虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電站汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備檢維修中開發(fā)和應(yīng)用

文良偉

摘要：通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)燃煤電廠透平輔助設(shè)備拆解過程、維修技術(shù)、工作原理進(jìn)行三維顯示和仿真，并將儀器中的三維模型與運(yùn)行參數(shù)、維修數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和有效關(guān)聯(lián)，幫助專業(yè)技術(shù)人員對(duì)設(shè)備的維修施工、質(zhì)量控制、專業(yè)技術(shù)帳目進(jìn)行科學(xué)化、規(guī)范化、精細(xì)化管理;提高輔助設(shè)備事故預(yù)防能力，降低設(shè)備維修成本，加強(qiáng)設(shè)備精細(xì)化技術(shù)管理水平;該系統(tǒng)為設(shè)備技術(shù)管理、維修計(jì)劃制定、培訓(xùn)直觀全面、效果優(yōu)良提供了有力的實(shí)用工具。

關(guān)鍵詞：汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備;檢維修;虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);設(shè)備技術(shù)管理

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）簡(jiǎn)介

VR是一種創(chuàng)造和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)。它可以利用計(jì)算機(jī)生成的仿真環(huán)境使用戶沉浸在這種環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，讀取日常生活中的數(shù)據(jù)或用戶輸入的指定數(shù)據(jù)，產(chǎn)生電子信號(hào)。輸出裝置對(duì)電子信號(hào)進(jìn)行解讀，將其轉(zhuǎn)化為人們可以感受到的現(xiàn)象，然后通過三維模型呈現(xiàn)出來。

1.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的本質(zhì)

與其他信息傳播媒介相比，VR可以給人們帶來更強(qiáng)的真實(shí)感，讓用戶沉浸在計(jì)算機(jī)建立的三維模型世界中，帶來視覺、聽覺等直觀感受。在計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的虛擬世界中，人們可以通過直接閱讀生活數(shù)據(jù)或手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)來調(diào)整場(chǎng)景的布局，根據(jù)個(gè)人需求改變場(chǎng)景，從而滿足個(gè)性化需求，靈活高效。

1.3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

1.3.1虛擬性

VR創(chuàng)造的世界，是通過用戶輸入的數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)和相應(yīng)輸出設(shè)備創(chuàng)造的虛擬世界。借VR技術(shù)，人們可以將想象中的虛擬事物抽象出來并進(jìn)行實(shí)化。

1.3.2真實(shí)性

通過3D建模及相應(yīng)的圖像處理，利用計(jì)算機(jī)模擬出來的世界與真實(shí)世界具有一定的相似性，處在虛擬世界中的人們能夠與模擬環(huán)境產(chǎn)生一定的交互，這極大地增加了VR的真實(shí)性。

1.3.3全息式體驗(yàn)

人們通過聽覺、視覺、味覺、嗅覺、觸覺等感知現(xiàn)實(shí)世界。在虛擬現(xiàn)實(shí)世界中，通過相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)的模擬，人們可以盡可能還原虛擬世界中的各種感官，從而達(dá)到“以假充真”的目的，給人身臨其境的體驗(yàn)。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)目標(biāo)和策略

三維數(shù)字虛擬仿真技術(shù)在能源產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用是近年來隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展、能源需求的急劇增加以及經(jīng)濟(jì)信息全球化的逐步深化而出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。它在能源行業(yè)的信息交流、生產(chǎn)經(jīng)營管理決策中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著社會(huì)的全面發(fā)展，安全生產(chǎn)問題已成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。高投入、低效率的方式已不再可行。采用三維數(shù)字虛擬仿真技術(shù)，建立了能源安全運(yùn)行的數(shù)字工廠。通過提供多人在線互動(dòng)培訓(xùn)功能，實(shí)行封閉式示范、引導(dǎo)操作和開放自由的運(yùn)營管理模式，可以有效解決能源企業(yè)面臨的問題。

采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了蒸汽機(jī)輔助設(shè)備在三維環(huán)境中的拆卸、裝配和檢測(cè)，并以三維動(dòng)態(tài)虛擬的方式呈現(xiàn)。介紹了各種輔助設(shè)備的工作原理和維修仿真。同時(shí)，3D模型可以與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)開發(fā)，減少管理人員與渦輪專業(yè)人員之間信息傳遞的損失，提高工作效率;鞏固設(shè)備理論知識(shí)，提高設(shè)備檢修業(yè)務(wù)能力，提高電廠蒸汽機(jī)輔機(jī)。設(shè)備事故分析和風(fēng)險(xiǎn)防范能力;有效掌握汽輪機(jī)輔助設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行規(guī)律，提高設(shè)備維護(hù)效率，降低維護(hù)成本，提高設(shè)備可靠性，為現(xiàn)代設(shè)備管理使用精細(xì)化提供了三維可視化技術(shù)支持。進(jìn)一步提高水輪機(jī)輔助設(shè)備的管理水平和技術(shù)水平。

3鍋爐三維數(shù)字化的技術(shù)路線和研發(fā)內(nèi)容

3.1技術(shù)路線

1）系統(tǒng)軟件執(zhí)行

3d數(shù)字化的核心引擎讀取系統(tǒng)配置文件，根據(jù)配置文件決定了顯示模式，并自動(dòng)調(diào)整相關(guān)的模型顯示參數(shù)根據(jù)顯卡的硬件（顯卡的顯存數(shù)量和核心GPU的計(jì)算速度）。根據(jù)以上信息，建立與顯卡的硬件連接，為3D視覺信息的輸出做準(zhǔn)備。模型編輯器設(shè)計(jì)的模型信息、燈光信息、材質(zhì)信息、攝像機(jī)信息和腳本信息提交給模型引擎。引擎啟動(dòng)主線程渲染模型，并通過用戶的交互數(shù)據(jù)（鼠標(biāo)、鍵盤、交互手套、交互頭盔等）進(jìn)行循環(huán)。引擎中的腳本子系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，如標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（SQLServer、Oracle、DB2等），以及工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（UDP、TCP、OPC、SCADA、COM等）。數(shù)據(jù)輸入、筆譯解釋、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出等操作都是通過腳本子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互層進(jìn)行的。默認(rèn)情況下，引擎在無限循環(huán)中執(zhí)行，直到用戶提交停止或結(jié)束信號(hào)，然后停止引擎的渲染工作，并釋放與顯卡、內(nèi)存和其他硬件設(shè)備的連接。

2）模型壓縮傳輸

核心3D數(shù)字化引擎以優(yōu)化后的ZIP壓縮格式傳輸設(shè)計(jì)模型。壓縮時(shí)，一是數(shù)據(jù)塊的重復(fù)，即重復(fù)3個(gè)字節(jié)以上。對(duì)于這種重復(fù)，ZIP使用兩個(gè)數(shù)字：①重復(fù)位置和當(dāng)前壓縮位置之間的距離;（2）重復(fù)的長度，代表重復(fù)。假設(shè)這兩個(gè)數(shù)字每個(gè)占用一個(gè)字節(jié)，那么數(shù)據(jù)就被壓縮了。一個(gè)字節(jié)總共有從0到255的256個(gè)可能值，三個(gè)字節(jié)有256x256x256，總共是許多可能情況的16x10。兩個(gè)重復(fù)是單個(gè)字節(jié)的重復(fù)。一個(gè)字節(jié)只有256個(gè)可能的值，因此這種重復(fù)是不可避免的。

其中，一些字節(jié)出現(xiàn)可能更重要的是，少一些，統(tǒng)計(jì)上傾向于不均勻分布，很容易理解，比如一個(gè)文本文件，美國一些符號(hào)可能很少使用，并使用更多的字母和數(shù)字，使用頻率不一樣的字母，據(jù)說使用字母e最高概率;許多圖像以暗色調(diào)或亮色調(diào)出現(xiàn)，暗（或亮）像素被使用得更多。上面提到的短語壓縮的結(jié)果也有這樣的趨勢(shì)：重復(fù)傾向于發(fā)生在當(dāng)前壓縮位置附近，重復(fù)長度傾向于很短（20字節(jié)或更少）。

3.2三維模型建模

的實(shí)際尺寸1：1的輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)蒸汽機(jī)作為建模的基準(zhǔn)，建模primitors基于設(shè)備的部分結(jié)構(gòu)圖紙是用來構(gòu)建的三維可視模型輔助設(shè)備蒸汽機(jī)的發(fā)電廠，包括凝汽器、加熱器、除氧器、4 × 1036機(jī)組給水泵、冷凝泵、循環(huán)泵、真空泵、油泵。

3.3虛擬現(xiàn)實(shí)功能實(shí)現(xiàn)

1）通過Web瀏覽器的方式實(shí)現(xiàn)了蒸汽機(jī)輔助設(shè)備的三維數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)了蒸汽機(jī)輔助設(shè)備的全方位運(yùn)行蒸汽機(jī)三維數(shù)字輔助設(shè)備模型是基于Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)的全面交互操作，包括放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、漫游、定位、隱藏、選擇、全圖、拆裝、組件的單獨(dú)顯示等。操作簡(jiǎn)單方便。

2）實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備模型與設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的集成開發(fā)

建立汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備技術(shù)管理的三維數(shù)字化平臺(tái)，并與設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行集成開發(fā)，從而可以了解設(shè)備的立體結(jié)構(gòu)、規(guī)格型號(hào)、備品備件、檢修工藝、檢修過程等一系列數(shù)據(jù)，構(gòu)建了汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備三維可視化技術(shù)臺(tái)賬。

3）實(shí)現(xiàn)汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備檢修工序三維仿真對(duì)汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備的檢修步驟進(jìn)行三維仿真，動(dòng)態(tài)直觀.展現(xiàn)設(shè)備檢修：工序，并對(duì)關(guān)鍵工序點(diǎn)予以提醒。

結(jié)束語

變電站技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，其調(diào)控方式也越來越受到重視，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在燃煤電廠汽輪機(jī)輔助設(shè)備維護(hù)工作中，應(yīng)用構(gòu)建電廠可視化信息管理平臺(tái)和工具，創(chuàng)新和提高設(shè)備的精細(xì)化管理，提高了變電站運(yùn)行的工作效率和精度。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需要占用較大的空間，在小型變電站的應(yīng)用可能存在一定的局限性，需要進(jìn)一步研究和探討。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊忠飛.淺談電廠汽輪機(jī)檢修管理[J].中國新技術(shù)產(chǎn)品，2011（24）：100-101.

[2]Fletcher Dunn，Ian Parberry，史銀雪，等.3D數(shù)學(xué)基礎(chǔ)圖形與游戲開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[3]中華人民共和國電力工業(yè)部.火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定：DL/T5054-1996[S].北京：中國電力出版社，2010.