汽輪發(fā)電機(jī)維修支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

馬馨蕊，白云濤

(1. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150001；2. 中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第703研究所，黑龍江哈爾濱 150001)

0 引言

隨著現(xiàn)代電廠設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度不斷提高，性能要求不斷提升，對(duì)設(shè)備的安全性和可靠性重視程度也不斷加大。傳統(tǒng)的紙質(zhì)資料由于表述簡(jiǎn)單、形式單一、占用空間大、不方便攜帶等缺點(diǎn)影響了設(shè)備安裝、運(yùn)維效率，增加設(shè)備使用和維護(hù)的成本。在移動(dòng)客戶端和數(shù)據(jù)庫(kù)端開(kāi)發(fā)的汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備維修支持系統(tǒng)，能夠滿足智能電廠的信息化要求，提高數(shù)據(jù)信息輔助手段，系統(tǒng)可交互顯示汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)、安裝過(guò)程、運(yùn)行說(shuō)明、設(shè)備監(jiān)測(cè)、故障診斷等應(yīng)用系統(tǒng)，可為智能化電廠管理提供有效輔助。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)與開(kāi)發(fā)工具

本文開(kāi)發(fā)完成的汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備維修支持系統(tǒng)移動(dòng)端運(yùn)行平臺(tái)為安卓操作系統(tǒng)，由于需要數(shù)據(jù)信息的傳輸，服務(wù)器端運(yùn)行平臺(tái)為Windows 10操作系統(tǒng)。根據(jù)運(yùn)行平臺(tái)的要求，系統(tǒng)使用的開(kāi)發(fā)工具為安卓平臺(tái)和Microsoft Visual Studio平臺(tái)。利用安卓平臺(tái)的目的是用來(lái)開(kāi)發(fā)針對(duì)安卓操作系統(tǒng)的應(yīng)用，使用Gradle構(gòu)建項(xiàng)目，結(jié)合多種模擬、測(cè)試工具和模塊功能，可以和系統(tǒng)中其它平臺(tái)開(kāi)發(fā)的模塊完美集成與兼容。Microsoft Visual Studio平臺(tái)是用來(lái)輔助Unity3D虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)進(jìn)行虛擬樣機(jī)可視化顯示和交互功能的開(kāi)發(fā)，提供匹配的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，具有模板開(kāi)發(fā)、調(diào)試糾錯(cuò)、快速部署等特點(diǎn)。虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)和虛擬樣機(jī)可視化功能開(kāi)發(fā)平臺(tái)分別為UG和Unity3D虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)。

汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備維修支持系統(tǒng)需要和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，所以利用MySQL 8.0數(shù)據(jù)管理平臺(tái)構(gòu)建了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，使用Apache Tomcat平臺(tái)搭建系統(tǒng)的服務(wù)器。MySQL數(shù)據(jù)管理平臺(tái)主要針對(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)，支持多種操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)連接方式，而Tomcat平臺(tái)是一款滿足中小型數(shù)據(jù)量傳輸?shù)拈_(kāi)源軟件，可以滿足本系統(tǒng)構(gòu)建的要求。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

汽輪發(fā)電機(jī)維修支持系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)模塊、功能模塊和通信模塊。其中數(shù)據(jù)模塊主要針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，通信模塊主要是用來(lái)在移動(dòng)客戶端和服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，功能模塊主要是面向維修工作人員，展示相關(guān)且符合需求的系統(tǒng)功能。汽輪發(fā)電機(jī)維修支持系統(tǒng)基礎(chǔ)功能包括文本、圖紙數(shù)據(jù)信息的瀏覽和交互縮放查看功能、目錄導(dǎo)航功能、掃碼登記功能、音視頻播放功能等，這些功能通過(guò)移動(dòng)客戶端UI界面與使用者進(jìn)行交互。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)

1.3 模型輕量化方法

汽輪發(fā)電機(jī)維修支持系統(tǒng)虛擬樣機(jī)可視化模塊是對(duì)維修工作人員進(jìn)行安裝、維修引導(dǎo)的重要組成模塊，為了方便維修人員的使用，硬件設(shè)備部署在移動(dòng)端。移動(dòng)端和PC端設(shè)備性能本質(zhì)上的差距直接影響著虛擬樣機(jī)可視化交互的流暢度和設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，所以對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行輕量化處理是虛擬樣機(jī)可視化模塊設(shè)計(jì)中重要內(nèi)容。從整體和精細(xì)兩個(gè)方面針對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行輕量化。該方法不影響IETM系統(tǒng)功能操作，有效地將復(fù)雜設(shè)備模型文件大小和模型顯示面數(shù)減小，同時(shí)對(duì)于功能需要精細(xì)度高的零部件級(jí)虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行無(wú)損輕量化處理。對(duì)于功能需要精細(xì)度不高的系統(tǒng)級(jí)虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行減面優(yōu)化處理，雖然會(huì)造成部分模型失真情況，但能夠提升模型加載效率和功能運(yùn)行的流暢性，從根本上解決復(fù)雜設(shè)備虛擬樣機(jī)可視化功能顯示數(shù)據(jù)加載緩慢和交互操作或演示時(shí)停滯、卡頓等現(xiàn)象，同時(shí)減輕對(duì)移動(dòng)客戶端硬件設(shè)備的要求。維修工作人員進(jìn)行設(shè)備系統(tǒng)和零部件查詢時(shí)，將原有的文本材料信息、圖紙尺寸信息同數(shù)字虛擬樣機(jī)模型相聯(lián)系，提高了信息查詢能力和輔助維修引導(dǎo)能力，增強(qiáng)了設(shè)備信息查詢和維修保障引導(dǎo)的直觀性。圖2所示為勵(lì)磁繞組虛擬樣機(jī)模型輕量化前后效果圖。

圖2 勵(lì)磁繞組虛擬樣機(jī)模型輕量化前后對(duì)比效果

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1 人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)

汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備維修支持系統(tǒng)需要結(jié)合具體功能要求，在移動(dòng)客戶端構(gòu)建友好的人機(jī)交互界面。該界面應(yīng)具備簡(jiǎn)潔易懂、操作準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)清晰和高效舒適等特點(diǎn)，具體界面如圖3所示。

圖3 汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備維修支持系統(tǒng)交互界面

該系統(tǒng)初始的交互界面可分為信息功能區(qū)、目錄區(qū)、文本信息區(qū)和圖紙信息區(qū)。文本信息區(qū)是對(duì)設(shè)備需要文本信息描述時(shí)，提供本文顯示的區(qū)域；圖紙信息區(qū)是對(duì)設(shè)備相關(guān)圖紙或圖片信息進(jìn)行參照和查詢時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示的區(qū)域；目錄區(qū)提供汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)分類和部分運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息文件分類。當(dāng)需要對(duì)進(jìn)行查找的設(shè)備進(jìn)行虛擬樣機(jī)查看時(shí)，交互界面中的圖紙信息區(qū)會(huì)變?yōu)樘摂M樣機(jī)顯示區(qū)，方便使用者進(jìn)行交互操作和查看。

2.2 文本與圖紙信息的查閱

汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備維修支持系統(tǒng)中，根據(jù)維修工作人員的需求，需要對(duì)設(shè)備零部件的文本信息和圖紙信息進(jìn)行查閱。通過(guò)在目錄結(jié)構(gòu)中對(duì)設(shè)備系統(tǒng)中部件或零件進(jìn)行查找和選定，在客戶端系統(tǒng)上文字信息區(qū)和圖紙信息區(qū)中對(duì)零部件的相關(guān)信息就會(huì)得以顯示。如圖4所示，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備定子鐵心部件的文本信息和圖紙信息查詢。

圖4 定子鐵心部件的文本和圖紙信息查詢

2.3 音視頻播放功能實(shí)現(xiàn)

在汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備維修支持系統(tǒng)中，根據(jù)維修工作人員的需求，需要對(duì)設(shè)備零部件的音視頻等多媒體文件信息進(jìn)行瀏覽。通過(guò)在目錄結(jié)構(gòu)中對(duì)設(shè)備系統(tǒng)中部件或零件相關(guān)操作的音頻信息進(jìn)行查找和選定，在客戶端系統(tǒng)上就會(huì)對(duì)當(dāng)前需要聽(tīng)取的文件進(jìn)行播放，并在區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)進(jìn)度條，了解播放進(jìn)度。如圖5所示，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備抽轉(zhuǎn)子維修操作的音頻文件播放。

圖5 抽轉(zhuǎn)子維修操作的音頻文件播放

2.4 掃碼登記功能的實(shí)現(xiàn)

在汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備維修支持系統(tǒng)使用過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)維工作人員可能根據(jù)實(shí)際工作的需求，對(duì)目標(biāo)設(shè)備或者使用的維修工具進(jìn)行登記操作，傳統(tǒng)的方法需要進(jìn)行填表等一系列操作，不但過(guò)程復(fù)雜，而且影響工作進(jìn)度。該系統(tǒng)應(yīng)用具備掃碼登記的功能。運(yùn)維工作人員通過(guò)二維碼進(jìn)行掃描，就可完成相關(guān)信息的記錄工作，如圖6所示。

圖6 二維碼及掃碼進(jìn)行登記

2.5 系統(tǒng)交互操作功能實(shí)現(xiàn)

在汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備維修支持系統(tǒng)中，可以通過(guò)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面完成相應(yīng)功能操作，交互過(guò)程需要針對(duì)移動(dòng)客戶端單獨(dú)進(jìn)行功能開(kāi)發(fā)。由于文本數(shù)據(jù)信息內(nèi)容過(guò)多或者圖紙圖片數(shù)據(jù)信息尺寸過(guò)大，需要在查閱時(shí)進(jìn)行移動(dòng)、滑動(dòng)、縮放等交互功能操作。

2.6 虛擬樣機(jī)可視化顯示功能實(shí)現(xiàn)

在汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備維修支持系統(tǒng)中，利用虛擬樣機(jī)可視化功能模塊為維修工作人員針對(duì)設(shè)備拆裝、零部件結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行直觀、清晰的顯示與交互，進(jìn)而輔助完成安裝維修工作。如圖7所示，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備電刷部件進(jìn)行虛擬樣機(jī)交互。圖8是對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)子組件進(jìn)行安裝可視化。

圖7 電刷部件虛擬樣機(jī)結(jié)構(gòu)交互顯示

圖8 轉(zhuǎn)子組件安裝過(guò)程可視化顯示

3 結(jié)論

本文所述系統(tǒng)根據(jù)圖紙和技術(shù)資料，重新對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化和梳理，在UG軟件平臺(tái)中構(gòu)建虛擬樣機(jī)的三維幾何模型，使用整體簡(jiǎn)化和精細(xì)簡(jiǎn)化相結(jié)合的思路對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行輕量化處理，并利用Unity3D虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三維交互和拆裝功能預(yù)制，在可視化功能模塊存儲(chǔ)后，在Unity3D中進(jìn)行工程封裝。研發(fā)完成移動(dòng)端為安卓系統(tǒng)、服務(wù)器端為Windows系統(tǒng)的C/S架構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備維修支持系統(tǒng)。對(duì)人機(jī)交互界面、技術(shù)資料與圖紙信息查閱、音視頻播放、掃碼登記和交互操作功能的實(shí)現(xiàn)并完成對(duì)電刷部件的結(jié)構(gòu)查詢和轉(zhuǎn)子組件安裝過(guò)程的可視化顯示，為智能化電廠管理提供有效輔助。