机电设备多媒体仿真培训系统在滩坑水电站中的应用

唐爱玉

（浙江省水利水电投资集团有限公司，浙江杭州，310020）

机电设备多媒体仿真培训系统在滩坑水电站中的应用

唐爱玉

（浙江省水利水电投资集团有限公司，浙江杭州，310020）

机电设备多媒体仿真培训系统将现代计算机仿真技术与大型水电站机电设备检修有机结合,适应水电站水轮发电机组及其辅助设备、金属结构等检修培训需求。采用三维可视化技术对机电设备进行建模仿真，全方位阐述设备零部件的工作原理、结构特点，以及检修所需的拆卸、装配、调试等。利用该系统可突破传统培训模式的局限，开展检修专业知识的系统培训，提高技术人员的专业素质，为水电站的安全稳定运行奠定坚实的基础。

多媒体；仿真培训系统；机电设备；应用

0 引言

滩坑水电站是瓯江流域水电梯级开发规划中的一座重要骨干电站，电站主要担负浙江省电力系统调峰、调频、调相及事故备用任务。电站装有3台200 MW的水轮发电机组及1台4 000 kW的生态供水机组。

由于电站大部分技术人员均首次从事大型水力发电机组的检修维护工作，参与检修实践的机会较少，传统的培训模式已无法满足电站维护及检修工作的需要。针对人才培训的迫切需求，电站创新培训体制，采用多媒体仿真培训系统，将机电设备各系统的设备拆装、检修等操作、工艺，利用动画、视频、图片、语音、文字等多媒体形式进行逼真的演示，为电站机组检修及管理人员提供交互式培训平台，从而克服传统培训受设备检修时空影响的局限，大大缩短技术培训时间，提高职工的技术素质和技能水平。

1 培训系统概况

滩坑水电站所使用的机电设备多媒体仿真培训系统是集动画、视频、图片、语音、文字等多媒体形式、素材于一体的数字化集成系统。结合电站机电设备检修规程，以水电站机电设备检修项目、检修工艺、检修质量标准等为基础，检修三维可视化仿真培训为目的，将检修通用常识、主要设备、辅助设备的结构形式、特征参数、检修工艺及质量要求等内容利用三维动画、图片、视频等形式进行表现，同时为各动画片段添加交互式播放功能，使学员能够深刻理解检修规程，正确处理检修操作。

2 培训系统主要特点

滩坑水电站机电设备多媒体仿真培训系统具有以下有别于传统培训系统的特点：

（1）三维可视化仿真培训方式能够同时调动学员的视觉、听觉等多种感知器官参与感知活动。系统中逼真的设备拆装、检修等操作演示，有助于学员对系统知识和专业知识的理解和接受。

（2）利用动画、视频、图片、语音、文字等多媒体形式，将专业知识与水电设备相结合，为电站机组检修及管理人员提供交互式培训平台，克服了传统培训受设备检修时空影响的局限，是现代水电设备检修培训体系的创新。

（3）在多媒体计算机交互式学习环境中，培训对象可以按自己的学习基础、兴趣，自主选择要学习的内容，从而满足检修运行及管理人员全方位、多层次培训要求，提高学习的灵活性。

（4）培训系统具有单机版和网络版两个版本，能在局域网内的任何一台计算机上实现自主播放观看。网页基本免维护，操作方式符合传统网页的使用要求，充分实现培训信息的共享与仿真系统的异地使用。

3 培训系统的开发

滩坑水电站机电设备检修培训内容主要包括主要设备、辅助设备和通用常识三大部分，具体内容见图1。

图1 机电设备检修三维可视化仿真内容Fig.1 Contents of 3D visual simulation for overhaul of mechanical and electrical equipment

3.1 检修三维可视化仿真

为保障检修三维可视化仿真有序实施，按照先检修通用常识、再主设备（机械和电气两大部分）、最后辅助设备的顺序进行动画设计制作。其重点要解决检修通用常识、各主辅设备内部结构的动画建模、检修质量与动画相结合的表现方法。其中机组检修后的整体调试是检修三维可视化仿真的难点。

每个机电设备制作的三维可视化检修仿真动画，涵盖其结构特点、工作原理、检修要求（检修项目、检修质量标准）等具体内容，这是三维可视化检修仿真的基础内容。将各部分内容细化为单个检修项目、检修工艺及检修调试的动画片段，所有子动画均按照相应的制作流程进行创建。在丰富动画内容、提高动画品质的基础上实现所有动画片段的批量编辑与管理，提高设计效率。

3.2 检修动画方案

水电站机电设备检修可分为单个零部件检修、局部设备检修以及检修后机组整体调试等。检修动画方案将相关设备进行拆分，以检修规程所列单个零部件为最小动画单元。局部设备检修则将相关联的一定数量零部件进行组合，形成相应的动画单元。机组整体调试则是将各设备按照装配流程予以整合，并进行最后调试，涵盖水轮机与发电机转动部分联接调试、机组轴线调整、受力调整以及冲水、冲压和充气、空载试验、带负荷试验以及甩负荷试验等一系列内容的动画。检修通用常识的动画则相对独立。

3.3 总体技术方案

首先根据机电设备检修规程，制定机组单个零部件、局部装配以及整体调试等检修动画方案，划分镜头脚本。依据机电设备工程图纸进行三维建模，添加材质、贴图、灯光等效果。在摄影机视图内制作检修动画，测试修改后渲染输出。通过影视后期加工软件对初步成型的三维仿真动画进行调校色、剪辑以及添加字幕与音效等处理，最终通过网页设计软件完成培训素材整合、交互功能设定、系统动态编辑以及成品发布等工作。

3.4 通用常识仿真方案

通用常识仿真包括大小修安全技术措施、工器具以及检修工艺等内容的三维可视化仿真内容，采用动画、图片和文字等素材整合而成。

3.4.1 大小修安全技术措施

机组大修是在规定期限内对设备进行定期检修与日常维护，主要有一般性大修和扩大性大修两种形式。小修则是对设备及其零部件进行简单、保养性的修理。为保障工作人员与设备安全，进行检修工作时需要采取一定的安全技术措施，例如停机、断电、挂接地线，油、风、水系统泄压以及做好防转动措施等，其中导水机构接力器的锁定投入是防转动措施的重要内容。

针对电站设备大小修工作安全技术措施的三维可视化仿真，设计的培训方案以电站机组引水系统、主厂房、机组纵剖面、尾水流道等为主，重点演示机组防转动措施——导水机构接力器锁定装置投入状态等注意事项，辅以二维动画演示进水口工作闸门、尾水闸门下落、引水流道和尾水流道排水等过程。

3.4.2 专用工器具

对于机组检修所需专用工器具，如转轮、转子、主轴及定子起吊等专用工具、检修平台、拔剪断销工具、拔导叶销工具、拆导叶臂工具等，结合具体设备检修时用三维动画演示其使用方法及注意事项。

3.4.3 检修工艺

电站机电设备检修所需基础工艺，主要有外径测量、内径测量、耐压试验、水平测量、百分表使用、方形水平仪使用、轴瓦修刮、绝缘垫修刮、间隙测量等内容。通过三维建模与动画演示，重点表达检修工具的操作方法及其它事项说明。

3.5 主要设备及辅助设备检修方案

3.5.1 单个设备部件检修仿真

对于功能独立的单个设备，从其工作原理、结构特点、拆卸及安装顺序、检修要点等内容利用三维动画进行描述。其中拆卸和装配流程侧重于注意事项的表现，修理则侧重于检修具体的工艺要求、质量标准等内容，形成用于检修三维可视化仿真培训的单个零部件小动画。

3.5.2 设备局部装配检修仿真

设备局部装配仿真主要演示设备各部件的安装和拆卸顺序，侧重于局部装配流程的表现。通过镜头调度，按照装配或拆卸顺序分别聚焦不同零部件的安装或拆卸动作，配合字幕讲解设备安装或拆卸流程。

3.5.3 机组整体调试仿真

机组整体调试仿真包括机组轴线调整、机组中心高程、水导轴承定位、上导轴承定位、下导轴承定位、导叶开度与接力器行程关系测量、水导轴承冲油、上导轴承冲油、推力轴承冲油、制动器顶转子试验、引水系统冲水检查、尾水管冲水检查、油水风系统压力检查等内容。机组装配调试是将上述各单项设备的检修动画，按照检修要求有机组合，侧重于反映检修整体状态与局部调整点之间的动画表现。

4 培训系统的使用

滩坑水电站机电设备多媒体仿真培训系统采用更适合教学培训的T型布局作为水电站培训页面的外观形式。系统主界面由三大部分构成：顶端标有滩坑水电站的Logo和系统名称；界面正文部分插入电站建成后的经典图片和工程简介文字；页面左右两边设计了具有不同外观风格的检修仿真模块的菜单显示。

4.1 用户使用

主页面顶部框架左侧为页面导航，子网页左侧是主菜单，右侧为各标题的详细内容。制作完成的导水机构培训界面示例如图2，页面中间左侧部分为培训项目的文本内容，右侧为先前制作后嵌入系统中的仿真动画。学员可预先浏览文本介绍，对学习内容有简要了解后再观看动画，从而最大程度激发学员的学习积极性，加深对理论知识的理解，提高其学习效率。

4.2 编辑管理

为方便具有系统管理权限的后台操作人员进行编辑管理，系统设计培训信息动态编辑功能，可根据用户需求对培训内容、界面布局、讲解方式等进行修改操作。

基于Mysql数据库的建模，在培训系统的后台建立培训信息数据库，以存储自主编辑的培训数据。利用JavaScript编程工具在IDE集成开发环境下编写动态编辑命令，最终实现“用户管理”和“设备管理”两大功能模块。

图2 导水机构检修培训界面Fig.2 Interface of training system for turbine distributor

“用户管理”用于设定新用户ID、用户类型及说明，也可以对已有用户的账号信息进行修改。只有经过管理员许可并给予ID号和密码的用户才能使用此培训系统，从而保障了本系统的享有权，避免他人私用资源、盗版出售等情况发生。

“设备管理”包括“设备列表”、“设备编辑”、“首页编辑”以及“导航编辑”四项内容。系统管理员通过在各项模块中设定链接，并根据用户要求编辑培训项目的界面布置、修改培训内容及显示方式，增设或删除培训项目（包含子级）菜单以及设备模块信息的快捷调度等操作，从而全方位、自主化实现培训系统的动态编辑。

针对电站机电设备及其零部件培训要求，仿真系统提供了为每一个设备培训项目进行自主编辑的后台功能。其操作包括栏目排序、图片插入与动画链接、文本编辑、新增与删除项目等，系统管理人员能够按照用户意愿，方便快捷地对此系统进行后期维护与更新。

5 结语

滩坑水电站机电设备多媒体仿真培训系统具有良好的资料归档能力和交互易用性、生动的三维动画展示、可扩展的管理端程序，不仅为水电站的检修维护人员提供了一种突破时空局限的培训方式，也创新了水电站机电设备的检修培训管理工作，为水电站的信息化建设带来了积极的影响。

[1]陈瑞兴.轴流转桨式机组三维检修仿真培训系统开发研究[J].水利科技与经济,2013,19(1):121-123.

[2]王桃,刘小兵,赖喜德,等.宝珠寺水电厂水轮发电机组检修多媒体仿真系统的研制[J].大电机技术,2005(4):45-47.

Application of multimedia simulation training system for mechanical and electrical equipment in Tankeng hydropower station

TANG Ai-yu

Zhejiang Water Conservancy and Hydropower Invest⁃

ment Corporation Group Co.,Ltd.

The multimedia simulation training system for mechanical and electrical equipment com⁃bines the computer simulation technology with the overhaul of mechanical and electrical equipment in large hydropower station,to meet the overhaul training needs of turbine generator set,auxiliary equip⁃ments and metal structures.Three-dimensional visualization technology is used for modeling and simu⁃lation of mechanical and electrical equipment.Based on this,the system expounds the working princi⁃ple,structural features of each component,as well as the disassembly,assembly and commissioning dur⁃ing overhaul.This system can be used to overcome the limitations of traditional training model,and to carry out systematic training on maintenance for technical staffs,which would promote safe and stable operation of hydropower station.

multimedia;simulation training system;mechanical and electrical equipment;application

TV698

：B

：1671-1092（2017）04-0010-05

2017-05-27

唐爱玉（1965-），女，浙江丽水人，工程师，长期从事水电厂生产安全管理工作。

作者邮箱：605690487@qq.com