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舰艇装备虚拟维修训练方案-船舶虚拟维修平台开发

发布时间:2023-07-10

编辑人:灵图互动

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虚拟维修是一种以VR虚拟现实技术为依托,在由计算机生成的、包含装备数字样机与维修人员三维模型的虚拟场景中,为达到维修训练目的,通过驱动人体模型或采用人在回路的方式来完成整个维修过程仿真、生成虚拟的人机互动过程的综合性应用技术。

由于舰艇系统设备繁多,结构功能复杂,而维修训练目的是使操作人员在进行实操之前熟悉装备的结构原理并掌握装备的维修操作使用规范。

随着计算机技术的发展,将虚拟仿真技术应用于舰艇装备维修训练中,可以有效解决传统维修训练中存在的时间受限、成本高昂等难题。

舰艇装备虚拟维修训练方案在装备设计数据的基础上,利用构建的虚拟样机代替物理样机,以虚拟环境代替实际环境,用计算机仿真训练过程代替实际训练过程。不仅能够达到了较好的训练效果,而且能够节约训练经费,提高装备使用效能,进一步提升战斗力。

舰艇装备虚拟维修训练方案

1. 舰艇装备虚拟维修训练方案架构

舰艇设备虚拟维修训练方案由硬件系统与软件系统2大板块组成。

1.1 硬件系统

 舰艇装备虚拟维修平台的硬件系统主要是以图形工作站为中心,通过交换机将图形终端连接在一起构成局域网,并以数据手套、头位跟踪器、三维投影仪、力传感器、数据头盔、三维鼠标等I/O设备实现用户与虚拟维修系统之间的交互,为受训人员沉浸到计算机构建的“虚拟维修环境”中提供硬件基础。

1.2 软件系统

舰艇装备虚拟维修平台的软件系统主要由船舶虚拟维修平台、系统集成平台、数据库模块、故障分析与查询模块、虚拟现实模块、虚拟维修模块组成。

(1)数据库模块主要用于存储舰船装备3D模型及设备的各种技术参数;

(2)故障分析与查询模块主要存储设备的各种故障以方便在线实时查询;

(3)虚拟现实模块主要通过构建虚拟环境使用户能够沉浸到虚拟环境中进行交互式训练;

(4)虚拟维修模块主要使受训人员实现在虚拟环境中的维修训练,并将训练成绩通过系统集成平台添加到数据库模块进行备份,系统集成平台通过对各模块的接口的开发实现各个模块之间的集成,并给用户提供界面。

舰艇设备虚拟维修训练方案架构

2. 舰船虚拟维修训练系统功能

舰船虚拟维修训练系统具有以下几个方面的功能:

(1)通过对设备三维模型的交互操作,熟悉设备的结构组成和工作原理。

(2)通过对设备故障知识库的学习,了解并熟悉设备的常见故障。

(3)通过在虚拟环境中的虚拟维修训练,熟悉舰船装备维修训练的操作规程并达到良好的训练效果。

3. 舰船虚拟维修训练系统开发流程

3.1 面对虚拟维修的三维模型建立

建立三维模型是生成虚拟环境的基础,它将真实世界的对象在相应的三维数字空间中重构,即为一个实物虚化的过程。舰船装备建模的主要内容是实体造型,即把大量数据转换为三维可视化的计算机图像。

建模注意事项如下:

对于这样庞大复杂的系统进行实体建模,首先要选择性能强大的CAD平台构建三维模型;其次要合理规划系统的整体结构,整体结构是否合理对后面的研究将产生重要影响;最后还要考虑在后续研究中模型的复用问题。

3.2 模型的数据格式转换

一般来说,虚拟现实软件提供虚拟场景的建模功能,但针对设备的建模功能不能满足面向虚拟维修的精确三维模型,因此需要将设备的模型文件导入到视景仿真软件中。目前一些主流的建模软件与虚拟现实软件之间均提供了公共的数据格式,因此将CAD模型导入到虚拟环境以及有限元计算软件中的时候只需将模型输出为公共的数据格式即可,但有时也存在数据丢失的问题,这就需要对模型做适当的修正。

3.3 虚拟维修交互式操作的实现

在经过对模型的转换并导入到虚拟环境之后,需要实现模型的虚拟环境中的交互,虚拟现实软件提供基本的交互功能,如旋转、放大、缩小等。但若需要进行深层次的交互,则需要通过虚拟现实软件提供的二次开发的接口对其进行二次开发,并实现强大的交互功能。

舰船虚拟维修训练系统开发流程

3.4 数据库的管理

针对复杂的舰船装备系统,其设备库及故障库也将非常的庞大,同时在训练的过程中将产生一些中间数据及训练成绩,需要集中到数据库平台中并进行管理。因此选择一个合适的数据库开发平台显得非常重要。

3.5 系统的集成

系统集成模块是整个船舶虚拟维修训练系统的核心,不仅需要实现与各模块之间的接口,同时需要管理大量的数据。当前主流的建模软件、虚拟现实软件、数据库软件均提供了与主流开发平台的接口。

舰船装备虚拟维修训练方案,通过在计算机中映射真实装备维修环境,使得装备维修人员能够 “看” 到设备的内部结构及工作原理,并实现在虚拟样机上的维修训练,而不必在实装上进行维修训练,不仅提高了维修训练效率,还节约了成本。

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