[00133159]叉车操作技能虚拟仿真考试系统的开发研究

《叉车操作技能虚拟仿真考试系统的开发研究》是2013年上海市质量技术监督系统科技项目立项项目,项目编号2013-56。 依据国家《特种设备作业人员考核大纲》及《特种设备作业人员考核规则》等文件的要求,特种设备作业人员考核分为理论考试和实际操作考核。特种设备安全技术规范TSGN6001－2012《场（厂）内专用机动车辆安全管理人员和操作人员考核大纲》（试行）中对叉车作业人员的实际操作技能考试分为场地考试和厂内道路考试。这二个方面考试除需要功能俱佳的叉车实物外,还需有场地和厂内道路,考评人员等条件。真实的设备与场地,存在占地面积大、投入资金多、保养费用高、操作不慎引发安全事故;同时本市的叉车作业人员培训与考试机构普遍存在学员多、实训与考核设备少的人机匹配问题,造成学员的实践时间不足。虽然考核合格,但实际操作技能还不熟练;另外鉴于各考试机构自身条件和考评工作人员的不尽相同,难以确保考核的内容、方式和评判方法完全一致等问题。因此为了规范叉车作业人员考核工作,提高叉车作业人员的能力水平,根据上海市质量技术监督局特种设备监察处和特种设备作业人员考委会办公室的建议,在2013年初提出了研究开发《叉车操作技能虚拟仿真考试系统》。 二、技术原理及性能指标 叉车虚拟仿真培训考试系统采用软件系统开发和硬件系统开发同时进行的技术方案。在软件方面,首先以3D MAX、Unity3D软件为软件平台,通过虚拟现实建模方法建立叉车、货物、环境的模型;然后根据叉车的运动形式及动作特点,运用数学建模方法完成叉车整个工作过程的数学模型;采用基于面向对象思想进行程序设计,同时以计算机实时生成技术为基础建立视景系统,形成软件体系。 在硬件方面,叉车的驾驶舱在外形、空间布局及设备上1:1模拟杭叉A30型叉车驾驶舱。舱体采用玻璃钢结构,主要座舱设备的位置、外观和功能与实际叉车一致。驾驶舱内的转向盘、油门踏板、制动踏板、换挡换向操作手柄和货叉操纵杆均采用杭叉A30原厂配件总成,以得到更为真实的驾驶感觉。 1、系统组成： （1）叉车驾驶舱模拟分系统; （2）动感模拟分系统; （3）视景模拟分系统; （4）声音模拟分系统; （5）计算机和网络分系统; （6）叉车性能仿真分系统; （7）教员管理分系统; （8）辅助分系统。 2、仿真系统主要性能指标 （1）整体系统响应延迟时间≯120毫秒 （2）故障检测率≮90% （3）可靠性：平均无故障间隔时间（MTBF）≮40h （4）环境适应性：存储温度：5～40℃,工作温度：10～35℃,湿度25～75%（不凝露） （5）动力要求：正常耗电≯35KW,电源电压220VAC±10%,电源频率：50Hz （6）综合保障要求： 三、技术的创造性与先进性 叉车虚拟仿真培训考试系统完全依据TSGN6001－2012《场（厂）内专用机动车辆安全管理人员和操作人员考核大纲》中的考核要求、考核内容进行软件、硬件设计,紧扣考核重点。开发研制的4D叉车场内及道路培训考试模拟系统采用多通道3D立体成像和显示技术、系统建模与仿真技术、动感仿真技术、立体声音仿真技术等关键技术模拟实物考试环境。利用机械、电子、计算机、虚拟仿真等技术,通过系统的培训项目设置,配合声音、图像、动漫及互动视景设备产生叉车工作过程中的虚拟视景、音响效果和运动仿真,使叉车作业人员沉浸在虚拟驾控环境中,产生实车驾驶的感觉,从而体验、认识和学习现实的叉车驾控,完成实际操作训练和实际操作考核。 四、技术的成熟程度、适用范围和安全性 本项目采用了虚拟现实建模方法是虚拟现实技术中最重要的技术领域,也是虚拟现实技术中的关键技术之一,主要包括几何建模、运动建模、物理建模以及模型分割等。所应用的技术都是成熟的技术,我们对系统进行抽象简化处理,将主系统分割成不同的模块来研究,建立实用有效的模型。 本项目不仅可以应用于叉车作业人员考试也可应用于叉车作业人员培训,可充实教学手段,提高培训质量;降低考核成本,规避意外风险;统一培训方式,一致评判标准。