核電三維仿真系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)解決方案

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展對(duì)能源需求的不斷擴(kuò)大，促使核電發(fā)電事業(yè)快速發(fā)展，中國(guó)的核電機(jī)組在未來五年的裝機(jī)量將翻一番。而核電生產(chǎn)最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是安全，安全培訓(xùn)、安全生產(chǎn)已經(jīng)成為核電生產(chǎn)的前提要素。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心理念是利用自主研發(fā)的三維工業(yè)仿真引擎系統(tǒng)針對(duì)于核電生產(chǎn)過程對(duì)安全生產(chǎn)、安全教育的需要而進(jìn)行有針對(duì)性的系統(tǒng)開發(fā),在對(duì)核發(fā)電廠內(nèi)部需要進(jìn)行管理和維護(hù)的設(shè)備進(jìn)行三維建模的基礎(chǔ)上，根據(jù)行業(yè)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵操作設(shè)備和操作過程的三維仿真，實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上完成更加直觀、逼真且具有互動(dòng)性的操作及維護(hù)培訓(xùn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有視頻教材及模擬器培訓(xùn)方式進(jìn)行補(bǔ)充，在降低成本的同時(shí)也將大幅提高培訓(xùn)和管理的效率。

方案核心

核電三維虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)是以微型計(jì)算機(jī)作為工作平臺(tái)，通過仿真數(shù)學(xué)模型模擬核電站物理、工藝和控制過程，以計(jì)算機(jī)圖形界面作為人機(jī)界面的仿真系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)核電站的運(yùn)行、控制、管理、維護(hù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷等過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和仿真。

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百萬千瓦典型壓水堆反應(yīng)堆組件虛擬模型
（1）反應(yīng)堆組件結(jié)構(gòu)瀏覽：含壓力容器及進(jìn)出水口、燃料組件、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)外形、堆內(nèi)構(gòu)件、堆內(nèi)支撐板、下部測(cè)量?jī)x表套管等；（2）設(shè)備屬性信息查詢；（3）物體操作，含選擇、移動(dòng)、隱藏。

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百萬千瓦典型壓水堆核電站主泵裝配虛擬模型
（1) 主泵拆卸過程；（2) 主泵裝配過程；（3) 主泵零件信息查詢；（4) 主泵結(jié)構(gòu)瀏覽。

重要設(shè)備操作培訓(xùn)

壓水堆驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)虛擬模型
真實(shí)反映模擬設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各部分組成，用戶可任意角度瀏覽設(shè)備結(jié)構(gòu)，還可對(duì)零部件屬性信息進(jìn)行查詢、零部件的單獨(dú)演示、工程圖關(guān)聯(lián)調(diào)用等操作。同時(shí)模擬控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的提棒和插棒的詳細(xì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，支持屏幕截屏和視頻錄制。

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系統(tǒng)組成

整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)通過Unity或Virtools等虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)引擎定制開發(fā)，采用立體投影系統(tǒng)、頭戴式顯示器、立體顯示等顯示系統(tǒng)呈現(xiàn)核電站廠房反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、主泵等核設(shè)備及演示操作過程，使操作人員有身臨其境的感覺，采用3D鼠標(biāo)或數(shù)據(jù)手套可對(duì)虛擬設(shè)備進(jìn)行“拆解”和“安裝”，實(shí)現(xiàn)操作人員對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中設(shè)備的操作。

輕點(diǎn)鼠標(biāo)（或采用數(shù)據(jù)手套），可以對(duì)感興趣的設(shè)備進(jìn)行“拆解”，了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還可將其重新裝配，了解設(shè)備的裝配過程，

核電三維虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)依托先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真建模技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，讓學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室難以涉及的高危或極端環(huán)境實(shí)驗(yàn)，并能節(jié)約大量資源，避免實(shí)驗(yàn)臺(tái)架規(guī)模有限、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高、不能同時(shí)兼顧教學(xué)和科研，涉核系統(tǒng)和設(shè)備不宜參觀等問題。學(xué)生通過仿真模擬的系統(tǒng)來了解整個(gè)系統(tǒng)的原理、組成、相互間關(guān)系、運(yùn)行參數(shù)變化、設(shè)備間動(dòng)態(tài)響應(yīng)等，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。

應(yīng)用領(lǐng)域

系統(tǒng)所面對(duì)的行業(yè)領(lǐng)域?yàn)楹穗婎I(lǐng)域，替代傳統(tǒng)二維及視頻監(jiān)控和培訓(xùn)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)三維VR技術(shù)結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)通訊技術(shù)在三維可視化環(huán)境內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的仿真操作與維護(hù)。從而對(duì)那些高溫、高壓、放射、有毒、深埋、內(nèi)置不可見的關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)直觀的模擬操作。利用三維VR仿真技術(shù)可以模擬各種事故和異常情況發(fā)生的狀態(tài)的發(fā)生及對(duì)此種事故處理的操作方案、人員逃生方案等，從而實(shí)現(xiàn)低成本的模擬和演練。