《基于VR的大型设备虚拟维修系统设计》-哲学论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于VR的大型设备虚拟维修系统设计

范文

钟建强

摘要：针对档查阅不便，利用实装难以开展维修训练等不足，基于VR技术设计一套大型设备虚拟维修系统，通过构建具有高度沉浸感的操作场景和虚拟设备，实现大型设备的全系统维修仿真。该系统具有辅助故障诊断、维修指导、技能训练、理论学习和考核评价等功能，既可用于野外快速诊断故障，也可用于平时的维修技能训练和考核，对于快速形成学生的维修技能具有重要意义。

关键词：VR;大型设备;虚拟维修

大型设备在国民经济和军事中应用十分广泛。由于大型设备往往集机、电、液于一体，技术密集，结构复杂，设备昂贵，对职业院校维修保障相关专业学生维修技能的形成构成了巨大挑战。为此，采用虚拟现实技术开发一套“基于VR的大型设备虚拟维修系统”，实现对设备故障的快速定位和维修训练。

一、总体组成与功能设计

“基于VR的大型设备虚拟维修系统”主要由软件、硬件和数据库等组成，如图1所示。

该系统主要功能设计如下：

1.故障快速诊断：能够根据用户输入的故障现象，快速的对故障进行分析定位，诊断结果以图形、文字和语音的形式加以呈现;

2.故障维修指导：对定位的设备故障，以图形、文字和语音的方式指导用户逐步排除故障;

3.维修技能训练：在所构建的沉浸式场景中，用户通过操作虚拟设备，达到维修实际装备的真实体验;

4.理论学习：形象直观的演示大型设备整体及各分系统结构组成、工作原理，使用户快速掌握设备性能机理;

5.考核评价：既可以对用户的故障分析、定位及维修能力水平进行考核，也可以对某用户某段时间内的考核成绩进行统计分析，辅助学习调控;

6.数据库管理：可对维修任务、人员、考核数据和设备等数据进行管理;

7.信息查询：包括人员信息查询、维修任务及状态查询、考核成绩查询。

二、硬件设计

硬件系统包括VR设备、加固计算机和综合显示设备等。

VR设备主要用于为用户提供具有高度沉浸感的环境，能够直观的复现故障，并在系统的引导下逐步定位并排除故障，实现维修技能训练功能。VR设备主要包括VR头盔和手柄，实现人与虚拟环境的有效融合，为操作用户提供虚拟操作的交互手段，可满足多场景、多任务的操控需求。

加固计算机为便携式加固一体机，主要用于接收虚拟设备的信息，包括用户动作和位置等，运行实时同步管理软件，采用同步技术，将多台VR终端进行同步控制，实现多人或多设备同图;运行导调管理软件，实现任务、数据管理及导调控制等。

综合显示设备包括视频控制设备、液晶电视和音响设备，主要用于显示整个仿真场景，也可根据加固计算机设置显示某一视角，同时实现三维音效功能。

三、软件设计

软件系统包括主控管理模块、故障诊断模块、维修指导模块、技能训练模块、理论学习模块、考核评价模块等。

主控管理模块主要包括导调控制和综合管理两部分。导调控制部分主要用于系统使用前、使用过程中的导调控制。综合管理主要为系统提供一个有效的资源存储数据整合平台，并完成系统管理服务等工作。综合管理系统通过网络与各虚拟终端连接，通过导调系统实时控制用户训练进程和状态。

故障诊断模块用于根据故障现象，通过读取故障信息库判断故障原因，从而对故障进行定位。用户可以通过在搜索框输入文字或在虚拟场景中拾取故障设备并选择故障现象等方式输入故障现象。

维修指导模块用于对既定的故障，按照維修流程逐步导引用户进行故障处置和维修。导引方式包括语音、文字和图形等三种方式。

技能训练模块用于单个或多个用户配合训练，根据加固计算机设置的故障现象，按照排故流程逐步对故障进行定位和维修。

理论学习模块用于形象直观的演示大型设备的结构组成、安装方式以及关键的工作原理等。其中，对结构组成通过语音和三维动画的方式展示，工作原理通过二维动画和三维动画相结合的方式进行演示，进一步增强原理与设备的结合。

考核评价模块用于对用户的故障分析、处置与维修技能进行可视化考核。用户在虚拟环境中，根据加固计算机自动抽选的故障库，按照排故流程逐一对故障进行定位并维修。

四、数据库设计

系统数据库包括设备数据库、故障信息库、模型数据库、用户数据库、原理数据库、训练数据库等。

装备数据库是在系统梳理大型设备装备结构组成和逻辑关系的基础上形成的数字化武器系统，是整个系统运行的基础。根据结构可将大型设备组件划分为系统级、分系统级、设备级、部件级、元器件级五个层次。

故障信息库是在基于实例和系统仿真的故障特征提取的基础上，所建立的故障知识库。通过收集整理设备故障实例，同时从系统模型和原理分析的角度出发，在研究大型设备系统构造及工作原理的基础上，运用软件流程仿真、电路仿真、故障树分析等方法完成对原理性故障的获取，科学建立故障信息格式。

模型数据库主要包括设备模型和维修工具、环境等实体模型。由于在三维引擎中三维模型采用的是类似OpenFlight的树状层次化储存结构，因此在制作各模型时，需要按照层级结构对各模型命名，并在场景中根据隶属关系建立各模型之间的父子关系。

用户数据库部署于主控处理机，用于记录用户个人信息，如姓名、性别、出生年月、级别、岗位、单位、权限等。通过主控管理模块可以增加、删除或修改个人信息。

原理数据库主要包括装备结构组成的三维动画和关键工作过程、电气原理的二维动画和三维动画，并辅助语音解说，以多种方式加快用户学习消化。

训练数据库主要包括与训练、考核相关的信息，如训练时间、科目、用户、考核标准、成绩等。

基于以上设计，本系统既可以用于野外对装备故障进行快速诊断，也可用于平时的维修技能训练和考核，对快速故障定位、提高学生维修技能具有重要作用。

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