基于虚拟技术的矿山设备维修训练系统探讨

[摘 要]虚拟技术的矿山设备维修训练系统，是对矿山设备进行虚拟维修系统开发关键技术的分析，通过虚拟技术事先对矿山设备进行维修，并且在设备成型后进行实际训练维修，以此来提前设备投入使用的时间，更好的服务于矿山开采。通过虚拟技术的矿山设备维修训练系统，为矿山设备维修提供系统结构设计思路，建立设备训练系统应用于矿山设备维修当中，从而达到降低训练费用，提高训练效果的目的。其中，虚拟技术的矿山设备维修训练系统中所提及的设计方法和技术对于矿山设备维修方面具有重大意义，如何把握和正确利用这一技术，将关系到矿山开采以及矿山产出效率。为此，将虚拟技术引入矿山设备维修训练系统当中，将改变传统方式中设计周期长、维修投入使用的周期长等问题，也将满足设备研制时间性和经济性的要求。

[关键词]虚拟维修训练系统 矿山设备 系统设计

中图分类号：Y236 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0261-01

前言

传统的设备维修是在设备生产之后才能进行规划，并且维修人员也要等到设备生产编写好维修说明书后，才能进行设备维修工作。这在一定程度上影响了设备维修进程，并且也让设备投入到使用的时间延长，从而影响了工业生产进度。虚拟技术产生，在很大程度上解决了这一问题，尤其是虚拟技术在矿山设备维修训练系统中，具有重要意义。本文则是以虚拟技术在矿山设备维修训练系统中的实际应用为切入点，探讨研究了以计算机技术系统为核心的虚拟技术，旨在研究该技术在矿井作业当中的应用以及虚拟维修训练系统当中的作用。

一、矿山设备虚拟维修训练系统技术概述

（一）虚拟维修技术

虚拟维修技术是虚拟现实技术，将计算机仿真技术与现实技术通过协调方式，应用于产品维修的新兴技术。虚拟维修技术通过构建沉浸感、交互性和启发性的维修环境，从而让设计者能够更早的做好未来设备的保修工作。虚拟维修技术突破了设备维修的时间制约，更早地做好预防准备，以实现产品更快更好的投入到生产建设当中。

（二）矿山设备虚拟维修训练系统的关键性技术

在矿山设备虚拟维修训练系统当中，视野和操作设备的虚拟仿真，是关键技术之一。矿山设备虚拟维修样机，能够反映出真机的外观、空间特性以及动力特征，并且根据这些设备的具体参数，可以进行训练操作。在矿山设备虚拟维修训练系统中，通过虚拟维修环境，可以进行井下布置模拟，根据反馈信息，获取相关的三维数据。在进行虚拟维修训练当中，要考虑徒手操作时的要点以及手形等问题，确保虚拟操作的仿真性。

同时，在进行矿山设备虚拟维修训练系统操作过程中，要坚持以人文本，注重员工实际操作的虚拟仿真。通过虚拟人体模型，满足设备维修需要，用CATIA人体模型机创建维修人员进行运动模拟，以此来达到人员模拟的仿真性。除此之外，还要注意到系统的集成和参数比，以及如何实现参数化的虚拟维修仿真。

二、矿山设备虚拟维修训练系统设计

（一）矿山设备虚拟维修训练系统功能

矿山设备虚拟维修训练系统具有良好的人际交互界面，交互方式灵活，具有故障设置功能，可对发生的故障进行及时维修，同时对各种机械零部件的操作规程、安全知识都有明确说明。除此之外，可以对受训人员的资料以及受训过程进行跟踪记录，并且根据实际受训情况进行综合客观评价，形成跟踪分析记录报告。

（二）矿山设备虚拟维修训练系统设计

训练任务层设计是为了满足不同技能水平的人员而制定的系统设计，其中涉及安全规程、通用的零部件、故障处理方法等问题，受训者可以根据自身的实际情况，进行训练过程，从而提升自身的操作能力和训练能力。进行训练任务层设计首先要注意到安全问题，对受训人进行机械安全知识以及矿山安全知识的讲解，避免受训过程当中出现不规范和危害生命健康的行为。其次，对于设备虚拟训练系统中的通用基础零部件要了解，并能进行熟练的拆装，建立完整的资料库。第三，矿山设备的维修是矿山设备虚拟维修训练的核心，通过人机交流，对机器进行虚拟拆卸。第四，故障处理问题，是受训者的进行训练的基础，也是考察受训者对维修方案知识是否全面了解的一个关键因素。最后，进行评估管理，对受训者整个过程进行有效的评估，客观的分析，以此来检验受训者的操作能力和受训结果。

维修工作层的设计要根据任务层要求来进行相应调整，要求虚拟样机、虚拟人机等相应场景在逼真环境下进行操作，以查看是否满足操作规范要求。

操作动作层设计是根据工作层方案和步骤，对具体维修工作环境进行分解分析，利用三维模拟人模型进行人机功效分析。在虚拟维修训练系统中，一般需要三维实体模型进行训练。三维建模软件本身能够对模型进行优化命令，通过LOD技术实现模型优化处理，满足系统时间要求。

三、虚拟技术的矿山设备维修训练系统技术的具体应用

（一）矿山设备维修训练系统的交互技术应用

在矿山设备维修训练系统技术当中，虚拟环境交互技术就是将运动、选择、操纵及系统控制综合一体，形成系统总体控制系统各个环节分部，最终完成整体任务的过程。首先选择操控的实体模型，之后进行系统操作，这些具体操作以交互硬件来完成。其具体表现为数据手套、位置跟踪器O，当然也可以运用计算机技术，进行虚拟维修训练交互任务，通过键盘实践操作完成既定任务。

（二）矿山设备维修训练系统的碰撞检测技术

碰撞检测是矿山设备维修训练系统中必须要解决的关键问题，其根本是依据虚拟维修训练系统中大量相互独立的零部件进行碰撞实验，保证其仿真程度，检查碰撞过程中的运行轨迹，确保碰撞发生后，不会产生穿透现象。每一个零部件都要进行碰撞检测，确保每一个零部件的安全性。在碰撞检测过程中，主要采取AABB盒，监测每一个零部件形状是否规则。

（三）矿山设备维修训练系统的三维模型构建技术

在虚拟维修训练系统当中，三维模型的形式多种多样，为了适应虚拟维修训练系统环境，需要对三维模型进行系统数据转化。其中涉及到的三维模型格式有Multigen公司Creator提供的flt格式、AutoCAD提供的dwg格式、Autodesk 3ds Max提供的3ds格式，都可以在对应的开发环境中寻找到对应插件，将以上格式文件进行导入后，完成场景构建。针对三维模型，要进行系统优化，其主要技术设计以下两个方面，一是软件本身提供的优化命令，二是LOD技术的模型优化处理。

（四）矿山设备维修训练系统的组件式交互脚本封装技术

矿山设备维修训练系统中的组件式交互脚本封装技术是通过Virtools软件进行开发产生的，通过编辑交互动作脚本完成最终的控制和管理。组件式交互脚本封装技术主要针对于维修训练系统中的大量零部件，这些零部件之间存在着密切的关系，以交互脚本封装技术进行处理，可以使这些大量零部件进行相关链接，避免碰撞检测时出现遗漏。传统的构建行为在进行封装方式导入后，容易造成数据缺失，引起监测出现误差，为了保证功能数据正常，Virtools系统运用组件复用思想，进行控制脚本封装，渐渐形成了组件式交互脚本封装技术。

结束语

虚拟技术的矿山设备维修训练系统的开发和建立，让基于虚拟样机技术的矿山设备管理以及日常的生产维护提前成为可能，极大的缩短了设备投入到使用当中的周期，将矿山设备维修训练系统应用于矿山生产企业，将降低实际的训练费用，缩短时间，很大程度上提升了矿山生产企业的经济效益，实现生产效率的巨大提升。同时，虚拟技术的矿山设备维修训练系统也为企业日后的安全生产提供了保障，确保了企业在实际生产过程中机械设备的安全性，避免因设备问题引发员工生命安全等一些列问题。

参考文献

[1] 于彦.基于虚拟现实技术的露天矿生产技术模拟培训系统[J].矿业快报，2006，12（4）：31-33.

[2] 周栋，霍琳，王美慧，等.虚拟维修技术研究与应用[J].北京航空航天大学学报：2011，37（2）：231-236.