一种海工装备模拟培训系统及方法与流程

1.本发明涉及海工装备模拟技术领域，更具体地，涉及一种海工装备模拟培训系统及方法。


背景技术：

2.现如今，工业动画仿真已经被世界上很多企业广泛地应用到工业的各个环节，对企业提高开发效率，加强数据采集、分析、处理能力，减少决策失误，降低企业风险起到了重要的作用，同时在培训方面,内部员工和外部的客户通过生动有趣的实物再现，大大提高了学习的积极性和主动性，配以理论和实际相结合，使得理论培训方面的周期和效率得到大大提高；重工企业研制生产的各类海工装备包括大型浮吊、自升式平台升降装置、推进系统、绞车/锚机设备以及各类海工工程装备已经在海工领域得到了广泛的应用，在海洋石油开采、海上风电、海洋打捞等行业存在大量的用户，这意味着需要大批熟练的操作人员，由于这些大型的机电一体化设备的操作和使用比较复杂，操作人员经过长时间的培训和实践，也可能难以满足这类机电一体化设备的操作需求，基于工业动画仿真技术的飞速发展以及计算机应用的普及，海工装备仿真模拟系统在海工装备技术领域起到非常重要的作用，在模拟系统上进行的设备操作培训，极大地降低了实践操作的风险和经济成本，提高了培训效率，然而，目前的海工装备培训更加侧重于理论教学，实操机会较少，培训环境实景数据及工况覆盖不全面，不足以快速地增加人员的实操经验。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种海工装备模拟培训系统及方法，解决现有技术中海工装备培训更加侧重于理论教学，实操机会较少，培训环境实景数据及工况覆盖不全面，不足以快速地增加人员的实操经验的技术问题，为操作人员提供精密的三维实景数据仿真培训平台，经过短时间培训，可以有效提升操作人员的实操水平。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.作为本发明的一个方面，提供了一种海工装备模拟培训系统，包括：
6.海工装备仿真模拟系统，用于为操作人员提供精密的三维实景数据仿真培训平台，模拟出海工装备的工况环境；和/或
7.海工装备培训考核系统，通过数据通信平台和所述海工装备仿真模拟系统进行通讯连接和数据交换，让培训人员在模拟出海工装备的工况环境下进行操作培训和考核。
8.依据本发明上述方面的一种海工装备模拟培训系统，其中海工装备仿真模拟系统包括：
9.动画仿真系统，以三维的形式仿真显示海工装备的外形、形态和颜色，与实际的海工装备产品一致，并且能实时的表现被仿真产品的运行动作；和/或
10.现场端实际设备，包括大型浮吊、自升式平台升降装置、绞车/锚机设备和铺管设备，通过vpn网络接入所述动画仿真系统，将海工装备现场作业实时数据实时驱动所述动画
仿真系统的各个机构动作；和/或
11.模拟演示系统，包括操作驾驶单元和人机界面单元，用于仿真模拟与海工实际装备一致的操作流程和人机界面，以求达到最佳的培训和演示效果；和/或
12.数据通信平台，分别与操作驾驶单元、人机界面单元、动画仿真系统进行通信连接和数据交互，用于判断驾驶单元的操作是否正确和实现动画仿真系统的虚拟运行。
13.依据本发明上述方面的一种海工装备模拟培训系统，其中动画仿真系统包括：
14.3d动画仿真显示屏，作为显示终端，将海工装备的外形、形态和颜色以三维动画的形式显示；和/或
15.3d动画仿真软件，与所述数据通信平台通讯连接，用于驱动3d动画根据实际操作数据虚拟运行并将运行结果显示在3d动画仿真显示屏上。
16.依据本发明上述方面的一种海工装备模拟培训系统，其中操作驾驶单元包括：
17.操作台，通过所述数据通信平台与所述人机界面单元进行交互连接，作为操作终端，用于对现场端实际海工装备进行仿真模拟操作；和/或
18.控制单元，设置在所述操作台内，与所述数据通信平台进行通讯连接，用于采集操作台操作信息，控制操作台运行动作的指令。
19.依据本发明上述方面的一种海工装备模拟培训系统，其中操作台包括浮吊操作台、升降操作台、推进操作台、绞车/锚机操作台以及铺管操作台；所述浮吊操作台、所述升降操作台、所述推进操作台、所述绞车/锚机操作台和所述铺管操作台上均设有操作按钮和手柄灯；所述控制单元包括设置在所述操作台内的plc控制模块、设置在所述操作台内的i/o模块以及设置在所述操作台上的以太网接口；所述plc控制模块与所述数据通信平台进行通讯连接，通过数据通信平台读取plc模块采集到的操作按钮和手柄灯的操作信息。
20.依据本发明上述方面的一种海工装备模拟培训系统，其中人机界面单元包括：
21.人机界面工作站，通过所述数据通信平台与所述操作台进行交互连接，用于为人机界面显示提供支持；和/或
22.应用程序服务器，用于模拟数据和通过判断逻辑程序来判断操作是否正确，提供应用服务；和/或
23.人机界面触摸屏，通过所述应用程序服务器与所述数据通信平台通讯连接，用于海工装备模拟培训系统和操作台之间进行交互和信息交换的媒介。
24.依据本发明上述方面的一种海工装备模拟培训系统，其中海工装备培训考核系统包括培训系统和考核系统，培训系统包括操作模块和显示模块，操作人员根据人机界面上的操作步骤通过操作模块进行操作，单步操作正确，通过显示模块，人机界面上显示培训通过的结果；考核系统包括得分模块和总分汇总模块，通过得分模块显示考核模式下依据人机界面操作步骤下的单步得分，通过总分汇总模块显示考核模式下单步得分的总和。
25.作为本发明的另一个方面，提供了一种海工装备模拟培训方法，包括以下步骤：
26.s1.模拟海工装备的实操环境；
27.s2.搭建海工装备培训考核系统的人机界面，根据实操时海工装备的工况模拟出工况环境，让培训人员在模拟出的工况环境下进行操作培训和考核；
28.s3.搭建数据通信平台，实现海工装备模拟培训系统与plc控制模块之间的通讯，从而实现动画仿真系统动画仿真模拟；
29.s4.对海工装备模拟培训系统进行测试和完善。
30.依据本发明上述方面的一种海工装备模拟培训方法，其中s1具体包括以下步骤：
31.s11.plc控制模块根据现场端的海工装备工况的操作台数据、3d动画数据以及人机界面数据进行模拟并采集操作台数据；
32.s12.用数据通信平台读取操作台的操作数据，实现人机界面单元与plc控制模块之间的数据交换。
33.采用上述技术方案，本发明具有以下优点：
34.本发明提供了一种海工装备模拟培训系统及方法，在海工装备上进行的模拟操作培训，极大地降低了实践操作的风险和经济成本，提高了培训效率，解决了现有技术中海工装备培训更加侧重于理论教学，实操机会较少，培训环境实景数据及工况覆盖不全面，不足以快速地增加人员的实操经验的技术问题，为操作人员提供精密的三维实景数据仿真培训平台，在该海工装备模拟培训系统上经过短时间的培训，可以有效提升操作人员的实操水平，增加了操作人员的实操经验，降低了操作成本，智能化水平高，工况覆盖全面，实操模拟性能强，培训效果好，便于进行应用推广。
附图说明
35.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
36.图1是本发明海工装备仿真模拟系统的结构示意图；
37.图2是本发明海工装备仿真模拟系统的拓扑示意图；
38.图3是本发明海工装备模拟培训方法的流程示意图。
具体实施方式
39.以下结合说明书附图对本发明的技术方案进行具体说明，在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
40.图1示出了本发明海工装备仿真模拟系统的结构图；图2示出了本发明海工装备仿真模拟系统的拓扑图。
41.一种海工装备模拟培训系统，包括海工装备仿真模拟系统，用于为操作人员提供精密的三维实景数据仿真培训平台，模拟出海工装备的工况环境；和/或海工装备培训考核系统，通过数据通信平台和所述海工装备仿真模拟系统进行通讯连接和数据交换，让培训人员在模拟出海工装备的工况环境下进行操作培训和考核。
42.其中，海工装备仿真模拟系统形成了一套完整的从操作到反馈的闭环系统，具体如图1、图2所示，包括：动画仿真系统，以三维的形式仿真模拟显示海工装备的外形、显示的比例、形态和颜色，并且能实时地表现被仿真产品的运行动作；和/或现场端实际设备，包括大型浮吊、自升式平台升降装置、绞车/锚机设备和铺管设备，通过vpn网络接入所述动画仿真系统，将海工装备现场作业实时数据实时驱动所述动画仿真系统的各个机构动作；和/或模拟演示系统，包括操作驾驶单元和人机界面单元，用于仿真模拟与海工实际装备一致的
操作流程和人机界面，以求达到最佳的培训和演示效果；和/或数据通信平台(opc server)，分别与操作驾驶单元、人机界面单元、动画仿真系统进行通信连接和数据交互，用于判断驾驶单元的操作是否正确和实现动画仿真系统的虚拟运行。
43.动画仿真系统包括3d动画仿真显示屏，作为显示终端，将海工装备的外形、形态和颜色以三维动画的形式显示，模拟出海工装备的3d动画仿真与实际的海工装备产品一致，并且能实时地表现被仿真海工装备的运行动作；和/或3d动画仿真软件，与数据通信平台(opc server)通讯连接，用于驱动3d动画根据实际操作数据虚拟运行并将运行结果显示在3d动画仿真显示屏上。
44.操作驾驶单元包括操作台，操作台具体包括各种类型的海工设备的操作台，如浮吊操作台、升降操作台、推进操作台、绞车/锚机操作台以及铺管操作台；所述浮吊操作台、所述升降操作台、所述推进操作台、所述绞车/锚机操作台和所述铺管操作台上均设有操作按钮和手柄灯；操作台作为操作终端，通过所述数据通信平台与所述人机界面单元进行交互连接，用于对现场端实际海工装备进行仿真模拟操作，操作驾驶单元内配置有和与海工设备1:1的仿真操作台；
45.操作驾驶单元还包括控制单元，控制单元配置在操作台内，包括plc控制模块，i/o模块以及以太网接口；其中，plc控制模块采集操作按钮和手柄灯的操作信息，在以太网接口处通过以太网传递给逻辑控制系统，逻辑控制系统将替代外围设备，模拟出所有的实际海工装备反馈数据给plc控制模块，以达到海工设备的真实模拟效果。海工装备各个模拟对象机构动作的相关参数通过数据转发给数据通信平台(opc server)传给动画仿真系统，驱动动画仿真系统仿真海工装备的虚拟运行。控制单元判断操作信息，分析出正确的操作信息并转换为动画指令发送给动画仿真系统，驱动动画仿真系统仿真海工装备的虚拟运行，此外，现场端实际设备的现场作业实时数据通过vpn网络接入数据通信平台(opc server)，也能够实时驱动动画仿真系统中3d动画各个机构的动作具体如图2所示。
46.人机界面单元包括：人机界面工作站，通过数据通信平台(opc server)与操作台进行交互连接，用于为人机界面显示提供支持；和/或应用程序服务器，用于模拟数据和通过判断逻辑程序来判断操作是否正确，提供应用服务；和/或人机界面触摸屏，通过应用程序服务器与数据通信平台通讯连接，用于海工装备模拟培训系统和操作台之间进行交互和信息交换的媒介。
47.海工装备培训考核系统由培训系统和考核系统两部分组成，培训系统包括操作模块和显示模块，操作人员根据人机界面上的操作步骤通过操作模块进行操作，单步操作正确，通过显示模块，当单步操作正确，人机界面单元的人机界面触摸屏上显示“pass”结果，表明培训通过；考核系统包括得分模块和总分汇总模块，通过得分模块显示考核模式下依据人机界面操作步骤下的单步得分，通过总分汇总模块显示考核模式下单步得分的总和，考核系统比培训系统多了每个操作步骤的得分以及考核模式下单步得分的总和。
48.该海工装备培训考核系统一方面通过数据通信平台(opc server)读取plc控制模块采集到的操作按钮和手柄灯操作信息，后台由对应的逻辑控制系统来判断操作是否正确，数据通信平台(opc server)接收到了plc控制模块采集到的操作按钮和手柄灯操作信息后，同步驱动动画仿真系统中的3d动画根据实际海工装备的实际操作数据进行变化，实现虚拟运行。
49.图3示出了本发明海工装备模拟培训方法的流程图。一种海工装备模拟培训方法具体如图3所示，包括以下步骤：
50.s1.模拟海工装备的实操环境，海工装备的实操环境包括通过3d模型、操作台和人机交互界面；
51.其中，s1具体包括以下步骤：
52.s11.plc控制模块根据现场端的海工装备工况的操作台数据、3d动画数据以及人机界面数据进行模拟并采集操作台数据；
53.s12.用数据通信平台(opc server)读取操作台的操作数据，实现人机界面单元与plc控制模块之间的数据交换。
54.s2.搭建海工装备培训考核系统的人机界面，海工装备培训考核系统用opc server实现人机界面与plc控制模块之间的数据交换，从而能够读取操作台的操作数据，根据实操时海工装备的工况模拟出工况环境，让培训人员在模拟出的工况环境下进行操作培训和考核；
55.s3.搭建数据通信平台，通过opc server读取控制模块的数据，实现海工装备模拟培训系统与plc控制模块之间的通讯，通过modbus tcp将数据发送给动画仿真系统，动画仿真系统以3d动画形式模拟相应工况下海工装备的位置和姿态，从而实现动画仿真系统的动画仿真模拟；
56.s4.针对海工装备模拟培训中不符合实际工况的细节进行排查、测试和修改，对海工装备模拟培训系统进行测试和完善。
57.最后，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。