三維可視輕量化系統(tǒng)在軌道交通接觸網(wǎng)裝備安裝維護(hù)中的應(yīng)用

韓寶峰，李永生，李建勛，靳化振，禚 建*

（1.寶雞保德利電氣設(shè)備有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721013；2.山東山大華天軟件有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

1 研究現(xiàn)狀

由于我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)氣候、地貌等外部因素差異較大，在鐵路接觸網(wǎng)零件的設(shè)計(jì)中要綜合考慮的因素很多，造成國(guó)內(nèi)各條高鐵接觸網(wǎng)產(chǎn)品存在較大的差異，接觸網(wǎng)產(chǎn)品的安裝工藝也存在較大區(qū)別。目前，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品安裝維護(hù)手冊(cè)大部分都是以文字、圖片、視頻等方式體現(xiàn)，在效率和準(zhǔn)確性方面，比直觀的用三維動(dòng)畫形式來展示要低很多。根據(jù)不同線路對(duì)接觸網(wǎng)裝備的不同具體要求，技術(shù)人員需不斷根據(jù)線路供貨產(chǎn)品的特性編制相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品安裝維護(hù)手冊(cè)。目前常規(guī)的接觸網(wǎng)零部件產(chǎn)品種類已多達(dá)上百種，編制產(chǎn)品安裝維護(hù)手冊(cè)耗時(shí)耗力，給技術(shù)人員帶來沉重的負(fù)擔(dān)。

三維可視輕量化系統(tǒng)有交互形式豐富、仿真效果好、用戶真實(shí)感強(qiáng)、易于掌握等優(yōu)點(diǎn)[1]。在軌道交通接觸網(wǎng)裝備安裝維護(hù)中引入三維可視輕量化系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：①可快速?gòu)?fù)用產(chǎn)品模型，在設(shè)計(jì)階段將產(chǎn)品安裝工具的三維數(shù)字模型放入虛擬環(huán)境中，引入三維虛擬安裝與驗(yàn)證技術(shù)，以虛擬仿真驗(yàn)證代替制造成本較高的實(shí)物驗(yàn)證。②安裝維護(hù)可視化說明書通過電腦端或移動(dòng)設(shè)備端展示，在產(chǎn)品實(shí)物安裝之前，全面系統(tǒng)演示各種安裝細(xì)節(jié)、具體工藝要求，可有效對(duì)影響安裝維護(hù)的各類因素進(jìn)行分析，對(duì)安裝維護(hù)工藝全過程進(jìn)行評(píng)估與驗(yàn)證。③售后服務(wù)及現(xiàn)場(chǎng)操作人員能夠借助各種移動(dòng)設(shè)備觀看安裝步驟動(dòng)畫，對(duì)具體的工藝過程有直觀的了解，從而掌握產(chǎn)品安裝要點(diǎn)及具體要求。

2 三維可視化系統(tǒng)的研究

在接觸網(wǎng)零部件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)階段，設(shè)計(jì)企業(yè)和廠商一般采用SolidWorks與AutoCAD等軟件進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這幾種軟件雖然也具有實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)產(chǎn)品的三維可視化的功能，但對(duì)整套接觸網(wǎng)裝置這種大型三維場(chǎng)景來說，對(duì)畫質(zhì)、實(shí)時(shí)渲染性、系統(tǒng)平臺(tái)中運(yùn)行的流暢性等的要求更高，往往難以滿足實(shí)際需求。

便攜式三維可視輕量化安裝維護(hù)系統(tǒng)以正向建模為主、逆向建模為輔進(jìn)行產(chǎn)品建模，提供全方位的三維建模服務(wù)，技術(shù)人員可實(shí)時(shí)測(cè)量產(chǎn)品并進(jìn)行建模，滿足1：1比例設(shè)計(jì)要求，把產(chǎn)品要展示內(nèi)容全部建模，并布局各種子件，從而完成整套模型的搭建。

通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將模型轉(zhuǎn)化為三維輕量化SVL格式文件，即可通過在手機(jī)、PAD等終端設(shè)備安裝移動(dòng)端SView瀏覽器，現(xiàn)場(chǎng)查看三維交互式安裝手冊(cè)資源；也可以播放視頻安裝手冊(cè)文件，以及在VR/AR設(shè)備上進(jìn)行整體裝置的規(guī)劃布局仿真，根據(jù)場(chǎng)地、產(chǎn)品布局進(jìn)行場(chǎng)地、產(chǎn)品的三維場(chǎng)景制作，搭建仿真場(chǎng)景布局，提供全方位三維制作服務(wù)，最終形成一套從系統(tǒng)到零部件的軌道交通接觸網(wǎng)裝備安裝維護(hù)系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 便攜式三維可視輕量化安裝維護(hù)系統(tǒng)實(shí)施方案

3 三維可視化系統(tǒng)在安裝維護(hù)中的應(yīng)用

3.1 三維可視化產(chǎn)品安裝使用說明書

相比傳統(tǒng)的安裝使用說明書，三維可視化產(chǎn)品安裝使用說明書，綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)多媒體、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將內(nèi)容繁雜的安裝維護(hù)手冊(cè)，按照規(guī)范有機(jī)地組織管理起來，使用文字、圖片、聲音及動(dòng)畫等多媒體形式展現(xiàn)在電子屏幕上，以交互的方式進(jìn)行查閱，將使用人員所需的信息精確地展現(xiàn)出來。相較于傳統(tǒng)的安裝維護(hù)手冊(cè)，立體展示更加生動(dòng)形象，信息傳遞也更加精準(zhǔn)。

三維可視化系統(tǒng)可將SolidWorks等多種常見的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式和輕量化處理，導(dǎo)入系統(tǒng)當(dāng)中，保留幾何模型、屬性、BOM及特征等信息。模型輕量化轉(zhuǎn)換示意如圖2所示，設(shè)計(jì)人員可在系統(tǒng)中任意查看模型各視角、修改模型顏色、材質(zhì)顯示效果，添加產(chǎn)品文字描述注解、在關(guān)鍵零部件位置添加產(chǎn)品屬性、工藝信息、等內(nèi)容。通過以上功能，可根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，模擬仿真安裝動(dòng)畫，配合文字注解、圖片、音頻等方式，制作出三維可視化產(chǎn)品安裝使用說明說，達(dá)到與現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)場(chǎng)景完全匹配效果。定位線夾視頻產(chǎn)品安裝使用說明書如圖3所示。

圖2 模型輕量化轉(zhuǎn)換示意圖

圖3 定位線夾視頻產(chǎn)品安裝使用說明書

3.2 三維可視化瀏覽平臺(tái)

接觸網(wǎng)裝備的零部件種類繁多，裝配安裝方式各有不同，僅憑借作業(yè)指導(dǎo)書或安裝使用說明書對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工安裝人員培訓(xùn)一次，可能對(duì)產(chǎn)品的安裝方法不能全面的理解。三維可視化系統(tǒng)提供APP瀏覽平臺(tái)和H5瀏覽平臺(tái)，施工人員可以隨時(shí)隨地通過手機(jī)或電腦上查看零部件的及其安裝動(dòng)畫?？蓪?duì)模型的視圖、交互及批注進(jìn)行查看與切換。還可以將當(dāng)前模型和快照，通過藍(lán)牙、無線、QQ和微信等進(jìn)行分享。保證在安裝的過程中為施工人員提供充足的安裝資料。

3.3 遠(yuǎn)程協(xié)同會(huì)議

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的不同或特殊施工環(huán)境，需要設(shè)計(jì)人員與現(xiàn)場(chǎng)施工方對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)進(jìn)行不斷地調(diào)試與修改。三維可視化系統(tǒng)可提供線上遠(yuǎn)程協(xié)同會(huì)議，為設(shè)計(jì)人員與施工人員提供了暢通的信息交流平臺(tái)，在不同時(shí)間不同地點(diǎn)共同分享和討論需求和設(shè)計(jì)，并根據(jù)意見實(shí)時(shí)對(duì)模型進(jìn)行相關(guān)修改等操作，提高了前期設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)的工作效率。

3.4 擴(kuò)展VR仿真

三維可視化系統(tǒng)可以在項(xiàng)目施工之前，根據(jù)本項(xiàng)目接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，配置系統(tǒng)參數(shù)，生成將要施工建設(shè)的接觸網(wǎng)虛擬場(chǎng)景，可以使工程完工后的狀貌在施工前就呈現(xiàn)出來。通過手柄可以仿真產(chǎn)品安裝拆卸過程，可以讓施工維護(hù)人員在3D立體環(huán)境中獲得更好的沉浸式體驗(yàn)。VR工具欄提供了兩種用戶體驗(yàn)?zāi)Ｊ?，分別是VR模式和偏振式3D模式。VR模式可在虛擬場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)三維大數(shù)模瀏覽、漫游及零件拆卸操作，應(yīng)用VR手柄設(shè)備在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行交互操作；偏振式3D模式中觀眾可以配戴3D眼鏡觀看，在觀看過程中可以進(jìn)行部件選配等操作，能夠展示各種產(chǎn)品類型。讓施工人員對(duì)安裝的操作更加清晰明確，增加施工的可靠性。VR效果示意如圖4所示。

圖4 VR效果示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，三維可視化系統(tǒng)可以搭建三維立體模型，促使項(xiàng)目信息在設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維等環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)共享，有著更高的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[2]。以三維CAD產(chǎn)品數(shù)模復(fù)用技術(shù)為核心，提供輕便的三維可視化編輯制作工具軟件，制作出三維交互式產(chǎn)品安裝手冊(cè)，使用戶能在手機(jī)、平板等移動(dòng)終端設(shè)備查看安裝維護(hù)過程，多角度查看三維模型零部件，以虛擬仿真驗(yàn)證代替成本較高的實(shí)物驗(yàn)證，模擬培訓(xùn)、安裝及維護(hù)工作過程；借助VR技術(shù)，軟件能夠與相關(guān)設(shè)備集成，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸式漫游仿真展示，可按照1：1比例模擬真實(shí)場(chǎng)景畫面，可在任何高度查看安裝維護(hù)動(dòng)畫，真實(shí)模擬施工現(xiàn)場(chǎng)，有效提前監(jiān)測(cè)分析現(xiàn)場(chǎng)問題，為確保高速鐵路運(yùn)行安全和提高運(yùn)營(yíng)管理水平提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐與保障[3]。推動(dòng)了高速鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)與施工管理不斷向著信息化發(fā)展，促使數(shù)字化竣工交付，提高了高速鐵路接觸網(wǎng)工程建設(shè)的效率。