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复杂装备虚拟维修训练系统-虚拟维修训练系统定制开发方案

发布时间:2023-06-26

编辑人:灵图互动

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传统装备维修训练采用实物模型、半实物仿真和实际装备的训练模式,已不能适应装备信息化建设的要求。随着计算机技术的迅速发展,综合应用模拟器、虚拟环境,构建功能强大的虚拟维修训练系统,为装备维修训练提供有效的解决方案。

装备虚拟维修训练系统基于真实装备维修训练,利用三维建模、虚拟现实技术,构建一个“实装”、“实地”和“实时”的虚拟环境,有效地为装备维修操作训练、故障检测训练和技术保障训练等提供先进的实验环境和模拟手段。

装备虚拟维修训练系统采用虚实结合的方式,在对真实装备进行实际维修操作之前,先在虚拟维修训练系统里进行维修训练的“预实践”演练,待训练熟练之后再使用实际装备进行训练,不仅降低了训练成本,还提高了训练质量和效率。

 装备虚拟维修训练系统

装备虚拟维修训练系统的主要功能是管理受训人员训练,在虚拟环境下完成训练任务,并存储训练过程中产生的各种数据。在管理受训人员训练的过程中,要求能管理受训人员的资料,记录受训人员训练进度。在完成训练任务的过程中,不仅能使受训人员进行故障的检测与维修操作训练,而且能及时进行引导提示,对误操作进行识别、警示和记录。

装备装备虚拟维修训练系统由虚拟环境、虚拟维修过程仿真、维修知识库和系统管理4个部分组成。在虚拟环境中主要完成三维模型的建立,并将模型文件以一定的格式输入到交互引擎中;在虚拟维修交互引擎中主要实现三维模型交互操作;数据库系统存储各种训练系统所需的知识,为虚拟维修训练过程的实现提供后台的数据支持和相应的维修指导;系统管理平台主要实现对数据库数据、受训人员、训练模式等进行管理,并提供一个用户界面,以方便受训人员完成训练任务。

1. 虚拟环境

虚拟维修场景是为受训者在接受维修训练时提供的“实装”、“实地”、“实时”的维修环境,包括虚拟维修人、虚拟维修样机、虚拟维修工具与备件以及虚拟维修场景。虚拟维修样机和虚拟维修人是虚拟维修训练系统的主体,是维修过程仿真实现的基础。虚拟维修样机的建模包括几何特征建模、行为特征建模、交互特征建模。对几何特征建模的研究侧重于直接读取CAD模型信息,并在CAD系统中进行二次开发,将CAD系统中零件的设计信息以可扩充的中性文件的形式进行表达。对行为特征建模的研究主要是面向任务建立虚拟样机行为模型,使其与真实实体具备相同的行为特性。虚拟维修训练系统内部交互极其复杂,且系统须实时响应这些交互,对交互特征的建模需要完成交互类型定义、交互模式选择及响应算法设计等。而虚拟维修人建模则指人体模型的建立。人体模型由多个关节组成,拥有很多自由度,并且其动作还需要满足物理与生理约束,因而其运动仿真与控制是很复杂的。虚拟人动作的逼真度直接影响仿真的准确性。

装备虚拟维修训练系统的虚拟环境模块

2. 虚拟维修过程仿真

虚拟维修过程仿真是实现虚拟维修场景中虚拟人的运动、操作动作以及虚拟人与虚拟维修样机之间交互作用。提供必要的交互控制手段,实现受训者实时、交互地参与虚拟维修训练。故虚拟维修过程仿真应包括虚拟人维修动作仿真、人机交互控制和虚拟人穿越控制。整个维修过程通过人机交互控制一系列维修动作来完成。而穿越控制则是保证虚拟环境的真实感和用户的沉浸感。

3. 维修知识库

维修知识库为受训者提供全方位的知识支持,不仅包括装备虚拟样机的理论知识,还包括维修过程知识和故障信息。这些数据不是简单地罗列,而是通过一定的关联形成有机整体。装备理论知识涵盖了装备几何、功能特征的各种参数,层次关系、装配关系,及装备功能原理、故障机理。维修过程知识则为维修过程提供故障检测方法、维修任务、维修规程、拆装序列等辅助信息和各种操作判断准则、成绩评定准则等评估准则。故障信息则作为故障案例包括故障现象、故障原因、检测步骤和维修方法等,是联系维修过程信息与故障机理的桥梁。

装备虚拟维修训练系统的维修知识库模块

4. 系统管理

系统管理作为装备虚拟维修训练系统的管理者,将对受训人员、训练任务和维修模式等内容进行管理。受训人员管理不仅要求对受训人员各种资料进行记录,而且更重要的是对其训练进度进行跟踪记录,以便能随时调整其训练内容。训练任务管理则是在受训人员进行维修训练时能够为其下达训练任务,对虚拟维修样机进行故障设置,在维修训练中及时给予提示,对操作进行判断,在完成维修任务后对任务完成度进行检验,评定受训人员训练成绩。训练模式管理则是为了满足不同知识、技能水平的受训人员需要,提供介绍、引导、练习、考核和自由5种模式,使受训者进入循序渐近、人机交互不断加深的训练过程。另外系统管理还应对维修训练过程中产生的各种数据进行存储和管理。

装备虚拟维修训练系统能不受时间场地限制,让受训人员随时随地进行实操训练,不仅安全性高,还能缩短实训时间,提升实训效果。

灵图互动作为一家深耕虚拟现实、增强现实、混合现实以及数字孪生技术在装备领域应用与推广的企业,目前已在军工、工业、电力、工程机械、智能制造、能源、石油化工等专业领域积累了多项成功案例,可结合用户需求,迅速定制开发虚拟维修训练系统解决方案。

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