解晨

（江西省檢驗檢測認(rèn)證總院特種設(shè)備檢驗檢測研究院，江西 南昌 330000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電梯保有量也在迅速增加。電梯作為特種設(shè)備，其檢驗質(zhì)量對確保電梯自身安全運行來講意義重大。目前檢驗人員和電梯數(shù)量的人機(jī)比矛盾突出，這對檢驗人員的技術(shù)能力提出了較大的要求。傳統(tǒng)電梯檢驗培訓(xùn)方式除了要進(jìn)行理論學(xué)習(xí)以外，一般是由2～3位高年資師傅帶著學(xué)徒到現(xiàn)場學(xué)習(xí)。電梯檢驗是一項復(fù)雜的工作。電梯質(zhì)量和使用者的生命財產(chǎn)安全息息相關(guān)?；谶@種情況，有必要對電梯維護(hù)以及檢驗人員開展有效培訓(xùn)。從事電梯檢驗的工作人員必須經(jīng)過行業(yè)培訓(xùn)以及考核，其在獲取執(zhí)業(yè)資格之后方能從業(yè)。電梯理論知識涉及面相當(dāng)廣泛，學(xué)員們所需要學(xué)習(xí)的知識點多。令其在短期之內(nèi)學(xué)習(xí)透徹相關(guān)知識難度不小，并且值得說明的是，考核以及培訓(xùn)多側(cè)重理論，學(xué)員們?nèi)鄙賹嶋H的操作經(jīng)驗。即便其取得執(zhí)業(yè)資格之后，依舊需要前往現(xiàn)場學(xué)習(xí)，只有這樣才能取得相關(guān)操作經(jīng)驗，完勝檢驗工作。可見，傳統(tǒng)意義上的電梯培訓(xùn)考核存在局限性。為了全面分析VR技術(shù)應(yīng)用于電梯檢驗虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的價值，本文對上述命題開展分析，現(xiàn)綜述如下。

1 VR技術(shù)的簡介以及其在特種設(shè)備內(nèi)的應(yīng)用情況

1.1 關(guān)于VR技術(shù)的簡單介紹

VR技術(shù)為Virtual Reality的簡稱，即虛擬現(xiàn)實，其又被稱之為人工環(huán)境或者靈境技術(shù)。早在20世紀(jì)80年代初，VR概念就已經(jīng)被提出。這項技術(shù)是通過新式傳感器技術(shù)以及電腦創(chuàng)設(shè)的人機(jī)交互手段。VR主要經(jīng)過計算機(jī)生成3D模擬世界，為應(yīng)用者提供一個關(guān)于聽覺、觸覺以及視覺的感官性模擬場面，令使用VR設(shè)備的人如同身臨其境。VR技術(shù)可以實現(xiàn)無限制、及時的觀察三維空間事和物。在20世紀(jì)90年代初，于美國的國家科學(xué)基金資助的交互式系統(tǒng)項目工作組之內(nèi)，就對該項技術(shù)開展了系統(tǒng)化論述。并以此為基礎(chǔ)，建議并確立了VR環(huán)境領(lǐng)域研究重點。可以這樣講，VR技術(shù)融合了顯示、傳感器、計算機(jī)仿真、計算機(jī)圖形技術(shù)等等諸多學(xué)科的技術(shù)。其能夠在諸多維度信息空間創(chuàng)設(shè)虛擬信息環(huán)境，令使用者如同身臨其境沉浸于其中，其有著環(huán)境完善交互作用能力水平，且也對啟發(fā)構(gòu)思有一定幫助。可見，VR環(huán)境系統(tǒng)的基本特點為沉浸、交互以及構(gòu)想。而VR技術(shù)的核心內(nèi)容為仿真及三維建?！，F(xiàn)如今，VR技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到娛樂、軍事航天、醫(yī)學(xué)、特種設(shè)備、游戲、地理、教育、房產(chǎn)開發(fā)、工業(yè)仿真、能源、生物力學(xué)等等領(lǐng)域之內(nèi)。

1.2 VR技術(shù)于特種設(shè)備內(nèi)的應(yīng)用情況

有學(xué)者將拆卸和安裝技術(shù)規(guī)程為參照，經(jīng)VR平臺中的Quest3D開發(fā)出了關(guān)于起重機(jī)的拆卸以及操作系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以針對起重機(jī)的塔機(jī)操作以及拆卸工作人員開展培訓(xùn)工作。另有學(xué)者經(jīng)過VR技術(shù)內(nèi)的Virtools創(chuàng)建出整體3D場景塔式起重機(jī)模擬培訓(xùn)系統(tǒng)。培訓(xùn)人員經(jīng)VR演示操作，和置身于實際場景一般，可以依照設(shè)備操作過程中開展各類模擬操作。也有工作人員使用了VR研制出橋式起重機(jī)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。其能夠顯示出駕駛員于操作起重機(jī)中查看實際情況，進(jìn)而實現(xiàn)操作人員和VR的實時交互。

有文獻(xiàn)分析了使用Unity 3D技術(shù)設(shè)計出關(guān)于電梯安裝仿真互動全系統(tǒng)。其在根本上實現(xiàn)了電梯虛擬安裝教學(xué)之過程。學(xué)習(xí)者能經(jīng)過這種系統(tǒng)開展電梯安裝的模擬。值得說明的是，從電梯檢驗方面來看，經(jīng)過應(yīng)用VR技術(shù)研究相對比較少。

2 關(guān)于電梯檢驗VR培訓(xùn)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計

2.1 關(guān)于相關(guān)系統(tǒng)的硬件搭建

相關(guān)系統(tǒng)的硬件主要包含VR設(shè)備、顯示器、高性能電腦和音頻等附屬性設(shè)備。經(jīng)有效方式創(chuàng)設(shè)沉浸式體驗環(huán)境為硬件選擇的最終原則。在此過程中相關(guān)工作人員在應(yīng)用時可以實現(xiàn)流暢、精確地做好相關(guān)步驟。上述內(nèi)容的實現(xiàn)要求在硬件設(shè)備于圖像展現(xiàn)、空間定位以及交互方式等諸多方面有一定水平。

從當(dāng)前情況來看，VR硬件的設(shè)備主要包含PS VR、OCULUS RIFT、HTC VIVE以及VoxelSense桌面一體機(jī)等。在此其中，HTCVIVE在主流的VR開發(fā)軟件接口結(jié)合比較方便?；谶@種情況，在梯檢驗虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)之內(nèi)擇取了HTCVIVE設(shè)備。HTCVIVEVR的套件主要包含了定位裝置四個、操控手柄兩個以及頭顯裝置一個。定位裝置能夠于空間之中一并追蹤以及控制器。內(nèi)部包含了激光高精度定位傳感器、陀螺儀以及加速度計。其具體的追蹤精度能夠精確到0.1°。其不需要攝像頭的協(xié)助，只靠光敏傳感器、激光定位運動物體的位置。這種設(shè)備允許使用者可在既定范圍內(nèi)自由走動，其滿足了學(xué)員的要求。

2.2 仿真培訓(xùn)系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

仿真培訓(xùn)系統(tǒng)硬件配置方面遵照可靠性、開放性、靈活性之原則。具體硬件設(shè)備擇取原則必須符合同行國際標(biāo)準(zhǔn)，且也要具備現(xiàn)階段國內(nèi)先進(jìn)水準(zhǔn)、同時于仿真培訓(xùn)行業(yè)之內(nèi)被積極應(yīng)用、認(rèn)可設(shè)備。經(jīng)此法，全面確保相關(guān)系統(tǒng)運行可靠程度。仿真培訓(xùn)系統(tǒng)之內(nèi)主要包含了教員機(jī)、仿真服務(wù)器、訓(xùn)練人員機(jī)、仿真調(diào)度服務(wù)器、投影儀以及打印機(jī)、局域網(wǎng)互連設(shè)備等。

遙調(diào)操作為一類對于開關(guān)設(shè)備、分級升降設(shè)備實施遠(yuǎn)動控制的方式。其記錄并匯總有關(guān)信息。數(shù)據(jù)處理為一類針對輸配電的電纜相關(guān)數(shù)據(jù)收集、遙控信號處理方式。結(jié)合具體的狀態(tài)量、模擬量以及保護(hù)信息分類進(jìn)行響應(yīng)以及處理。調(diào)度服務(wù)器為與此同時負(fù)責(zé)整體網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信控制，其主要負(fù)責(zé)完成邏輯信號潮流數(shù)據(jù)收發(fā)操作。

學(xué)員機(jī)為培訓(xùn)者提供滿意人機(jī)交互操作界面。培訓(xùn)者能經(jīng)過借助外設(shè)（鍵盤、鼠標(biāo)等）等等諸多工具于VR虛擬環(huán)境之內(nèi)開展模擬操作。就此對電梯故障開展檢驗。此外，也能同時實現(xiàn)自主開展操作、理論培訓(xùn)。諸多電腦構(gòu)成學(xué)員機(jī)，其一并經(jīng)由教員負(fù)責(zé)管理，能實現(xiàn)可獨立運行/分組協(xié)調(diào)運行。于教員機(jī)協(xié)助控制條件之下，針對學(xué)員機(jī)加載電梯運行經(jīng)典故障，訓(xùn)練者經(jīng)多次演練，全面提高自身專業(yè)技能。

教員機(jī)主要一般被用在教師編制習(xí)題、教案、訓(xùn)練者成績管理、信息管理、設(shè)置運行方案以及設(shè)定系統(tǒng)故障等等。教員機(jī)能監(jiān)視并管理各訓(xùn)練人員機(jī)，對于培訓(xùn)進(jìn)程進(jìn)行有效控制。在此其中，其也負(fù)責(zé)監(jiān)視、管理、記錄訓(xùn)練者電梯故障檢測操作，完成巡視，進(jìn)行事故處理以及填寫相關(guān)報表、打印等等諸多工作。此外，也能經(jīng)過教員機(jī)針對系統(tǒng)運行狀態(tài)開展監(jiān)測和維護(hù)，做好各類編輯功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)組織管理操作。

就投影系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及打印機(jī)系統(tǒng)方面來看，主要為：相關(guān)系統(tǒng)網(wǎng)應(yīng)用的是300M以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，經(jīng)交換機(jī)，體現(xiàn)出計算機(jī)間相互關(guān)聯(lián)。其具備和外部互聯(lián)網(wǎng)連接的能力。使用國際標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在此同時準(zhǔn)備一套打印機(jī)以及投影儀，將其運用到多媒體考評培訓(xùn)以及教學(xué)工作之內(nèi)。

2.3 關(guān)于軟件平臺的開發(fā)

關(guān)該系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺為Unity 3D，同時搭配C#開發(fā)，支持C/S架構(gòu)、本地服務(wù)器與客戶端連接，支持SQL數(shù)據(jù)庫存儲及處理，滿足虛擬內(nèi)部設(shè)備各種交互（點擊、移動、輸入等以及按鍵控制），可利用HighLighter對模型進(jìn)行高亮顯示，以及透明度、Collider等功能，操作人性化、清晰明確、UI美觀，滿足在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境中穩(wěn)定在線和實時運行。這種平臺能夠于創(chuàng)建建筑的可視化、三維視頻游戲與實時三維動畫等方面發(fā)揮出極大優(yōu)勢?？梢赃@樣講，Unity 3D有著非常強(qiáng)大的功能，軟件平臺應(yīng)當(dāng)集成關(guān)于電梯的成套虛擬模型、聲音模型和檢驗場景，令學(xué)員能夠于VR環(huán)境中在根本上實現(xiàn)整體交互過程?；诖?，其具體的關(guān)鍵技術(shù)主要包含虛擬設(shè)備邏輯行為以及狀態(tài)模擬方法、知識庫構(gòu)建檢驗。軟件平臺結(jié)合分層用于組織各大功能模塊以及相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，其主要分為功能層、推理層、數(shù)據(jù)層、界面層以及顯示層。

于電梯的檢驗，虛擬現(xiàn)實仿真培訓(xùn)系統(tǒng)全面依照了TSG 7001電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則，并要求結(jié)合實際檢驗經(jīng)驗創(chuàng)建相關(guān)知識庫。相關(guān)軟件平臺全面基于該知識庫，結(jié)合教學(xué)大綱中的內(nèi)容，實現(xiàn)課堂教學(xué)。在此其中包含了考核練習(xí)培訓(xùn)和視頻教學(xué)等等。每部分內(nèi)容都能夠隨時調(diào)取，理論知識方面則應(yīng)用聲音、動畫、文字以及圖像等等直觀性方式予以表達(dá)，方便學(xué)員進(jìn)行理解。

3 系統(tǒng)特色功能闡述

3.1 不正確操作零風(fēng)險

應(yīng)用電梯檢驗虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)能夠令學(xué)生充分體驗不正確操作所釀成的后果。比如說：學(xué)員在進(jìn)行絕緣電阻測試的任務(wù)時，如果沒有斷開靈敏電子元件，則有可能損壞相關(guān)電子元件；又或者在絕緣電阻儀未放電情況下用手觸及引線部分則有可能發(fā)生觸電危險。采用VR系統(tǒng)則會判定學(xué)員由于操作不當(dāng)導(dǎo)致設(shè)備故障或者自身危險的畫面，進(jìn)而出現(xiàn)檢驗錯誤的提示。值得說明的是，在實際操作過程中不科學(xué)的操作極有可能引發(fā)設(shè)備損毀或者人身傷害現(xiàn)象發(fā)生。在進(jìn)行傳統(tǒng)培訓(xùn)時，僅通過讓學(xué)生觀看不正確操作所釀成的后果動畫效果展現(xiàn)警示作用，警示性不強(qiáng)。而應(yīng)用虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)能夠令學(xué)生真實體驗不正確操作所造成的后果培訓(xùn)功能，其能夠為學(xué)生帶來相當(dāng)震撼的學(xué)習(xí)效果。

3.2 多場景以及多梯種的應(yīng)用

在VR虛擬現(xiàn)實仿真實訓(xùn)系統(tǒng)中可集合多個型號、多個梯種以及很多性能參數(shù)與電梯教學(xué)有關(guān)的模型。在此其中包含了自動扶梯、自動人行道、乘客電梯、雜物電梯等等。不同種類的電梯結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點，又被分成電梯機(jī)房、機(jī)房通道、轎廂內(nèi)部、底坑以及轎廂頂部等等。諸多檢驗場景和既往所沿用的電梯檢驗實訓(xùn)操作相比而言，VR系統(tǒng)的應(yīng)用無需多設(shè)備多場地，就可實現(xiàn)對學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)。其在極大程度上節(jié)省了培訓(xùn)的硬件成本以及所需場地面積。

3.2 實現(xiàn)結(jié)構(gòu)空間透視

為了令學(xué)員們更順利地理解電梯部件組成結(jié)構(gòu)以及工作特征，在開展電梯建模時，有必要針對復(fù)雜且重要的零部件內(nèi)部組件逐一進(jìn)行建模。通過這種方式體現(xiàn)出零部件結(jié)構(gòu)空間透視功能。于電梯檢驗虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)學(xué)習(xí)模式之下，學(xué)生可以把比較復(fù)雜的零部件一一分解，同時在空間范圍之中全面感受零部件的組裝方法和具體結(jié)構(gòu)。比如說，限速器結(jié)構(gòu)空間視圖之中，能夠令學(xué)生知曉限速器的內(nèi)部構(gòu)成以及每個零件空間位置，同時全面觀察零部件的細(xì)節(jié)情況。

3.4 隨機(jī)化設(shè)定電梯故障點

于實際電梯檢驗時，被檢測的電梯很可能存在很多故障或者不合格之處。常見的不合格之處包含缺少機(jī)房警示標(biāo)識、機(jī)房堆滿雜物、緊急救援通道封堵、轎廂與井道壁距離超標(biāo)等等。而檢驗者能否精準(zhǔn)識別上述不合格之處為驗證其檢驗水平以及能力的關(guān)鍵所在。

在對學(xué)員開展培訓(xùn)考核過程之中，于真實環(huán)境尋找一些發(fā)生故障的設(shè)備或者人為設(shè)定設(shè)備故障相當(dāng)麻煩且不安全。而應(yīng)用電梯檢驗VR虛擬現(xiàn)實仿真培訓(xùn)系統(tǒng)能夠設(shè)置讓電梯隨機(jī)出現(xiàn)各種故障；也可以把某些儀器儀表測試讀數(shù)于既定范圍內(nèi)隨機(jī)變更。通過這種方式全面考驗學(xué)生針對檢驗標(biāo)準(zhǔn)熟悉水平以及針對檢驗現(xiàn)場細(xì)節(jié)觀察能力水平。

4 結(jié)語

總的來講，以VR技術(shù)為基石的電梯檢驗虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)可以為電梯檢驗培訓(xùn)工作開創(chuàng)新的模式。在日后其一定會成為電梯檢驗技術(shù)迅速發(fā)展發(fā)揮出最大作用。另外值得說明的是，該項技術(shù)也能被用于開拓其他高危環(huán)境中的設(shè)備檢驗教學(xué)場合之中。