虚拟仿真技术的研究与应用

吕二永 贾福 高铭阳

摘要：本文分析了公司目前安全方面及仪器学习使用过程的现状及存在问题，简述了虚拟仿真技术的工作原理及作用，提出了将虚拟仿真技术应用到现场仪器的使用及培训过程，以及将虚拟仿真技术应用到现场安全事故的还原中，在仪器的使用培训、事故案例的学习中，让广大操作人员能够直观的完成学习任务，将虚拟仿真技术用于日常安全培训过程中，提升培训效果，安全事故的发生。

关键词：虚拟仿真；技术；研究；应用

前言

虚拟仿真(simulation)技术，或称为模拟技术，就是用一个系统模仿另一个真实系统的技术。虚拟仿真实际上是一种可创建和体验虚拟世界(Virtual World)的计算机系统。此种虚拟世界由计算机生成，可以是现实世界的再现，亦可以是构想中的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界。虚拟仿真软件开发平台是基于目前全世界流行的 Unity3D 游戏引擎所构建的，由基础模块、高级模块、通用功能模块和专用模块组成。不仅可以模拟一般设备的运行原理展示、拆装过程展示、操作展示等，便于进行生动的演示和教学培训。还可以根据产品的特色进行自由创建，可控制基本的外设，如鼠标、键盘等，并对场景中任意物体的状态进行控制，如物体移动、变色等。实现企业自有开发人才可开发设备检修维护仿真培训软件，岗位操作流程仿真培训软件，安全生产体验仿真培训软件，虚拟仿真培训软件贯穿企业生产周期全过程，达到各类人物角色、VR培训资源、全过程培训数据、理虚实培训场景、人机交互功能的五聚合的目的。

1目前现状及存在问题：

虚拟仿真技术在日常工作过程中，除需做好机械产品生产工作外，还应确保产品性能设计、外观设计科学合理，提高机械产品的价值及质量，使其在市场竞争中占据有利位置。现阶段，随着我国数字化智能化技术的推广与发展，技术人员在虚拟仿真应用过程中需加强数字化技术与智能化技术的应用，提高机械设计效果及制造成效，使机械产品性能及质量能够满足现场生产、培训工作需求。针对各厂已发生的事故案例或存在的安全隐患开发，开发具有代表性的事故案例或可能发生的事故以及不可能真实体验的事故进行还原。此外，通过虚拟仿真技术，可以加入仪器的使用培训内容，让培训工作不局限于授课教师的面对面培训，让新入职职工更方便快捷的学习仪器使用方法，快速投入到工作过程中。但是，目前我厂不具备虚拟仿真技术的应用能力，开展该类动画制作完全依靠外部厂家来完成，投入的成本较高。

2 虚拟仿真软件开发平台应用研究

2.1 基础功能

引导式编辑菜单。提供引导式编辑菜单，指导用户按步骤创建功能，并且在必要的选项中按规则填写参数，辅助用户进行功能创建。编辑一次实现“教练考”三过程。用户创建一次“教”过程，即可实现大部分“教练考”功能，提供使用者创建功能所需要的专用辅助功能插件，快速获取场景中模型的相关参数信息，提高功能创建效率。根据自动记录的状态信息，在“教”和“练”过程中，提供进度条功能，用户可任意拖动进度条进行步骤跳转，辅助用户更好地学习某些关键功能。提供的模块功能也可进行配置，可控制其在“教练考”过程中是否启用。如针对某个A功能，可控制其在“教”过程中启用，在“练”和“考”过程中自动失效，也可控制该功能在“教”过程中失效，而在“练”和“考”过程中启用。

2.2仪器教学功能

任务功能按具体功能又可分为设备简介、结构认知、基本操作、案例教学等。设备简介。设备简介主要为该款软件的主要功能说明，启动该功能后，软件中会出现设备简介对应的菜单，同时会配有语音说明；结构认知。结构认知功能可以直观地展示本软件中相关设备的结构和名称，启用后软件中会出现部件认知，帮助用户简单了解该设备结构；案例教学。此为仿真软件的主要入口，通过案例化的教学，并采用逼真地仿真技术，直观地向用户展示设备的相关操作和具体功能细节，并可以通过“练”和“考”对相关知识进行巩固。

3具体实施方式

虚拟仿真应用技术，包括实训连接模块、调度分析模块、实训管理系统、资源调度模块、实训反馈模块、显示终端和服务器；实训连接模块用于将虚拟仿真实训室接入教学共享管理平台，并采集虚拟仿真实训室的实训配置数据，实训配置数据包括虚拟仿真实训室的实训课程数、实训课时数、课时时长和用户终端数；优选公共实训室和专业实训室为虚拟仿真实训室；实训连接模块将虚拟仿真实训室的实训配置数据发送至服务器，服务器将虚拟仿真实训室的实训配置数据发送至调度分析模块；实训课时数为实训课程的课时数、课时时长为实训课程每个课时的时长、用户终端数为虚拟仿真实训室中安装有客户端软件的用户设备数，用户终端包括主用户终端和从用户终端，主用户终端可投放显示画面至从用户终端；在实际工作过程中，主用户终端供教师使用，从用户终端供使用者使用，客户端软件可以供用户进行登录访问教学共享管理平台的相关软件，用户设备具体可以为计算机、VR眼镜等。

4 实施意义

虚拟仿真应用技术实训室在使用时，依据仪器的使用方法，完成仪器的三维模型建立，加入仪器的使用培训内容，让培训工作不局限于授课教师的面对面培训，而是利用计算机动画培训来完成。让新入职职工更方便快捷的学习仪器使用方法，快速投入到工作过程中。此外，将企业中发生的事故案例、违章操作等建立三维模型，通过虚拟仿真软件实现动画效果，让参训人员直观的感受违章操作的危害，有效的保障现场的安全生产。

参考文献

［1］高校虚拟仿真实验教学项目建设研究 ，淮阴师范学院学报；自然科学版，2021年第001期.

［2］新工科背景下涂料工程专业虚拟仿真实验教学的探讨，山东化工；2021年第001期.

作者简介：吕二永（1984-），男，汉族，内蒙古包头市人，大学本科，现从事设备管理工作，联系电话：[phone]