虛擬仿真在燃?xì)釶E管搶修實訓(xùn)中的應(yīng)用與實踐

楊博文+胡倩+代莉+吳曉南+雷婧藝

[摘 要]PE管有很好的韌性，一般情況下很難破裂，可以抗沖擊，抗壓，其物理性能非常優(yōu)越。PE管道材質(zhì)無毒，具有安全衛(wèi)生，施工方便，使用壽命長等綜合優(yōu)勢。但PE管道雖然安全性比鋼管高，但受人為的破壞性概率很大，所以為了培養(yǎng)搶修和維護PE管道的技術(shù)應(yīng)用型人才，西南石油大學(xué)從虛擬真技術(shù)多感知性、存在感、交互性以及構(gòu)想性等4個主要特征出發(fā)，研發(fā)出PE管道仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)。現(xiàn)已將該系統(tǒng)應(yīng)用到教學(xué)中。文章重點介紹了工藝流程、主要設(shè)備、操作流程及技能培訓(xùn)等4部分，教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)出多樣化、生動化、形象化的特點。

[關(guān)鍵詞]PE管道；虛擬仿真技術(shù)；PE管仿真實訓(xùn)系統(tǒng)；搶修

中圖分類號：TU996.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0235-02

PE管較鋼管有卓越的耐腐蝕性能，柔韌性強、抗地震能力強，焊接工藝簡單，施工方便，減少了工程量。但是，PE管在施工及運行中也暴露了一些缺點：施工中如果出現(xiàn)縱向劃痕，堅硬物劃傷，可導(dǎo)致PE管道應(yīng)力開裂：一旦具有腐蝕性有機化學(xué)物質(zhì)附在PE管道上，投入運行后，耐環(huán)境應(yīng)力開裂的性能有所降低；PE管剛度相對較低，重壓、支撐不均等均易造成管材永久變形，影響使用壽命，此外PE管抗沖擊能力低，實際運行中，由于部分建設(shè)單位，物業(yè)管理單位、用戶缺乏安全意識，不重視燃?xì)夤芫€的安全，任意施工，不計后果，極易導(dǎo)致事故的發(fā)生。

管道供氣設(shè)施的安全直接關(guān)系到千家萬戶的安全，一旦出事，就會導(dǎo)致人民生命財產(chǎn)的損失為保證PE燃?xì)夤艿陌踩?，減少人為破壞，加強PE燃?xì)夤軗屝蘧妥兊檬种匾?/p>

一、虛擬仿真與PE管搶修教學(xué)結(jié)合的必要性

目前， 計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛普及和飛速發(fā)展為仿真模擬教學(xué)軟件的開發(fā)提供了良好的條件。通過以PE管搶修現(xiàn)場為原型，結(jié)合PE管搶修內(nèi)設(shè)備和工藝流程以及操作規(guī)范等，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作出PE管搶修工藝流程以及設(shè)備的三維實體模型，以聲、圖、文字等手段，形成一個圖文并茂的人機交互環(huán)境，以達(dá)到桌面式虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的需要。對PE管搶修培訓(xùn)管理具有良好的效果，使得安全保障能力不斷提升，運行效率不斷提高，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

PE管搶修仿真實訓(xùn)系統(tǒng)可用于工作人員的批量培訓(xùn)，加強理論基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，減少培訓(xùn)成本及事故發(fā)生隱患，節(jié)約培訓(xùn)成本，優(yōu)化人員技能結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)一專多能，提高操作人員知識和技術(shù)水平。針對企業(yè)需求，公司在標(biāo)準(zhǔn)的PE管搶修仿真實訓(xùn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，結(jié)合實際的工藝路線、設(shè)備選型、平面布置、為企業(yè)研發(fā)專屬的實訓(xùn)系統(tǒng)，從而使新員工快速、安全、系統(tǒng)地學(xué)習(xí)相關(guān)工藝流程、設(shè)備參數(shù)及管理、安全規(guī)范、操作規(guī)程等應(yīng)知應(yīng)會的工作內(nèi)容。

集先進性、實用性、科學(xué)性于一體的PE管搶修仿真實訓(xùn)系統(tǒng)在課堂教學(xué)與員工培訓(xùn)中的應(yīng)用，增強課堂理論教學(xué)和實踐培訓(xùn)的效果，為提高學(xué)員技能水平提供了科學(xué)的方法和手段。

二、虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

1.虛擬場景模塊

虛擬場景主要從PE管搶修平面布局、三維全景及各子系統(tǒng)三維場景進行學(xué)習(xí)，包括三維全景、平面布置和工藝流程；關(guān)閉閥門、去掉破損管道、管道焊接、冷卻復(fù)原等子系統(tǒng)及管道模型、搶修工具等模塊的三維展示及互動操作。

學(xué)員在子系統(tǒng)三維場景中可全方位觀察搶修設(shè)備，熟悉設(shè)備參數(shù)；通過虛擬場景中PE管搶修過程的學(xué)習(xí)；實時的互動操作讓學(xué)員熟悉搶修流程和設(shè)備操作。

2.PE管搶修仿真實訓(xùn)模塊

（1）工藝流程模塊。

系統(tǒng)為流程中的各個工藝設(shè)備及閥門定義相關(guān)邏輯和動作，用于工藝流程模擬交互，學(xué)員通過鼠標(biāo)點擊的方式即可控制流程設(shè)備執(zhí)行相關(guān)操作（如開關(guān)閥門），并根據(jù)工藝流程和安全規(guī)范對使用者的不同操作進行提示和響應(yīng)。系統(tǒng)提供便捷的操作方式（放大、縮小、適屏、原始大小、小地圖等）及靈活的設(shè)備參數(shù)配置功能，可方便地模擬教學(xué)過程中的特定參數(shù)及原理（如通過設(shè)定焊接時調(diào)壓參數(shù)來模擬焊接的工作原理）。

（2）主要設(shè)備模塊。

該模塊包含PE管搶修設(shè)備的簡介、內(nèi)部結(jié)構(gòu)詳解以及工作原理的模擬，通過單體設(shè)備的詳細(xì)學(xué)習(xí)，可提高學(xué)員對設(shè)備構(gòu)造、工作原理的認(rèn)知度。學(xué)員可對單體設(shè)備進行放大縮小及全方位瀏覽，使學(xué)員直觀、快速地熟悉設(shè)備主要的內(nèi)部構(gòu)造。

1、夾扁斷氣搶修法所需工具、設(shè)備準(zhǔn)備需準(zhǔn)備的工具、設(shè)備如下：

（1）夾管器。其作用是使用該工具后可以帶氣、帶水作業(yè)。方便在不停氣或水的情況進行管道安裝及維修。

（2）鉆孔機：由鉆桿，鉆筒，鉆頭等組成，其功能是鉆孔

（3）堵頭機。由操作桿、堵頭等組成。其功能是在完成搶修施工后，對鉆孔進行密封處理。

通過全方位瀏覽單體設(shè)備以及詳細(xì)學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生對設(shè)備構(gòu)造、工作原理的認(rèn)知度，為學(xué)生將來實際操作工藝設(shè)備奠定了扎實的理論基礎(chǔ)。

（3）操作流程模塊。

操作流程模塊針對PE管搶修的操作流程進行模擬操作學(xué)習(xí)，根據(jù)操作規(guī)程和安全應(yīng)急預(yù)案建立的模擬操作場景引導(dǎo)學(xué)員操作，達(dá)到規(guī)范操作、牢記操作步驟、減少安全隱患的目的。

系統(tǒng)采用引導(dǎo)式的訓(xùn)練方法，學(xué)員進入模擬操作流程后，系統(tǒng)依據(jù)操作規(guī)程給出詳細(xì)的操作步驟，學(xué)員根據(jù)當(dāng)前的提示（設(shè)備編號、操作類型）進行模擬操作。

例如，用夾扁斷氣搶修法，這種方法適用條件外徑大于等于110mm以下直接夾扁斷氣，110mm以上雙夾扁斷氣加放散。具體操作步驟如下：

①用鼠標(biāo)點擊上游的閥門，選擇關(guān)閉狀態(tài)。

②選擇銼刀鋸去損壞的管道并劃線去氧化皮

③點擊新PE管，上套筒并且輸入同軸高度參數(shù)，套上電熔套筒

④點擊PE管材熱合機進行焊接

⑤選擇冷卻時間，冷卻后拆除放散管木塞塞孔

⑥選擇銼刀將木塞削平，安裝修補馬鞍焊修補馬鞍

⑦點擊拆除斷氣工具并選擇PE管復(fù)原設(shè)備，將PE管復(fù)原

⑧回填打開閥門。

學(xué)生也可以有計劃地進入多媒體學(xué)習(xí)室進行自主操作。學(xué)生進入模擬操作流程后，系統(tǒng)依據(jù)操作規(guī)程給出詳細(xì)的操作步驟，學(xué)生再根據(jù)當(dāng)前提示（設(shè)備編號、操作類型）進行反復(fù)的模擬操作練習(xí)。通過這種學(xué)習(xí)方式，學(xué)生學(xué)習(xí)效率明顯提高，教師也達(dá)到了令學(xué)生規(guī)范操作、牢記操作步驟、減少安全隱患的教學(xué)目的。

三、結(jié)語與展望

隨著我國清潔能源建設(shè)的發(fā)展，PE管輕便、耐腐蝕、易于操作等優(yōu)點備受青睞，聚乙烯塑料管在給排水行業(yè)具有廣闊的發(fā)展空間。因此，確保PE管道的工程質(zhì)量、了解破壞原因、深化搶修手段等將日益重要。所以，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格檢查施工質(zhì)量，進行全過程的跟蹤檢查及驗收，建立完整的質(zhì)量保證體系?？⒐べY料要詳實準(zhǔn)確，以便于日后管理中進行巡查、維護，防止意外事故和人為破壞事故的發(fā)生。

為達(dá)到安全實訓(xùn)的目的，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到課堂教學(xué)已成為高校教學(xué)改革必不可少的重要部分。對PE管搶修工作來說，PE管搶修仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的研發(fā)，有以下幾點重要意義：

（1）改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，其生動性、靈活性以及交互性極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）通過了解二維工藝流程、熟悉主要設(shè)備原理、瀏覽三維虛擬場景、模擬操作工藝流程以及考核學(xué)習(xí)成果，學(xué)生能較快地熟悉PE管搶修的現(xiàn)場環(huán)境、設(shè)備、安全規(guī)范及相關(guān)操作，降低了高校實訓(xùn)成本，避免了操作風(fēng)險。

因此，在PE管搶修教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)，進一步完成PE管損壞原因、損壞后果、搶修方案的仿真教學(xué)系統(tǒng)的研發(fā)，形成一套集先進性、實用性、科學(xué)性于一體的PE管搶修系統(tǒng)，是一項長期目標(biāo)，具有深遠(yuǎn)意義。

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