[發明專利]化工設備培訓管理裝置、設備知識庫及培訓管理系統

有效

• 申請號: 201210407667.4
• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN102968915A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 劉剛;袁紀武;翟良云;李磊;王春;孫春媛
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
• 主分類號: G09B5/06
• 分類號: G09B5/06;G09B7/02
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于計算機技術領域，特別涉及一種增強現實的化工設備培訓管理裝置和大型化工設備知識庫及培訓管理系統。

背景技術

虛擬現實(Virtual?Reality，VR)技術起源于20世紀80年代，本質上，它是一種先進的計算機用戶接口技術，通過給用戶同時提供諸如視、聽、說、觸等各種直觀而又自然的實時感知交互手段，最大限度地方便用戶的操作，從而減輕用戶的負擔，提高整個系統的工作效率。增強現實技術（Augmented?Reality，AR）作為虛擬現實技術的一個重要分支，是一種將計算機生成的虛擬物體或其它信息疊加到真實場景中，從而實現對現實進行“增強”的技術。

傳統意義上的虛擬現實技術包括三個特點：沉浸感、交互性、自主性,強調在完全虛擬化環境中的沉浸體驗，并強調人能以自然方式與虛擬世界中的對象進行交互操作。增強現實技術則致力于將計算機生成的虛擬物體或信息疊加到現實景物上，從而產生現實環境中不存在的虛擬對象，再通過傳感技術將虛擬對象準確“放置”在真實環境中，并借助顯示設備將虛擬對象與真實環境融為一體，最終呈現給使用者一個感官效果真實的新環境。因此，增強現實系統具有虛實結合、實時交互、三維注冊的新特點。

大型化工設備（常壓塔、加熱爐等大型塔、爐類設備）作為化工行業的常用設備，大多具有連續作業、密閉作業、高壓、高熱、易燃易爆且設備龐大、昂貴等特點，在實際生產過程中，許多大型化工設備的故障與重大事故可能百年不遇，但一旦發生緊急情況，留給操作人員處理的時間非常短暫，如果不能及時正確處理，后果不堪設想。大型化工設備的上述特點決定了它對崗位操作人員的素質要求極高，在保證設備安全、滿負荷、長期、穩定、優質運行情況下，積極開展高效率的崗位操作培訓顯得尤為重要。

目前，大型化工設備的崗位操作培訓主要有五種方式：1）書本學習，即通過查閱設備圖紙、文本等資料進行自主學習。這種培訓方式具有形式單一、脫離生產實踐且學習時間較長等缺點。2）多媒體學習，即通過視頻、PPT等方式進行學習，這種方式雖然形式上生動了許多，但同樣存在著與生產實踐脫離的缺點。3）沉浸式的虛擬交互學習，即通過構建逼真的三維設備模型并利用各種輔助設備，讓學習者沉浸于虛擬場景并與之進行互動操作。這種培訓方式建立在真實感極強且具有交互操作能力的虛擬場景基礎之上，形式生動，寓教于樂，能夠極大地提高培訓質量與培訓效果。然而，虛擬交互學習畢竟是虛擬化的，其或多或少都與設備現場存在差異，無法從視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、感覺等多重感官上真實體驗現場環境。4）現場實習，即在老員工的帶領下在設備現場實地參觀學習，這樣的培訓方式一方面受設備連續作業、密閉作業的限制而無法了解結構、原理等深層次的內容，另一方面也受講解人員的個人能力與講解水平的限制，同時，因設備易燃易爆、高溫、高壓等特點，現場實習也受多種危險因素的影響而不可能經常進行，上述特點決定了短期現場實習的培訓效率不會很高，只有通過不斷反復的長期實習才能真正達到理想的培訓效果。5）組合式培訓，即將前三種方式與現場實習組合起來進行培訓，這種組合式的培訓方式雖然可以彌補前三種單一培訓方式的部分缺點與不足，但仍然無法完全克服現場實習培訓所固有的缺點，同時幾種組合培訓方式在切換過程中存在一定的時間與空間上的間隔，彼此之間無法直觀、快速地進行相互印證，從而無法達到真正意義上的一體化高效培訓。

大型化工設備操作培訓的重點應以工藝原理、技術參數以及操作規范的學習為主，將增強現實技術融入其中，可以達到在設備現場進行互動式、剖析式、實時式一體化高效培訓的目的。

發明內容

本發明用于解決大型化工設備現有培訓方法中存在的脫離生產實踐、無法從視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、感覺等多重感官上真實體驗現場環境、學習效率低、培訓時間長等問題，通過在真實現場環境下的設備關鍵部位上疊加虛擬模型或信息，從而讓受訓人員能夠在設備現場進行互動式、剖析式、實時式的一體化高效培訓，其所要解決的技術問題包括：1）提供具有防爆功能的便攜式增強現實設備，便于現場攜帶并滿足安全生產要求；2）基于高效三維引擎技術的圖形繪制系統，滿足高效圖形繪制與數據處理的要求；3）通過圖形標記卡及其快速識別與匹配系統，圖形標記卡用于標記設備的關鍵部位，識別與匹配系統用于快速識別標記并將其匹配為相應的虛擬模型或信息；4）通過視頻合并器及顯示器，用于將真實環境與虛擬模型或信息完美融合并顯示在光學透視式頭盔顯示裝置(S-HMD)等顯示設備上；5）通過大型化工設備知識庫及其培訓管理系統，為設備現場互動式、剖析式、實時式的一體化培訓提供信息與管理支持。