袁奕雯 丁 菊 李 坤

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 上海 200062）

移動式壓力容器是長距離運(yùn)輸化工物料、?；返闹饕b備，屬于特種設(shè)備[1]，其運(yùn)輸?shù)奈锪洗蠖啻嬖谝兹?、易爆、有毒、腐蝕等危險(xiǎn)性，如果在充裝、運(yùn)輸環(huán)節(jié)處置不當(dāng)，將會造成災(zāi)難性事故。近年來，“6·13”溫嶺罐車重大爆炸事故、山東金譽(yù)石化“6·5”重大爆炸事故、湖南懷化“10.6”常吉高速罐車側(cè)翻爆炸事故引起了社會廣泛關(guān)注?！吨腥A人民共和國特種設(shè)備安全法》[2]第四十九條規(guī)定移動式壓力容器使用單位應(yīng)當(dāng)具有與充裝和管理相適應(yīng)的管理人員和技術(shù)人員方可從事充裝活動。TSG Z6001—2019《特種設(shè)備作業(yè)人員考核規(guī)則》[3]和TSG R0005—2011《移動式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[4]要求移動式壓力容器充裝人員和檢查人員都應(yīng)取得移動式壓力容器操作人員證書，即“R2證”。但移動式壓力容器操作人員（R2）資格培訓(xùn)多偏重于理論講解，缺少實(shí)操培訓(xùn)，這主要是由于移動式壓力容器充裝場地大多為防爆重點(diǎn)場所，非工作人員不得入內(nèi)，在充裝站內(nèi)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)的確存在一定風(fēng)險(xiǎn)并將消耗較大的時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本，且這樣的取證考證，也頗受部分充裝單位詬病，存在取證和上崗作業(yè)脫節(jié)的弊病。

虛擬實(shí)景技術(shù)（Virtual Reality，以下簡稱VR技術(shù)）是新一代的人機(jī)接口技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)生成模擬環(huán)境，創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界，實(shí)現(xiàn)多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視覺和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，讓用戶置身到實(shí)景環(huán)境中沉浸式體驗(yàn)。把VR技術(shù)引入移動式壓力容器實(shí)操培訓(xùn)中，可以有效實(shí)現(xiàn)取證人員熟悉設(shè)備結(jié)構(gòu)、積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的效果，可降低員工上崗初期由于不熟悉實(shí)操流程而產(chǎn)生的不必要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

近年來，VR技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)培訓(xùn)領(lǐng)域得到了嘗試應(yīng)用，蘇培[5]等人利用VR技術(shù)在鐵路乘務(wù)應(yīng)急演練實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)開展了構(gòu)建研究；朱永皓[6]等人將VR技術(shù)頭盔應(yīng)用到運(yùn)動員訓(xùn)練和模擬練習(xí)中，促使運(yùn)動員在虛擬世界中提升自身經(jīng)驗(yàn)和技巧；楊梅[7]將VR技術(shù)運(yùn)用到生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過虛擬仿真幫助學(xué)生體驗(yàn)生物成長過程；郭泱泱[8]對VR技術(shù)運(yùn)用在煤礦安全培訓(xùn)中的可行性進(jìn)行了研究。綜上，限于特種設(shè)備的特殊屬性，在現(xiàn)有的成果中，針對移動式壓力容器充裝作業(yè)開發(fā)的實(shí)訓(xùn)平臺仍較為匱乏，此為本文研究的原因。

本文以常溫型汽車罐車充裝場景為例，搭建移動式壓力容器虛擬充裝工作平臺，將角色扮演游戲（Role-playing Game，簡稱RPG）任務(wù)邏輯引入充裝實(shí)訓(xùn)，體驗(yàn)者可通過在虛擬場景下扮演充裝人員和檢查人員，引導(dǎo)受訓(xùn)人員在雙人視角下，按步序進(jìn)行實(shí)操、共同完成單人或協(xié)作任務(wù)。復(fù)原常溫型汽車罐車充裝及充裝前后檢查場景，有助于提升受訓(xùn)人員實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，降低新員工初次上崗實(shí)操產(chǎn)生的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

1 移動式壓力容器充裝實(shí)訓(xùn)平臺模型選擇

移動式壓力容器充裝實(shí)訓(xùn)的目的，是為了提高移動式壓力容器作業(yè)人員的實(shí)操能力，規(guī)避持證上崗和實(shí)際操作存在脫節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)。移動式壓力容器充裝實(shí)訓(xùn)平臺依托虛擬現(xiàn)實(shí)平臺，仿真模擬移動式壓力容器充裝作業(yè)現(xiàn)場，通過人機(jī)交互的操作，使相關(guān)人員得到全面培訓(xùn)和指導(dǎo)，可減少實(shí)操培訓(xùn)中所產(chǎn)生的資源消耗，提升移動式壓力容器作業(yè)人員實(shí)際操作水平和能力。移動式壓力容器充裝實(shí)訓(xùn)平臺具有現(xiàn)場復(fù)原性好、視覺真實(shí)感強(qiáng)、協(xié)同性高、安全性好等特點(diǎn)。

移動式壓力容器有汽車罐車、罐式集裝箱、長管拖車、管束式集裝箱、鐵路罐車5個品種，但本平臺作為充裝實(shí)訓(xùn)平臺的探索，無法囊括所有工作場景，其中汽車罐車及罐式集裝箱在移動式壓力容器中數(shù)量較多，應(yīng)用最廣且其二者的差別僅在于是否有集裝框架，因此，本實(shí)操平臺以汽車罐車的充裝作為研究對象，以充裝LPG介質(zhì)為例，見圖1，對其全過程充裝進(jìn)行模型構(gòu)建。

圖1 LPG汽車罐車充裝實(shí)景

2 移動式壓力容器充裝實(shí)訓(xùn)平臺設(shè)計(jì)

2.1 充裝實(shí)訓(xùn)平臺場景設(shè)計(jì)

移動式壓力容器充裝場景的地域跨度較小，主場景為移動式壓力容器充裝站，真實(shí)的充裝站一般會有8～10組充裝泊位，平臺從實(shí)際需求考慮對實(shí)景進(jìn)行了簡化建模，在場地中標(biāo)記出“一般行駛路線”和“緊急疏散路線”2條路線，只保留了1組充裝泊位，但仍然保留了充裝站所必須涵蓋的“預(yù)檢區(qū)”“檢查區(qū)”“稱重區(qū)”“充裝區(qū)”等4個區(qū)域組成，見圖2。

圖2 平臺全景圖（包括區(qū)域、路線、罐車）

其次，在充裝區(qū)根據(jù)實(shí)際充裝裝置需求設(shè)置枕木、靜電接地裝置、充裝鶴管、警戒線等必要裝置，見圖3，在汽車罐車上仿真設(shè)置操作箱、壓力表、溫度計(jì)、液位計(jì)、緊急切斷閥等關(guān)鍵安全附件，見圖4。

圖3 充裝裝置場景圖

圖4 罐車操作箱細(xì)節(jié)展示

通過宏觀充裝站全景、充裝裝置場景和移動式壓力容器場景3個場景組合成為移動式壓力容器充裝平臺，并對上述3種場景中的建筑物、固定設(shè)施、移動設(shè)施進(jìn)行細(xì)節(jié)層次繪制，側(cè)重于突出關(guān)鍵部件的視覺比例，對非重要的建筑物降低繪制精細(xì)度，在保證實(shí)景的前提下，提高視覺效果，有助于受訓(xùn)者了解汽車罐車的基本結(jié)構(gòu)、安全附件的位置及基本功能，并正確操作充裝工作。

2.2 充裝實(shí)訓(xùn)平臺人物及任務(wù)設(shè)計(jì)

TSG R0005—2011中規(guī)定裝卸過程必須由2名以上操作人員進(jìn)行作業(yè)，按照上述要求，充裝平臺的模塊設(shè)計(jì)為“充裝人員”和“檢查人員”2個視角，受訓(xùn)者可以任意選擇其中一個角色體驗(yàn)協(xié)作工作場景。見圖5和圖6。

圖5 充裝人員視角

圖6 檢查人員視角

鑒于檢查人員在檢查工作中會有與隨車押運(yùn)人員之間的交互交流，但隨車押運(yùn)人員出現(xiàn)的工作內(nèi)容較少，從節(jié)約成本方面考慮，在模塊設(shè)置中，讓充裝人員“一人分飾兩角”，即在進(jìn)入充裝區(qū)之前，所體驗(yàn)的角色是隨車押運(yùn)人員，配合檢查人員完成預(yù)檢，進(jìn)入充裝區(qū)之后，隨車押運(yùn)人員離開車輛，角色轉(zhuǎn)換為充裝人員，這一角色的轉(zhuǎn)換，將通過文字在平臺上進(jìn)行提示。2個視角的工作場景會略有不同，工作任務(wù)不同，平臺支持單人操作，也可以協(xié)同操作。

檢查人員的主要工作職責(zé)是進(jìn)行預(yù)檢、充裝前檢查、確認(rèn)充裝人員的工作流程，警戒，充裝后檢查，放行等；隨車押運(yùn)人員／充裝人員的主要職責(zé)是配合檢查人員預(yù)檢（前期)，隨車押運(yùn)人員交互工作完成后，轉(zhuǎn)換為充裝人員視角，跟隨檢查人員在充裝前檢查階段確認(rèn)相關(guān)信息，完成充裝設(shè)備的操作，警戒等工作。

2.3 充裝實(shí)訓(xùn)平臺訓(xùn)練邏輯設(shè)計(jì)

本模塊以教學(xué)充裝實(shí)操培訓(xùn)為主，受訓(xùn)者根據(jù)文字提示，通過手柄進(jìn)行選取、觸碰、移動物品、動作完成等操作，實(shí)訓(xùn)過程中會有單選、多選、判斷、觀察、視角轉(zhuǎn)換、操作等不同類型的提示，可以增加實(shí)訓(xùn)者的探索欲和體驗(yàn)的趣味性。

其中，對于一些關(guān)鍵部件或安全附件，如枕木、鶴管、靜電釋放裝置、壓力表、溫度計(jì)、液位計(jì)、安全閥等，會在正確選擇后給出簡要釋義，解釋其功能和作用，以達(dá)到教學(xué)目的。

同時(shí)，為了增強(qiáng)受訓(xùn)者教學(xué)的實(shí)際學(xué)習(xí)效果，實(shí)訓(xùn)教學(xué)并非全過程流暢教學(xué)，而采用通關(guān)制，激發(fā)受訓(xùn)者的通關(guān)欲望，提升教學(xué)效果。在文字提示的前提下，選擇的物品有錯誤選項(xiàng)、迷惑選項(xiàng)，受訓(xùn)者必須選擇正確才能進(jìn)入下一環(huán)節(jié)：

1）如果選項(xiàng)錯誤或者步驟錯誤，系統(tǒng)文字報(bào)錯提醒：“再試一次”。

2）累計(jì)3次錯誤，系統(tǒng)文字提示：“對不起，您沒能完成本次罐車充裝！”

3）順利通過所有實(shí)訓(xùn)，完成充裝后，系統(tǒng)文字提示：“恭喜您成功完成了罐車充裝！”

3 VR實(shí)訓(xùn)效果

以檢查人員視角為例，基于所建立的平臺開展操作人員的虛擬場景實(shí)訓(xùn)，車輛進(jìn)入預(yù)檢區(qū)，判斷當(dāng)前氣象條件是否適宜充裝，不適宜勸退車輛駕駛員，適宜則進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，要求隨車監(jiān)護(hù)人出示相關(guān)證件、寄存相關(guān)物品，通過手柄移動車輛進(jìn)入正確區(qū)域即檢查區(qū)，見圖7。

圖7 手柄挪動車輛進(jìn)入檢查區(qū)

檢查人員在檢查區(qū)對隨車監(jiān)護(hù)人進(jìn)行隨車防護(hù)用具及專用工具、應(yīng)急預(yù)備、證照檢查等確認(rèn)符合性檢查，開始進(jìn)行車體檢查，包括各種標(biāo)志、車輛定檢周期、車輛狀況、安全附件溫度、壓力等項(xiàng)目，上述檢查都需要檢查人員通過手柄觸碰完成，見圖8，檢查完成后，引導(dǎo)車輛進(jìn)入下一區(qū)域（稱重區(qū)）。

圖8 手柄觸碰壓力表

進(jìn)入稱重區(qū)后，確認(rèn)罐車重量后，引導(dǎo)車輛進(jìn)入充裝區(qū)，繼續(xù)執(zhí)行司機(jī)離開、釋放靜電、連接靜電線等任務(wù)，并配合充裝人員從屬開啟裝卸閥門等有關(guān)行為，對充裝現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)護(hù)，見圖9。

圖9 檢查人員監(jiān)護(hù)充裝

充裝完成后，依次完成輔助充裝人員關(guān)閉裝卸閥門，復(fù)位靜電線、枕木、警戒線等輔助裝置，對罐車進(jìn)行充裝后檢查，見圖10，然后交還鑰匙，引導(dǎo)司機(jī)離場。

圖10 檢查人員對罐車密封面、閥門和接管進(jìn)行確認(rèn)

4 結(jié)論

1）通過實(shí)操平臺，受訓(xùn)人員可通過虛擬場景完成人機(jī)交互，學(xué)習(xí)移動式壓力容器常溫型汽車罐車的充裝過程，實(shí)現(xiàn)從理論知識到實(shí)踐操作的一次跨越；

2）通過此實(shí)操平臺，可以使移動式壓力容器操作人員及時(shí)掌握充裝工作所必需的工作流程，特別是充裝前后檢查流程，了解作業(yè)對象的基本結(jié)構(gòu)，熟悉充裝設(shè)備的基本使用邏輯和方法；

3）可以基于此平臺進(jìn)一步開發(fā)移動式壓力容器充裝過程突發(fā)情況應(yīng)急演練系統(tǒng)，將移動式壓力容器應(yīng)急預(yù)案通過數(shù)字化方法呈現(xiàn)是下一步研究的重點(diǎn)。