基于虚拟现实的发电设备检修培训技术
“工艺流程化、标准化，通过我们虚拟检修系统，任何时间、任何地方都可以进行检修工作的实施，考虑检修标准化的过程中可以利用我们的虚拟检修系统，来考量一下我们的检修包是不是完全对的，有助于我们检修工艺标准化的过程，还需要一个专家库来判定我们学院做题的过程是不是好的。随着虚拟检修系统的推出，可能有助于我们火电厂检修制度的一个完善。”华北电力大学自动化系教授董泽在2018智慧电厂论坛（第二期）上了《基于虚拟现实的发电设备检修培训技术》时说。
董泽：尊敬的各位专家，下午好！智慧电厂这个概念内涵特别多，里边可做的内容也非常丰富，今天时间有限我就把我们近期开展的一些工作简单给大家介绍一下。
这是一个基于虚拟现实发电设备的检修培训技术，实际上就是一个检修培训，其实这个事肯定由来以久，大家只要有设备检修肯定都会有这个培训，我们做的这个有什么不同的特点呢？首先，我们看一个基于虚拟现实技术的应用。为什么会想到这么一个题目？首先，这是我们的提纲，看一看我的想法产生的背景。
首先我们看一看，我们现在火电厂的检修都是定修为主这种检修方式，但是随着设备的可靠性不断的提高，我们定修的周期也在不断的加长，一般现在一个大修4—6年，小修一两年可能有一次，但是大修的周期是非常长的，这就有一个问题，那些大型的设备小修的时候肯定不会拆开，只有在4—6年大修的时候，现在可能都在追求6年以上的大修周期，只有大修的时候才可能把设备解体拆开，拆装一次。这么长的时间有可能就是我们做检修的一个工人来到电厂以后5、6年才可能见到这个设备解体一次，他对设备内部解构的一些了解可能就非常抽象、非常不具体，而且以前我们的检修都是师傅带徒弟，也没有什么特别准确的图纸，可能师傅在那儿讲，这样简单的沟通，效果是不理想的，这样我们的检修人员水平提高就很慢。我们设备水平现在发展的很快，所以产生了极度的不契合、不一致。由于上述的原因往往使我们检修人员的水平提高不快导致的后果，修了还不如不修，一个大修以后可能一启机以后发现还不如不修呢，修之前好好的，修完之后这也坏了、那也坏了，甚至有的厂修完以后启不来重新拆掉重新修，这个损失就非常惨重了。
另外，电厂数字化移交，所有设备的图纸都应该有数字化的图纸，包括各种集合尺寸都应该是三维的，现在实际上没有这个，首先设备厂家是不愿意提供，因为我考虑到自己设备保密性的问题，可能一个汽轮机我在喷嘴那儿稍微做了一些改进，可能提高了我的效率了，这个东西别人一看就看到了，我不想让别人看到，就不提供这个图纸，现在甚至有的汽轮机修的时候电厂都没有修的资格，设备厂要求返厂去修，当然大多数汽轮机还可以由电厂来修的。但是出于保密性的问题，这个图纸肯定是不全的，拿不到，所以说没有这个图纸，前面那个问题，师傅带徒弟时候没有什么依据，你讲的时候就没有这个图纸做依据，所以讲的也是，很多被带的这些学员感觉到讲了半天那个设备具体长什么样子，脑子里一点概念没有。现在我们三维建模的技术这么发达了，我们可以有很多手段去建立它的三维模型，最开始也是想最新的我们有一个基本的依据，你在讲检修的时候，哪个东西长什么样子，我们一看就看到了，这是我们的背景。
把这个做成虚拟现实检修的基础上，我们考虑到可以建立这样一个我们称之为半物理仿真系统的这么一个想法。这里我们从设备角度考虑包含三个部分，人机交互的硬件设备，其实传统的鼠标、键盘可以用，当然现在由于虚拟现实的发展，我们现在数据手套、手柄、眼镜价格也都平民化了，以前也都非常非常贵，可能以前谈这个东西不现实，设备太贵了，可能不值得去做这个事，现在价格也都平民化了，也都是我们可以承受得起的了，所以我们把人机交互设备作为我们这个系统必备的一个硬件之一。
虚拟现实技术，基于计算机三维建模的这么一个技术，也不用多讲了，大家都知道，现在很多，尤其是在游戏这个行业用的非常多。3D打印，如果是我们某些零件非常关键，我们想看看它长什么样子，我这里有图纸，直接可以在3D打印机上直接生成，可以作为我们这个系统的设备。
规划了有这么几个方面的功能：第一，我们可以拿来进行学习，基础的学习这是基本归能。第二，可以训练，这是核心功能，直接我们对着，相当于我们对着一个汽轮机。第三，仿真功能，相当于模拟设备运行的工作状态，考核相当于一个闭口，培训了、也训练了，最后效果怎么样，通过考核来验证效果，管理功能是对系统的各个部件或者是系统的各个资源进行管理。
这是我们做的一个图例，学习的时候用的。学习一方面是有视频讲解，将是通过自动的视频讲解，这个不需要师傅，直接把食品摆在那儿，待会儿有一个视频可以给大家看一下，视频摆在那儿这个东西可以学到。具体检修流程，还有检修工艺的演示都在这上面，都是自动的完成的，所以这个部分省掉了师傅的功能，就是他可以来代替师傅那个作用，这样的话师傅就可以有大量的时间去做别的事了，因为现在厂里都很忙，减员增效以后本身人员就很小，可能师傅带徒弟没有多大耐心去带，这样由他先来带，关键的部分由师傅去讲一讲，这是两个可以结合起来完成工作。
训练功能是我们的核心，我们在做的时候确确实实在这上面也走了很多弯路，因为开始我们讲训练，以为就是把一个设备，一个部件、一个部件拆一拆就行了，后来我们跟方案实施电厂去交流，实际上是我们中电投的公司去交流，看了我们做的东西，人家说我们这个东西是入门级的，不是给电厂的检修工人看的，是培训这些刚入厂的学员可以，相当于成为学习功能了，不是训练功能，因为我们做的有点凭我们自己的想象，其实火电厂的检修过程非常复杂，不光是拆一拆、装一装，里面还有很多测量，还有很多器件拆下来我们要测一测间隙、尺寸，有没有变形、缩小等等，这个功能我们没有加上，后来重新加了一个功能。
这实际上是一个人机交互的过程，不是说简单的他在那儿自己就操作了，应该是学员在学习的过程中，通过鼠标、键盘也好，或者操作设备，进行操作是一个人机交互的过程，所以这个交互过程我们开始在做的时候，作得非常辛苦，做了很长时间，后来说这个东西没法往下走下去了，后来发现其实我们走了一个大的弯路，因为人机交互，如果单纯的在底层去做，其实实际上是费力不讨好的，费很大的力气，可能效果不见得好。所以说我们发现，得需要一个平台支撑，有一个引擎。我们后来采用的是一个人机交互的引擎，我们的效率就提高了很多，后来其实前面做了有一年的工作，其实我们后来用了不到半年，应该是三四个月就把立面的工作重复一遍。
所以说在训练部分我们还是在一个引擎的帮助下，我们把各个，其实检修是有检修的，各个检修步骤可以用一个一个动画来表示、来表征它，但是这个动画是需要用人去参与的，由人来把这些动画联系起来的，所以必须有一个引擎来支撑这些东西，协同它一起来完成。
仿真的功能可能不是很核心，但是它也是起到一个很有效的辅助作用，这个实际上通过，因为我们在做检修培训的过程中已经把所有设备，把我们相关设备的模型都已经建立好了，这个设备在运行的时候是怎么样运行的？它运行的时候参数，比如温度、压力、流量这些参数是怎么样的？我可以跟实际的物理系统联系起来，它就是一个平行系统，它可以展示一些运行的工况、设备运行的状态，可以在运行的时候，设备运行有一些异常的情况下我可以颜色变变红，比如说出现一些异常我们旋转机械可以在仿真系统里来模拟这些情况，所以它就是一个我们实际系统的平衡系统，他的一个功能可能也是被我们培训的这些学员加深他们对设备的认识，设备运行起来是怎么样运行的，它在运行过程中出现了什么样的异常以后设备会出现什么样不同的表现，这个就可以在我们的仿真功能上体现出来，这个功能应该说我们现在是一个设想，我们还没有做到这一步，将来如果有精力的话我们还往下做，现在最主要是把检修做下来，这个是很迫切的要求。
考核功能，实际上就是在检修的基础上，我们可能会设计一些考试题，把不同的检修场景拽出来，然后培训学员去做，这个要有一个自动的评分系统，考核过程跟刚才那个培训过程，很多功能是重起来的，培训过程是没有这个考核压力情况下学员自己在那儿学，考核过程可能要限时间，要限定场景，在这个时间特定的场景下学员完成特定的任务，看他完成任务的效果如何，有没有违背我们检修报告规定的一些步骤，都可以在考核系统中进行考量，这是一个考核功能。
管理功能，其实就是我们系统的模型，比如说这个检修系统可以大到做集团级的，这个系统里汽轮机等种类就很多了，需要一个管理系统管理它，还有题库管理系统，我们出的各类的题库，可能不同的项目、不同的设备会有不同的题目，题目需要高效的管理起来，这个是题库管理。还有比如我们人员信息的管理、设备信息的管理，都在管理系统里进行管理。上面是我们介绍的我们设想的一个虚拟检修系统的几大模块。
主要的研究内容，一个是要建模，因为现在主要是设备厂家不提供我们的设备尺寸，可能这个工作是麻烦一点，就得在设备拆解的时候我们去记，当然现在很多检修公司有这些数据，有些检修公司它在检修过程中大体上设备的数据、设备三维的尺寸是有的，需要我们很多地方大家通力合作，来解决这个问题，基础模型的建立实际上对我们这个系统是非常重要的一件事情。
设备检修的过程，这也是我们主要的工作内容。
工艺流程化、标准化，通过我们虚拟检修系统，任何时间、任何地方都可以进行检修工作的实施，考虑检修标准化的过程中可以利用我们的虚拟检修系统，来考量一下我们的检修包是不是完全对的，有助于我们检修工艺标准化的过程，还需要一个专家库来判定我们学院做题的过程是不是好的，我们进行个性化的定制出题的时候，针对它的错误开什么样的题目增加这方面的练习，增加他的印象，这是我们的专家库。
还有一个分布式虚拟现实的仿真技术，还没有做得特别深入，就做了设备工作过程的演示。研究内容里还包括交互设备，怎么样跟我们的系统结合起来结合得更好，环境的构建，还有课件的制度，都是属于增强我们系统工程的内容。
这是我们设想系统建成以后实现什么样的目标，我们可能所有火电厂重要的主辅机的零部件级的模型都有了，结合三维虚拟环境我们就可以制作一系列的课件，就像我们图立面那样，任何一个菜鸟级的人物都可以在我们课件的帮助下尽快熟悉现场的各种设备。
目标专家库，需要长时间的积累，专家的规则库确实是很庞大的一个库，我们现在建的东西也不多，随着系统持续的应用，会不断的丰富。还有评判规则和评分标准，这个也是结合专家库来做的考核系统、系统考核做一些工作。我们目标，可以完善和校正我们原来的那些检修包，检修包里我们做评估的过程中发现有一些问题，我们可以进行完善和校正。可能会随着我们虚拟检修系统的推出，我们现在推出这个以后，可能有助于我们火电厂检修制度的一个完善，推进我们标准化同时可能会发现我们检修制度中有些不太皖北的地方、需要改善的地方，我们在培训的过程中，再结合虚拟现实的培训过程中，可以改善它。我们一个大的目标，将来可能会构建一个完整的体系性的东西，就是所有的发电设备的标准化的、半物理仿真的培训系统可能会构建出来。
关于这个意义，刚刚讲的也差不多，也就不多说了。
这个还不是一个最终的版本，是一个封面的，这是一个主菜单，是一个汽轮机检修包括发电机检修，汽轮机和发电机检修的这么一个系统，现在还有待进一步的封装，可能后面还有一些画面不太好看，背景什么的都没有加什么渲染的东西上去。这是一个高压缸，这个是高压缸的拆解过程，把它拆掉了。这个是我们低压缸的拆解过程，这个是发电机。这是做完考核以后给出的一个评分，错误项会用红色的标注一下，提醒一下哪些地方搞错了，同时对设备有一个简介，出错以后违反了检修包中的哪项规定，比如点那个红的，为什么会错。
这是我们的一些视频，因为没有单独的做视频文件，简单看一看。这个好像是凝结水泵的一个东西，这是一个初级的模块，是展示性的，就是说它有什么东西来构成，哪些部件都有什么，相当于是个初级的学习阶段。
这个是一个工作过程的演示，这个也比较简单，很多培训机构都会做这个东西，可能对设备了的讲解更深入一些。
这个是我们在没有做完封装之前的一个视频，这是我们汽轮机的1号轴承，拆的过程中，这个东西是必须做的，要测量，以前我们忽略了这些东西，原来我们只是一个零件、一个零件往外飞，光考虑这些东西了，后来发现这个非的过程中，你这个零件飞走以后这个地方留多大空，我们看一看，看看对不对，很多细节需要做，确实做了很长时间，因为中间也走了好多弯路，这个做下来有好几年了，最后有这么一个成果，正在最后的封装，这两天就做好了。
这是一些展望性的，就是目前我们还是C/S模式的，还没有到B/S去，现在我们暂时不支持B/S模式的，我们出题阅卷这部分加入一些人工智能的因素可能会更高一些。再有一个，现在人工智能有生成器，可以生成各种各样的东西，我们的故障也可以由人工智能生成，考虑将来故障的自动生成可以由智能系统来生成。
谢谢大家！