基于虚拟现实技术的采油集输岗位培训系统研究论证方案.doc

基于虚拟现实技术的采油集输岗位培训系统研究 项目研究起止时间：2013年 1 月 2014年 10月 项目负责单位: 安达市庆新油田开发有限责任公司 项 目 负责人: 李繁荣 联系电话: 13836858001 电 子 邮 箱: lifanrongpetrochina.Com.cn 单位科技主管领导: 王海生 联系电话: 4502963 单位科技管理部门负责人: 刘东旭 联系电话: 4502987 项目参加单位: 东北石油大学 项目负责人: 陶国彬 联系电话 13845901401 电 子 邮 箱: tgbdqpi163.com 单位科技主管领导: 刘扬 联系电话: 单位科技管理部门负责人: 陈国成 联系电话: 一、立项依据1.现状及存在问题岗位员工培训是企业重要工作之一。按照大庆油田工作安排，以提高员工基本素质的三基工作，是油田今后相当长时间内的工作重点。员工培训工作主要由四部分组成。一是新工人培训，二是转岗培训，三是日常提高培训，四是数字化油田培训。当前，油田员工岗位培训技术和方法较为落后，培训形式单一，学员难以在一次授课后完全掌握，培训教材滞后、培训内容与实际工艺不完全相符，尤其是职后培训很难形成常态化，零星调入和转岗员工没有及时进行系统培训，为油田安全生产埋下隐患。更为突出的是应急事故处理培训，虽然针对像高压密闭容器等生产中突发性事故的应急预案操作处理的文档都有，但在实际操作中很难遇到，也很难得到培训，培训需求的多元性和企业内部培训资源的有限性矛盾越来越突出。随着计算机技术和信息技术的发展，虚拟现实技术已经被广泛的应用于视景仿真、城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、军事模拟等行业。应用虚拟现实技术建立基于WEB的虚拟仿真培训系统，形成全天候学习和演练互动相结合的培训形式，建立一套油田生产智能培训系统，实现员工培训经常化、动态化和实时化，帮助员工熟练掌握事故处理预案操作，及时准确处理生产事故。为此，我们提出应用计算机虚拟现实技术和可视化技术，建立一套智能化培训系统，结合卫星油田实际工艺完成员工培训工作。在发达国家，VR在教育领域己得到了广泛的应用。早在1985年，美国国立医学图书馆利用虚拟人体，开展虚拟解剖学、虚拟放射学及虚拟内窥镜学等学科的计算机辅助教学。目前国内己经出现了高质量的虚拟培训系统，在化工领域实践虚拟仿真，北京东方仿真技术有限公司开发的虚拟现实仿真系统VRSimu，实现了对化工设备操作及装置工艺的仿真和模拟。国内很多高校不断扩展外延，开展了其他领域虚拟现实的研究和应用。另外，随着虚拟现实技术的迅猛发展，国内虚拟现实编辑软件也取得长足进步，北京中视典公司自主开发的虚拟现实软件已经升级到VRP12.0版本，并配有包括石油、石化行业在内的多种SDK开发包，能够极好地支持油田生产岗位在线仿真培训系统的开发与设计。2.立项的必要性企业对高技能人才的需求日益迫切，高技能人才是大庆油田可持续发展的保障。油田公司“十二五”人力资源规划提出将高级工比例提高到60，增加技师、高级技师3300人，这就要求企业必须加强员工培训工作。职后在岗培训是员工培训工作的重要组成部分，具有立足生产实际、可实现常态化、见效快的特点，是员工不断强化基本技能的有效措施。新招聘的青工培训是近年企业内部培训的突出工作。做为构建和谐矿区的一部分，大庆油田每年招收一些油田子女，这些油田子女大多受过良好的大学教育。而且做为与计算机网络技术同步成长起来的一代，具备较好的计算机操作基础，更愿意通过网络获取信息完成自身职业技能的培训。利用现代计算机信息技术开展培训工作，将极大提高青工学习积极性，从而提高培训效果。另外，卫星油田近年来大力投入开展数字化油田建设，不断配套完善集信息监测、数据传输和处理以及智能管理和决策于一体的数字化、信息化、智能化数字管理系统的软硬件环境。形成了由光纤网络、无线网络和有线网络有机结合的高速公司内部网络，相应配套计算机等硬件设备也得到了升级改造，卫星油田具备开展基于WEB的仿真培训系统研究的硬件基础。同时，通过该项目的开展也势必将进一步促进卫星油田“数字化油田”建设进程。虚拟现实技术在三维虚拟展示、虚拟制造、虚拟旅游等领域已得到广泛应用，在仿真培训领域，其良好的交互性、场景切换的灵活性、逼真的现场感等突出特点越来越多地被各行业所认同，虚拟现实已经成为仿真培训的必不可少的组成部分。通过虚拟仿真培训系统，可以使学员快速了解相应设备的构造和工作原理，熟悉岗位生产流程，掌握岗位相关操作技能，提高标准化操作水平和准确处理生产事故能力，降低误操作风险。同时，通过该系统可以进一步完善岗位操作技能考核方式，加强员工岗位培训管理水平。3.预期解决的重点问题：为提高卫星油田采油集输岗位员工，尤其是新入岗员工，对关键生产设备和工艺流程的认知度，利用3DSMAX建立中转站、联合站主要生产单元和工艺流程的三维精细数字模型，通过拆分模型描述具体生产设备的内部结构，运用Flash动画和音、视频讲解生产工艺流程。为培养岗位员工面向生产过程的常规操作能力、应急操作能力和事故处理能力，运用VRP技术，建立中转站、联合站三维虚拟现实场景，通过脚本编辑和时间轴动画等手段建立学员用户与三维可视对象之间的交互机制，实现培训学员在计算机上操作三维虚拟设备，模拟真实工况，达到离线仿真培训的目的。为提高岗位员工培训工作的管理水平，加强岗位培训的常态化和实时性，整合文字、视频、音频、动画和三维虚拟现实资源，建立基于虚拟现实技术与WEB技术相结合的采油集输岗位培训网络平台，利用SQL数据库技术，建立学员信息管理数据库、操作案例库，建立和完善岗位技能考核评价机制，通过智能动作辨识程序，实现虚拟操作与技能考核一体化。二、主要研究内容1.建立中转站、联合站各生产单元的三维模型。该模型不但具备中转站、联合站各生产单元设备外观特征，而且能够真实反映设备内部器件构造以及器件间相互作用机理，以方便学员了解和掌握相应设备的构造和工作原理，并可拆卸、维修；2.设计生产运行工艺流程动画，描绘各生产设备运行工况利用中转站、联合站各生产单元的三维模型，结合卫星油田采油集输实际生产设备工况，设计中转站、联合站生产运行工艺流程动画，描绘各生产设备运行工况，仿真生产工艺，使学员熟悉中转站、联合站生产运行工艺流程；3. 利用VRP建立具备互动功能的三维虚拟现实场景利用VRP建立三维虚拟现实场景，整合声音、图像、动画、文字以及三维立体模型资源，在计算机上仿真现场真实设备运行状态。通过VRP技术，实现学员自行控制系统生产流程与设备状态，并通过智能动作辨识程序和专家系统程序对学员操作进行辨识和提示，以帮助学员快速掌握系统和设备的操作技能，使学员在不影响实际现场设备运行的前提下，完成系统设备控制的仿真操作培训；4.建立培训网络平台，实现动态考核、故障处理智能判断建立基于虚拟现实技术与WEB技术相结合的采油集输岗位培训网络平台，利用SQL数据库技术，建立学员信息管理数据库，对学员培训情况进行动态跟踪管理和考核。同时，建立生产流程和事故流程库、设备操作库，模拟真实系统可能存在的各种正常和事故操作流程，根据学员的操作过程进行智能判识。三、进度安排项目进度安排序号起止时间研究内容阶段目标及标志性成果12013年1月2013年6月1、收集采油集输生产设备结构和工艺参数，整理并完善中转站、联合站岗位生产操作流程、事故应急操作流程；2、规划设计虚拟现实仿真培训系统的整体框架和功能模块；3、建立中转站、联合站生产设备三维模型，初步描绘中转站、联合站生产工艺流程。1、完成虚拟现实仿真培训系统的整体结构设计，确立项目实施方案；2、完成中转站生产设备三维建模；22013年7月2013年12月1、建立联合站生产设备三维模型并完成全部模型的贴图、烘焙，初步描绘联合站生产工艺流程；2、进行中转站、联合站生产设备三维模型优化，使其达到三维虚拟现实场景动态仿真要求；3、建立联合站三维虚拟场景。1、完成联合站生产设备三维建模、贴图、烘焙，模型优化合理，满足虚拟现实场景动态仿真要求；2、中转站、联合站三维虚拟现实场景初步成形。32014年1月2014年6月1、进一步详细描绘中转站、联合站生产工艺流程；2、制作中转站、联合站三维模型时间轴动画，编写虚拟现实对象触发动作脚本和控制程序；3、建立基于VEP技术、WEB技术和SQL数据库技术的虚拟现实仿真培训平台，整合各类培训资源，编写学员培训信息管理和考核程序。1、完成中转站、联合站生产工艺流程的描述；2、完成学员信息管理数据库、完善常规操作流程、应急操作流程以及事故处理流程库；3、编写VRP脚本程序，完成虚拟现实仿真培训网络平台设计与开发。42014年7月2014年10月1、系统功能整合与测试；2、系统功能优化与完善；3、收集整理项目开发技术资料，撰写结题报告，准备结题。1、完成系统功能的整合与测试，优化系统功能；2、撰写完成项目研究报告，用户操作手册等相关结题材料。四、预期成果1.实现采油集输系统各关键生产设备的三维展示。利用计算机虚拟现实技术，实现采油集输系统各关键生产设备的三维展示。员工很直观了解油田主要生产设备结构原理，为培养懂结构、懂原理、懂操作、会维修保养的三懂一会员工创造条件。2.实现主要生产工艺流程的动态模拟。油田站库生产包括油、气、水的处理，生产工艺复杂。实现工艺流程的动态模拟，学员能够直观清晰、快捷方便掌握生产工艺，提高了学习效率和效果。3.建立完成三维虚拟现实场景，实现学员操作与虚拟设备之间的交互。学员可以通过计算机鼠标和键盘等控制三维场景中设备，根据系统提示完成正常生产仿真操作、应急仿真操作和事故处理仿真操作，使学员在不影响实际现场设备运行的前提下，完成系统设备控制的仿真操作培训。4.完成采油集输岗位培训虚拟现实网络平台建设。建立学员信息管理数据库对学员培训情况进行动态跟踪和管理，在虚拟现实网络平台中引入考核机制，建立生产流程和事故流程库、设备操作库，设计智能动作辨识程序和专家系统程序对学员操作过程进行辨识，制定学员操作技能评价体系，建立和完善生产操作技能考核系统，实现学员自测与企业人力资源部门考核相结合的考核评价机制。