人員工作內(nèi)容,模擬現(xiàn)場探傷真實(shí)工作情況,一般情況下,固定了若干影響因素(如增感方式、膠片黑度),設(shè)置若干變量(射線能量、透照厚度、曝光時間、入射角度等),γ射線和X射線都會制作相對的曝光曲線,再以典型的探傷設(shè)備的曝光曲線推導(dǎo)出計(jì)算公式,設(shè)為VR軟件的計(jì)算程序。當(dāng)學(xué)員進(jìn)入射線探傷VR場景,模擬探傷工作,學(xué)員會調(diào)整變量,程序后臺通過計(jì)算公式,得出一組靈敏度數(shù)據(jù),每組數(shù)據(jù)對應(yīng)了一張射線膠片,將膠片實(shí)例化,供學(xué)員觀看分析。
從射線探傷操作模擬教學(xué)模塊中,可以學(xué)習(xí)到各種典型焊接結(jié)構(gòu)的透照方式選擇;一次透照長度的計(jì)算、曝光曲線中射線能量、透照厚度、曝光時間等參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系及選擇,基本還原了射線探傷工作過程。
通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),模擬暗室洗片操作,步驟包括配液、顯影、定影、水洗和烘干等,借助其他學(xué)習(xí)資源,或者在軟件里詳細(xì)講解,幫助學(xué)生熟悉顯影的原理、影響因素、顯影和定影的時間、水溫控制等知識,掌握了暗室處理整個流程的熟悉度以及各個步驟的正確操作方法。
建立射線探傷資源庫,包含大量焊接缺陷案例。學(xué)生可在計(jì)算機(jī)軟件上練習(xí)評片,既能避免在學(xué)習(xí)過程中誤操作劃傷膠片,又能擺脫膠片資源缺少的問題,還能提高學(xué)習(xí)效率,通過題庫隨機(jī)抽題反復(fù)練習(xí),形成牢固的記憶。
安全是射線探傷重中之重的工作,在虛擬現(xiàn)實(shí)軟件中,安全操作提示貫穿整個射線探傷過程,這樣可以讓學(xué)員注意某些不容易發(fā)現(xiàn)的隱患,提高學(xué)員安全意識,形成正確的操作規(guī)范,避免今后發(fā)生安全事故,比如射線探傷開始前,需要清空探傷室人員,檢查門是否關(guān)閉,打開射線作業(yè)指示燈,若學(xué)生這些操作未完成,系統(tǒng)就會發(fā)出安全警告,提醒學(xué)生。
通過先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬射線探傷學(xué)習(xí),有許多可取之處,在保障安全的情況下,有助于增強(qiáng)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)員的學(xué)習(xí)效率,并節(jié)約了成本,保障了學(xué)員的安全,是一種可推廣的技術(shù)。