基于虚拟现实技术的技能培训系统开发与应用.docx

1基于虚拟现实技术的技能培训系统开发与应用陈满戴钧湖北省科技信息研究院湖北武汉摘要结合企业实际培训需求提出基于虚拟现实技术的技能培训系统的总体设计系统由虚拟场景和培训功能两大模块组成该系统结合机电设备和培训信息数据建立培训学习考核可视化三维场景实现了培训区域虚拟漫游实时导航和设备操作交互控制的功能系统的运用可以进一步提高企业对设备的保养维护能力基础故障排查能力和检修能力减少因设备错误使用及操作不当造成的损失关键词虚拟现实培训系统交互式开发中图分类号G434文献标识码51448随着信息化技术的快速发展越来越多的信息化技术被运用到实际生产中促进了与制造业传统行业的深度融合由此引发了数字化工厂概念的提出构建信息化技术高度集成的技能培训系统已成为我国制造业信息化领域研究的热门课题将虚拟现实技术运用于实际生产培训开展构建技能培训系统的研究便是其中之一结合工厂技能培训的实际需求明确工厂操作人员技能培训的实际难点和重点研究开发出基于虚拟现实技术的数字化技能培训系统并集成运用工业技术开发出具有虚拟场景漫游实时导航操作信息2展示考核信息数据查询和实时监控等功能为一体的完整的数字化技能培训系统实现了技能培训的可视化实用化智能化目标虚拟现实技术虚拟现实技术中的现实泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境它可以是实际上可实现的也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的而虚拟是指用计算机生成的意思因此虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境人可以通过使用各种特殊装置将自己投射到这个环境中并操作控制环境实现特殊的目的基于虚拟现实技术的技能培训系统总体设计技能培训系统中的个性化模块设置可以再现产品生产制造过程中的任一可视化有序步骤如产品装配过程产品加工过程等需要人工装配的大型设备前期的人员培训可能仅有图片或者装配卡片形式的培训方式不能在有效时间内对人员进行系统化的讲解而三维虚拟技能培训系统中所嵌入的独立产品生产再现设备操作模块便能形象地对加工装配操作过程进行一个详细的再还原对于参训人员的培训工作起到了强有力的辅助甚至主导作用虚拟现实培训系统将实物通过虚拟现实技术仿真出来只需一台电脑就可以完成设备操作装配的培训工作同时根据需求在技能培训中添加考核模块这种方式即解决了企业培训场地缺乏的难题也降低了培训过程中因误操作对设备的损坏风险通过虚拟现实技术模拟不同工艺段的运行原理及操作可以针对员工所在的工艺段进行对应3工艺段的培训学习在该虚拟系统的支撑下可以确保员工在了解不同工艺段的同时培养故障诊断及基础检修的技能通过虚拟仿真技术对设备的保养维护基础故障排查检修的培训系统可以减少错误使用造成的损失基础故障排查检修培训可以减少售后维护部门上门维修的费用经过反复论证与研究在充分调研的基础上设计出的基于虚拟现实技术的技能培训系统总体结构见图该系统主要由虚拟展示模块和培训考核管理模块构成虚拟展示模块的构建采用三维建模技术和虚拟现实技术构建虚拟环境使用户拥有交互式体验培训考核模块的建立依托于存储有培训过程信息考核信息等基础数据和实时数据的数据库并使用相关计算机技术等实现培训学习与考核的可视化智能化与实用化系统中虚拟场景的构建构建虚拟展示场景是满足技能培训系统具备可视化功能的必要条件逼真的高精度培训场景及设备模型并配备合适的场景驱动是技能培训系统建设顺利进行的重点工作建立培训场景三维模型构建培训场景及设备三维模型的主要工作集中在三维模型数据采集与三维建模上这是实现实景仿真及漫游的基础在制作场景虚拟模型虚拟展示场景模型的过程中影像图像信息的采集很重要影像图像采集的清晰程度和质量好坏将直接影响制作出的模型的展4示效果模型制作的精细程度采集数据时尽可能采集区域及设备的全貌如果采集的环境不允许可以分多个角度采集多张图像照片尽最大可能把它的全貌准确地表现出来这样建模时只通过几张照片就可以了解建模对象的整体面貌所要表达的细节及重点采集建模对象细节部分时要具体到每个立面及细节特征在采集细节及重点数据的时候要根据物体等级的划分考虑需详细采集的区域及要建模的区域三维模型可以被划分为静态模型和动态模型静态模型是静止不运动的模型如培训场景等动态模型是具有运动属性的实体模型如各种设备等静态模型与动态模型在建造的过程中采取分离独立建模的原则具体地说以布置规划设计图车间设备布置图等图纸资料为依据建立真实坐标基础上的三维空间场景模型其中动态模型以设备图纸等资料为参考最终建立的培训场景及设备三维模型见图虚拟场景驱动建好的三维模型是相对独立的仅仅是实物三维尺寸的立体表述尚未被激活实现真正意义上的相互关联要实现最终的漫游导航及交互控制就需要在实时场景驱动工具平台上进行开发实现可以以任意角度对虚拟场景中的对象进行观察的功能技能培训系统中虚拟场景要给用户带来漫游观看任意角度观看的感官体验使客户获取身临其境的感觉这就需要对虚拟场景进行驱动5该驱动是在三维互动仿真平台环境下实现的即虚拟现实平台是一款由中视典独立开发的具有完全自主知识产权的直接面向三维美工的虚拟现实软件它支持自动漫游开发手动漫游开发漫游轨迹可以根据实际需要进行设置同时支持更深层次的开发扩展性好实时导航系统为了快速精确地定位培训场景中的实体对象就必须要引入一套实时导航系统首先要设置规划导航图导航图以二维区域设计及平面布置图设备图纸资料等作为参照依据设置精确度较高的坐标并同三维场景的坐标绑定使两套坐标成为唯一对应当在实时导航图上点击某一个对象时系统会自动捕捉到该对象的坐标然后通过该坐标在三维场景中对应绑定的坐标计算出对应的三维场景中的实际位置然后将展示的漫游场景窗口漫游至该位置实现实时导航的功能实时导航系统见图培训系统应用培训系统中的设备具有一定的真实感见图4以三维多功能激光加工机为例该加工机操作面板被真实虚拟再现培训中采用动态的实时交互操作方式系统可以模拟再现设备操作时的多种常见故障现象通过植入故障观察故障现象测试各相关部件的工作情况从而排除故障提高参训人员设备保养故障排查与检修的能力培训系统交互式操作界面6培训系统的应用模式见图5主要有以下三种讲解模式通过文字语音动画图片等多种途径讲解操作过程训练模式通过文字语音错误提示等按照要求完成操作流程考核模式给定要求通过自主操作完成操作并给予评分及点评结语构建完成后的基于虚拟现实技术的技能培训系统通过稳定性测试后可以按照企业所需格式部署在企业内网或输出为或者形式独立使用或者上载至企业网站联网使用多样化的格式及部署选择可以丰富技能培训手段提高培训效果方便培训工作的开展技能培训系统的运用可以进一步提高企业对设备的保养维护能力基础故障排查能力检修能力提高人员的技能素质降低设备维护检修成本减少设备错误使用造成的损失参考文献李春泉尚玉玲胡春杨云制造的体系结构及其关键技术研究组合机床与自动化加工技术陈满曹国何渡等三维数据采集技术在工厂三维导览系统建模中的应用微型机与应用武亚峰林在康杨晓威等基于虚拟现实技术的数字化矿井系统煤炭科技孙洁香黎晓东杨书评等制造产业集群信息化协同服务平7台设计思想及运行模式分析制造业自动化曹国中小企业信息化建设模式探讨科技进步与对策唐自力二维码与移动互联技术在高校固定资产管理中的应用计算机光盘软件与应用7王国乾面向福建制造业产业集群构建公共信息服务平台海峡科学8朱记伟解建仓李建勋等面向产业集群的中小企业信息化创新服务支撑模式以宝鸡中国钛谷为例科技管理研究9黄燕芬陈雪娟基于二维条码技术的高校电教设备管理系统安阳师范学院学报10章瑾孙玉昕基于物联网的仓储管理系统设计武汉船舶职业技术学院学报1刘佳宁陈威虞洁红等二维码技术卫生监督移动执法互动平台系统的开发中国公共卫生管理2周燕玲医院数字化药品库房管理应用研究以江西省某三甲医院为例科技广场责任编辑要毅