核電三維仿真系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實解決方案

隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展對能源需求的不斷擴大，促使核電發(fā)電事業(yè)快速發(fā)展，中國的核電機組在未來五年的裝機量將翻一番。而核電生產(chǎn)最重要的一個環(huán)節(jié)就是安全，安全培訓、安全生產(chǎn)已經(jīng)成為核電生產(chǎn)的前提要素。

本系統(tǒng)設計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)針對于核電生產(chǎn)過程對安全生產(chǎn)、安全教育的需要而進行有針對性的系統(tǒng)開發(fā),在對核發(fā)電廠內(nèi)部需要進行管理和維護的設備進行三維建模的基礎(chǔ)上，根據(jù)行業(yè)需要實現(xiàn)對關(guān)鍵操作設備和操作過程的三維仿真，實現(xiàn)在計算機上完成更加直觀、逼真且具有互動性的操作及維護培訓，從而實現(xiàn)對現(xiàn)有視頻教材及模擬器培訓方式進行補充，在降低成本的同時也將大幅提高培訓和管理的效率。

方案核心

核電三維虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)是以微型計算機作為工作平臺，通過仿真數(shù)學模型模擬核電站物理、工藝和控制過程，以計算機圖形界面作為人機界面的仿真系統(tǒng)。該實驗系統(tǒng)可實現(xiàn)對核電站的運行、控制、管理、維護、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷等過程進行計算機模擬和仿真。

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百萬千瓦典型壓水堆反應堆組件虛擬模型
（1）反應堆組件結(jié)構(gòu)瀏覽：含壓力容器及進出水口、燃料組件、控制棒驅(qū)動機構(gòu)外形、堆內(nèi)構(gòu)件、堆內(nèi)支撐板、下部測量儀表套管等；（2）設備屬性信息查詢；（3）物體操作，含選擇、移動、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。

重要設備操作培訓

壓水堆驅(qū)動機構(gòu)虛擬模型
真實反映模擬設備內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各部分組成，用戶可任意角度瀏覽設備結(jié)構(gòu)，還可對零部件屬性信息進行查詢、零部件的單獨演示、工程圖關(guān)聯(lián)調(diào)用等操作。同時模擬控制棒驅(qū)動機構(gòu)的提棒和插棒的詳細機構(gòu)運動，支持屏幕截屏和視頻錄制。

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系統(tǒng)組成

整個虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)通過Unity或Virtools等虛擬現(xiàn)實應用開發(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)核電站廠房反應堆、蒸汽發(fā)生器、主泵等核設備及演示操作過程，使操作人員有身臨其境的感覺，采用3D鼠標或數(shù)據(jù)手套可對虛擬設備進行“拆解”和“安裝”，實現(xiàn)操作人員對虛擬現(xiàn)實環(huán)境中設備的操作。

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

核電三維虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)依托先進的計算機技術(shù)、仿真建模技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，讓學生可以在虛擬環(huán)境中開展實驗，進行傳統(tǒng)實驗室難以涉及的高危或極端環(huán)境實驗，并能節(jié)約大量資源，避免實驗臺架規(guī)模有限、設備運行維護費用高、不能同時兼顧教學和科研，涉核系統(tǒng)和設備不宜參觀等問題。學生通過仿真模擬的系統(tǒng)來了解整個系統(tǒng)的原理、組成、相互間關(guān)系、運行參數(shù)變化、設備間動態(tài)響應等，加深對所學知識的理解。

應用領(lǐng)域

系統(tǒng)所面對的行業(yè)領(lǐng)域為核電領(lǐng)域，替代傳統(tǒng)二維及視頻監(jiān)控和培訓技術(shù)，利用計算機三維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)實現(xiàn)設備的仿真操作與維護。從而對那些高溫、高壓、放射、有毒、深埋、內(nèi)置不可見的關(guān)鍵設備實現(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)生及對此種事故處理的操作方案、人員逃生方案等，從而實現(xiàn)低成本的模擬和演練。