男峰论坛殷勤;肖伟平
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【摘 要】伴随着城镇化建设电梯数量快速增长,电梯作业人员需求旺盛,电梯安装与维修培训安全隐患多、成本高、效果差.基于虚拟现实技术进行电梯三维虚拟仿真系统的研究与开发,应用SolidWorks造型技术、3DS max模型渲染技术和Unity 3D虚拟场景技术创建三维虚拟场景并交互驱动模型,应用flash流媒体技术切换场景,应用JAVA编程技术编制系统操作界面,应用J2EE平台技术、Tomcat网络技术实现系统的运行.电梯三维虚拟仿真系统的开发实践为实验教学信息化建设提供了有益参考.%The number of elevators rapid increased with the development of urbanization. Elevator operators are strong demand.Elevator installation and maintenance training security risks increase,the cost is high,the effect is poor.Based on virtual reality technology research and develop the 3D virtual simulation system. Created 3D virtual scene and interactive drived model by SolidWorks modeling technology, 3DS max model rendering technology and Unity3D virtual scene technology.Using flash streaming media technology to switch scenes.Application of JAVA programming technology to compile the system operation interface.Application of J2EE platform technology,Tomcat network technology to achieve the operation of the system.The development of three-dimensional virtual simulation system provides a useful reference for the construction of experimental teaching information.
【期刊名称】《机械设计与制造》
gis技术【年(卷),期】2018(000)005
【总页数】4页(P162-165)
【关键词】电梯仿真;虚拟安装;虚拟维修;三维仿真系统;仿真实训
【作 者】殷勤;肖伟平
【作者单位】中山职业技术学院,广东 中山528404;中山职业技术学院,广东 中山528404
【正文语种】中 文
【中图分类】TH16;TP207
1 引言
伴随着城镇化建设电梯数量快速增长，中国电梯保有量已突破400万台。电梯纳入特种设备进行管理，电梯从业学习者需掌握电梯构造知识及电梯安装维护调试的施工方法，取得特种设备作业人员证后方可持证上岗。电梯的安装与维修属于高空作业，作业周期漫长、工作量繁重、操作工艺复杂、施工条件艰苦，电梯安装与维修质量直接关系到人民众的生命财产安全，特别是重要安全部件，由于危险性大，动作过程极快，在真实设备上操作也难以达到理想教学效果，从而造成实训教学安全隐患多，培养成本高，学习者进入工作岗位上手慢，电梯事故频发的现状。
采用虚拟现实技术开发包含虚拟安装和虚拟维修功能的电梯三维虚拟仿真系统，可降低电梯安装与维修培训安全风险，解决周期长、成本高的问题[1-3]。运用计算机辅助设计技术制作三维模型，运用三维动画渲染技术制作工作过程的动画，利用虚拟现实技术创设作业施工场景，编制程序实现学习者与虚拟场景中虚拟对象进行交互式虚拟安装和虚拟维修，利用多媒体技术开发配套辅助学习资源，使电梯三维虚拟仿真系统成为电梯从业学习者掌握电梯构造知识与电梯安装维护调试的施工方法的互动式三维虚拟仿真实训平台。太原电视台新闻频道
2 电梯三维虚拟仿真系统的结构与功能
电梯三维虚拟仿真系统是通过建立电梯三维模型并利用虚拟现实技术在计算机上营造电梯安装和维修施工过程环境进行施工方法仿真实训的三维仿真系统。电梯三维虚拟仿真系统将电梯安装维修工、电梯装配调试工两个职业岗位的885个职业能力知识点的电梯仿真资源包整合到仿真实训平台中。电梯三维虚拟仿真系统包括电梯构造与原理仿真实训软件、扶梯与自动人行道构造与原理仿真实训软件、电梯虚拟安装仿真实训软件、电梯虚拟维修仿真实训软件、考证培训仿真实训软件。
电梯三维虚拟仿真系统主要具备构造与原理演示功能、交互式虚拟安装和虚拟维修功能、资源管理及教学管理功能。构造与原理演示功能是指利用三维动画演示构造与原理的理论知识，利用交互式三维仿真动画演示符合技术规范、国家标准的电梯安装维护调试的施工方法，配合辅助理论学习的电子文本、课件、动画、视频和题库等学习资源，作为学习者从事电梯安装维护调试工作前自主学习的途径和手段。交互式虚拟安装和虚拟维修功能让学习者与探究对象进行仿真实训，提供仿真环境下的实操和实践的机会。资源管理功能用于电梯仿真资源包的调用、浏览、存储、检索及维护，便于系统管理员及用户使用。教学管理功能用于三维虚拟仿真实训的智能考评及成绩统计分析，使培训效果可测可控。
3 电梯三维虚拟仿真系统开发的技术方案及其实施步骤
电梯三维虚拟仿真系统是应用虚拟现实技术和相关计算机技术在计算机上生成电梯虚拟安装和虚拟维修场景，学习者通过人机交互来仿真电梯安装维护调试实训，系统自动考核评价三维虚拟仿真过程，以此辅助促进施工技能提高的综合性技术的电梯仿真系统。三维虚拟仿真实训系统开发需经过电梯仿真资源剧本的设计阶段及三维仿真资源的制作阶段才能形成电梯仿真素材库。通过应用虚拟现实技术将电梯仿真素材开发制作成电梯仿真资源包，电梯三维虚拟仿真系统将电梯仿真资源包整合到仿真实训平台中。通过搭建仿真实训平台方便用户人机操作和数据维护管理，实现学习者对资源包的访问及使用。电梯三维虚拟仿真系统开发的总体技术方案及其实施步骤，如图1所示。
联合基因图1 电梯三维虚拟仿真系统开发的技术方案及其实施步骤Fig.1 Development of 3D Virtual Simulation System of Elevator and its Implementation Steps
春潮在望3.1 设计电梯仿真资源剧本
电梯仿真资源剧本是根据电梯虚拟安装、电梯虚拟维修仿真实训的要求和特点，将仿真实
训学习过程进行有序安排，创设精准虚拟场景的方案和计划。电梯仿真资源剧本的设计是为电梯仿真资源包的开发制作做准备，开发制作电梯仿真资源包前，需设计好电梯仿真资源剧本。电梯仿真资源剧本的设计需依据技术规范、国家标准开展职业能力分析，根据国家职业分类大典中电梯安装维修工、电梯装配调试工职业岗位的主要工作任务制定职业能力表，对应职业能力表编写各职业能力知识点的电梯仿真资源剧本，依据电梯仿真资源剧本制作电梯仿真资源包。电梯三维虚拟仿真系统涵盖两个职业岗位，合计包括60个虚拟安装、虚拟维修工作任务，共计885个职业能力知识点。以“检查排除梯级故障”职业能力知识点的电梯仿真资源剧本的设计为例，进行剧本设计时应考虑学习者必须掌握的电梯安装维护调试的施工方法。电梯仿真资源剧本主要包括三维虚拟仿真实训的目标设计，三维虚拟仿真实训的内容设计，三维虚拟仿真实训场景的演示步骤与时间分配设计，三维虚拟仿真实训场景的演示重点及其效果设计等，电梯仿真资源剧本设计的工作流程，如图2所示。
图2 电梯仿真资源剧本的设计流程Fig.2 The Design Flow of the Elevator Simulation Resource Script
3.2 开发制作电梯仿真资源包
电梯仿真资源包的开发制作是指设计制作电梯整机与部件安装维护调试及规范操作过程的互动式三维仿真资源包。电梯仿真资源包的开发制作过程如下：（1）创建建筑物、电梯整机部件与工具装备等三维实体模型。（2）设计制作电梯整机与部件构造及原理动态演示的教学动画、视频等超文本学习资源。（3）创设具有真实职业情境的电梯虚拟安装、电梯虚拟维修施工场景，三维展示作业人员高空作业特有的施工现场与操作环境，实时调用显示模块实现360度无死角查看电梯井道场景中任何物体。（4）编写程序规范学习者的操作方法与步骤，自动监测、考核学习者仿真实训操作过程，评价其职业技能水平。
4 电梯三维虚拟仿真系统开发的关键技术
电梯三维虚拟仿真系统运用计算机辅助设计技术制作三维模型及其工作过程的三维仿真动画，利用多媒体技术、流媒体技术开发配套教学资源；利用三维虚拟仿真技术创设电梯虚拟安装和虚拟维修的施工场景，实现学习者与实训系统中学习资源的交互；应用编程技术创建系统和用户操作界面，应用平台技术和网络技术搭建仿真实训平台并以WEB形式发布给用户实现系统的运行和访问。
4.1 创建三维实体模型
对电梯安装与维修的部件进行研究，运用计算机辅助设计技术，设计制作部件的三维仿真资源。基于SolidWorks造型技术制作三维实体模型，基于3DS max模型渲染技术对三维实体模型进行渲染，对静态模型及运动模型进行技术处理及信息添加。
电梯机械零部件设计具有单个零件简单，依据不同合同项目非标部件配置多，整梯装配体庞大的特点。以电梯重要安全部件双向安全钳的三维实体模型创建为例，如图3（a）所示。利用SolidWorks建模时，通过尺寸的关联设计及系列零件设计表等功能可快速实现标准件的参数化和通用零件的多配置，提高建模效率。
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