灵图互动电力仿真全息教学实验室建设方案

发布时间:2022-08-01

编辑人:灵图互动

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虚拟仿真技术 ,是20世纪末才兴起的一门新的综合性技术,是一种可创建和体验虚拟世界(Virtual World)的计算机系统。此种虚拟世界由计算机生成,可以是现实世界的再现,也可以是构想中的世界,用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界, 它融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体技术、传感器、网络以及并行处理技术等多个信息技术分支的发展成果,为我们创建和体验虚拟世界提供了有力的支持,从而大大推进了计算机技术的发展。

1. 传统实训行业痛点

国内工业行业目前仍采用传统模式进行培训——“先理论观摩,后上机实践”,主要分为现场培训与室内授课相结合的方式,通过现场设备、零部件、PPT等文档以及视频教学光盘进行。

①教学模式单一

目前大多数职业院校教学模式单一,主要以老师在课堂上讲授知识,学生听课为主。传统的灌输式和填鸭式的教学模式使课堂枯燥无味,需要实践的学科也无法安排实验课程和提供实验场所,实训往往被当作理论课的辅导课程,导致当前职业院校的许多培养计划被大量理论课程填满,缺乏检验动手能力和实际操作的课程。

②缺乏实训机会

随着我国科技进步的不断发展,社会进程不断加快,对技术型人才的需求也在不断增加。但当前职业院校教学的中心停留在理论课程阶段,忽略了实训的重要性。大多数学校将实训挪到寒暑假短短的一个月或十几天中。学生们在此短暂期间无法进行完整的有体系的实训计划。平时在校期间上课学校也无法提供实训场所,如地质学,石油与工程,土木工程等专业,没有大型的专业化实训场所,只能将实习推迟到寒暑假,这样的情况就导致大量的学生缺乏实训机会,无法掌握实操技能。  

③实训资金短缺

在国内职业院校中,实训所耗费的人力物力财力也是不容小觑的。很多专业需要大量的实习场所和实习材料和资源,外出实习还要解决学生的食宿问题,且存在安全隐患。目前开展专业化的实训对于许多院校仍是一笔不小的资金支出。

④师资力量匮乏

随着我国科技进步的不断发展,社会转型速度加快,需要更多的技术型人才加入到祖国的建设中,很多职业院校都存在师资力量匮乏的情况。作为专业实训的指导老师,不仅要求自身的理论知识过硬,还需要丰富的实训指导经验。目前年轻教师缺乏实训经验而年长教师数量不足,难以支撑国内现有的职业院校教育实训体系。

⑤考核难度大

针对学生的考试都是通过纸质试卷,对其打分评价带有主观因素,很难准确评价出学生的真实水平;同时力求每次考试都需重新命题,缺乏统一的考试题库,试题管理混乱。

2. 电力仿真全息教学实验室

电力仿真全息教学实验室建设方案主要是以虚拟仿真技术为基础,为学生提供一种可实操、可体验、可观测的开放式环境。

电力仿真全息教学实验室结合开发、展示、体验等多维度需求,将虚拟实验室进行立体化应用,改变传统教学、实践中生硬、枯燥、被动的现状,使以往的多媒体教学从二维平面变成三维立体交互,并结合电力相关的仿真课件资源,达到激发学生学习兴趣、快速掌握知识,将所学知识进行深度应用的目的。

电力仿真全息实验室

3. 电力仿真全息实验室系统设计

电力仿真全息实验室整体设计方案,采用小组分布和围合式设计,即总体分为六组,同时每组桌椅使用可移动组合的活动设备,实际使用时可自由组合灵活变化,适用更加广泛的应用场景。

电力仿真全息实验室整体设计方案

平面布局

教室的两端,分别为大型沉浸式体验系统CAVE系统,以及小间距LED系统。中间分别为六组组合式桌椅、两台AR、两台全息台,以及四套VR头盔系统。

1) CAVE系统可用于多人沉浸式交互培训即体验,在开放度和沉浸感之间取得良好的平衡,即照顾到了仿真培训的沉浸式氛围,也没有采用头盔式的解决方案与物理世界完全隔绝开,更加适用于教学、培训等需要沟通、讨论的学习场景。

2) 小间距LED系统,采用的是小间距LED无缝拼接而成的大尺寸高清显示系统。该系统不仅可用于常规多人多媒体等教学,也可用于仿真交互培训系统。

3)  教室配置有两台AR台、两台全息台,以及4套VR头盔系统,分别用于电力相关的培训内容的交互式实训。新颖的交互方式,和逼真的仿真内容,可以极大的提升学生学习的兴趣,在自己动手操作的过程中,印象深刻的掌握相关知识点。

电力相关的培训内容的交互式实训

4. 电力仿真全息教学实验室方案架构

4.1 电力仿真教学系统

电力仿真教学系统是一套整合了多种电力仿真教学内容的综合培训系统。系统整体采用三维仿真的方式,将电力相关的所有设备进行仿真,提供一个可观测、可学习的虚拟培训环境。

系统内容共分为三大类,变电站类、实验设备类,以及电站类。每种类型的内容下又包含了各自范围内的相关单体设备、系统性设备。系统具有设备查看、自定义编辑属性的功能,方便用户根据课本内容,轻松实现自定义内容。

系统除了具有对设备实现认知教学外,同时还包含有视频、动画等多媒体内容,能对设备的内部结构、运行原理等相关知识点进行实训学习。

系统学习内容不仅包含了电力相关的单体设备,也包含变电站、水电站、火电站、风电站、核电站等电力机构的相关学习内容。

电力仿真教学系统

4.2 变压器检修虚拟培训系统

变压器检修虚拟培训系统是通过VR引擎软件,结合工业模型数据开发的,可观察、可操作的虚拟仿真培训系统。系统利用虚拟仿真技术真实还原了变压器设备,可360度旋转、缩放查看,实现对该设备的结构认知、检修拆卸等教学功能。

变压器检修虚拟培训系统

4.3 高压开关设备检修实操仿真系统

基于VR沉浸式虚拟仿真技术的高压开关设备检修实操仿真系统,系统采用三维虚拟技术,构建逼真的各种高压开关与变电站环境,对高压开关的原理、检修、检测、试验以及缺陷等进行仿真,提高相关人员的标准业务、故障判断和应急处理能力。

对4种高压开关设备的三维结构剖析、本体机构外观检查、SF6 密度继电器在线校验、回路电阻测试、弹簧机构更换弹簧、液压机构控制阀更换和分子筛更换检修实操,红外测温和特高频局放带电检测,工频耐压试验,盆式绝缘子沿面放电、敞开式断路器法兰对接面及瓷套裂纹漏气、接线端子 发热典型缺陷5方面的三维仿真实训。

该系统解决了因时间、成本、空间限制而难以处理的一系列复杂问题,强化其在操作过程中的规范和安全意识,增强具体培训效果。

4.4 电缆仿真实训系统

电缆仿真实训系统利用VR引擎表现电缆的基本结构、产品型号、装配要求、铺设要点等知识,立体展示不同类型电缆的立体外观、内部构造和各种架设环境,让受训人员在虚拟的三维环境下进行理论学习和实训练习。

系统打造的虚拟环境为操作者提供了交互式的场景浏览、漫游和定位等功能,能依照电缆拆装检测程序和步骤进行模拟作业,并将电缆拆装中的各个环节逐一体现。培训过程依照虚拟演练操作与实际设备操作动作一致的原则,使学员能够对电缆拆装程序、技术要求和技术特点等有较深刻的认识。

基于 VR 技术的电缆仿真实训系统,打破了传统的培训模式,增强了培训的吸引力,激发了学员学习的积极性和热情,同时也避免了传统培训造成的材料浪费、危险等情况,大大降低了培训成本;而且结合 VR技术的工艺操作流程更加直观,无任何时间和空间的要求,更能在虚拟环境中反复练习在施工中容易忽略的问题。

电缆仿真实训系统

4.5 电力中心GIS三维仿真培训系统

电力中心GIS 三维仿真培训系统采用VR、计算机图形学、多媒体、人机交互等技术,针对电力行业开发的培训系统,包含变电站漫游、设备拆卸、设备展示、设备充放气演示、就地操作等实训内容。

系统参照真实变电站,将其环境、建筑、布局、设备等内容1:1等比还原,为虚拟仿真培训提供了真实可信的培训环境。同时,系统将变电站的工作内容、工作流程、设备精细化操作等内容,制作成可操作、可交互的仿真培训内容。通过高度便捷、参与式实训方式,实现提高操作人员业务素质,保证电力系统安全、有效运行的重要手段,具有很强的真实感和沉浸感。

电力中心GIS三维仿真培训系统

4.6 水利机组虚拟仿真教学系统

水利机组虚拟仿真教学系统,将真实水电站完整的进行仿真,包含水电站的地理环境、外部构造、内部设备等内容,也将水电站的运行流程、原理以可交互动画的形式进行体验呈现,同时水电站的设备信息、参数、部件、功能等内容都能在系统中查看,最终实现从水电站设备认知、设备操作、水电站开机流程、关机流程等一系列内容的教学和实训。

系统也提供了考核模式和自动评分系统,方便学生自我考核学习的程度和结果。

系统利用虚拟仿真技术,将高成本、高危险的大型水电站以及相应操作内容进行仿真和模拟,让学生实训不再受到时间、空间、地点的限制,也降低了外出实训的成本和风险。

水利机组虚拟仿真教学系统


5. 灵图互动电力仿真全息实验优势

应用尖端的VR虚拟现实技术,虚拟仿真出对应机械及零部件。通过对学生的不断训练,强化其在操作过程中的规范和安全意识,增强具体培训效果。较之刻板的规章学习与文本宣讲教学方式,本系统具有使用成本低、风险系数小、临场实感强、教学效果好、可扩展性强等特点,应用最先进的尖端技术,体现了学校先进的培训管理文化和技术上超前的思想和实力,将学校的数字信息化建设真正落到实处。

5.1 真实感强

在虚拟现实头盔中营造一个真实的操作环境,根据操作现场进行虚拟场景制作,所有的操作规程均与实际操作完全一致,达到真实的设备操作体验。

5.2 安全系数高

学生在虚拟环境中进行操作,不必担心因误操作而带来的事故和伤害;系统设置常见危险点,当学员出现误操作时,及时进行对应提示。

5.3 培训及考试效果好

系统可设置常见工作场景作业以及常用安全操作规程,学生可进行重复培训;对于作业中的常见危险点,可设置不同难度的操作级别,重点进行对应学习;建立统一的考试题库,系统自动抽题进行考试,并对学生操作自动打分,给予客观公正的评价。

5.4 培训成本低

仿真培训系统采用信息化系统建设,学生可独立在任意电脑上进行操作,无须专人“一对一”的指导;不用到现场即可了解到对应的安全操作规程,对虚拟设备进行操作,避免了真实设备的磨损和报废;无须占用专门的机械设备进行培训,有效降低了机会成本。

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创建于2022-05-17
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