化工安全生產(chǎn)及管理中VR技術(shù)的實(shí)踐

王強(qiáng)

(山東五維管理咨詢有限公司，山東 壽光 262700)

1 VR技術(shù)在化學(xué)工業(yè)安全領(lǐng)域中的特點(diǎn)分析

1.1 VR技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality，VR)是一種綜合網(wǎng)絡(luò)、立體顯示、計(jì)算機(jī)圖形、多媒體、傳感器、人機(jī)交互以及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)為一體的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域新技術(shù)[1]。其能夠?yàn)槭褂谜邉?chuàng)設(shè)出與日常生活幾近相同的虛擬場(chǎng)景，帶給使用者視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)三重感官體驗(yàn)，讓使用者身臨其境般對(duì)三維空間中的事物觀察學(xué)習(xí)。目前，VR技術(shù)在軍事及航天航空領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、教育領(lǐng)域都有所建樹(shù)，如表1所示。

表1 VR技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域及其應(yīng)用成果

1.2 VR技術(shù)在化學(xué)工業(yè)安全領(lǐng)域中的特點(diǎn)

VR技術(shù)在化學(xué)工業(yè)安全領(lǐng)域中的應(yīng)用特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)在化工安全領(lǐng)域中，VR技術(shù)適用于絕大多數(shù)場(chǎng)景，例如化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)、機(jī)器檢修及危險(xiǎn)品拆卸場(chǎng)景都能通過(guò)VR技術(shù)場(chǎng)景再現(xiàn)，可協(xié)助員工熟悉工作內(nèi)容，排查安全隱患。

(2)VR技術(shù)針對(duì)性極強(qiáng)。VR技術(shù)可以將安全隱患類(lèi)型、排查難度、相關(guān)法律法規(guī)等條件作為腳本加載至三維仿真模型中以創(chuàng)設(shè)三維場(chǎng)景，三維場(chǎng)景中的各項(xiàng)安全隱患的設(shè)計(jì)與腳本相同[2]。以某化工廠重點(diǎn)崗位職工完成安全技能培訓(xùn)提升的人數(shù)為例，如表2所示。傳統(tǒng)演練模式對(duì)化工廠重點(diǎn)崗位職工開(kāi)展安全技能培訓(xùn)收獲不大，某化工廠在2022年重點(diǎn)崗位職工完成安全技能培訓(xùn)人數(shù)僅占總培訓(xùn)人數(shù)的30%。利用VR技術(shù)開(kāi)展員工安全技能培訓(xùn)有巨大優(yōu)勢(shì)，其模擬的演練場(chǎng)景制作成本低且貼合實(shí)際，更不會(huì)對(duì)員工的生命安全產(chǎn)生威脅。

表2 2020—2022年某化工廠重點(diǎn)崗位職工完成安全技能培訓(xùn)提升的培訓(xùn)人數(shù)占比

2 化工安全與管理中VR技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

2.1 化工機(jī)械設(shè)備拆裝與故障排查VR系統(tǒng)

VR技術(shù)在應(yīng)用教學(xué)培訓(xùn)中的應(yīng)用特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：

(1)VR技術(shù)屬于新興技術(shù)，化工安全生產(chǎn)管理應(yīng)用較少，新興技術(shù)能激發(fā)起員工學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)員工訓(xùn)練積極性；

(2)現(xiàn)實(shí)生活中，化工行業(yè)的安全教育與應(yīng)急培訓(xùn)演練屬于“危險(xiǎn)”課程，利用VR技術(shù)開(kāi)展教育與演練能避免員工在演練過(guò)程中受到傷害；

(3)與化工行業(yè)傳統(tǒng)的應(yīng)急演練教室相比，VR技術(shù)相關(guān)設(shè)備維修成本低、使用資金少，可根據(jù)員工需求及時(shí)對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整；

(4)創(chuàng)建過(guò)的演練場(chǎng)景可不限使用次數(shù)，可以利用員工碎片化時(shí)間開(kāi)展培訓(xùn)，不耽誤化工廠作業(yè)進(jìn)程。

2.1.1 培訓(xùn)系統(tǒng)功能

化工機(jī)械設(shè)備拆裝與故障排查培訓(xùn)系統(tǒng)是新型培訓(xùn)手段，可使員工不受時(shí)間與地點(diǎn)限制，隨時(shí)進(jìn)行“解剖式”拆裝訓(xùn)練，為員工深入熟悉化工設(shè)備內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。利用VR系統(tǒng)的仿真頁(yè)面可有效模擬化工生產(chǎn)中設(shè)備運(yùn)行可能出現(xiàn)的各種故障，使員工在安全環(huán)境中鍛煉故障應(yīng)急處理能力。

2.1.2 培訓(xùn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

(1)產(chǎn)品軟件系統(tǒng)

化工機(jī)械設(shè)備拆裝與故障排除VR培訓(xùn)系統(tǒng)包括化工機(jī)械設(shè)備安全操作VR培訓(xùn)模塊、化工機(jī)械設(shè)備故障排查VR培訓(xùn)模塊、化工機(jī)械設(shè)備運(yùn)維拆解VR培訓(xùn)模塊、高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)防控VR培訓(xùn)模塊和職業(yè)技能鑒定與考核模塊。系統(tǒng)中包含員工日常工作中300多項(xiàng)操作訓(xùn)練，覆蓋性極強(qiáng)。在系統(tǒng)中，員工體驗(yàn)過(guò)程分為故事介紹、第一人稱(chēng)體驗(yàn)、第三人稱(chēng)回放、事故原因分析、防范措施及小測(cè)驗(yàn)六個(gè)部分，可有效提高員工判斷機(jī)械設(shè)備故障以及員工檢驗(yàn)和評(píng)估應(yīng)急預(yù)案可行性的能力。

(2)軟件系統(tǒng)與開(kāi)發(fā)成果

化工機(jī)械設(shè)備拆裝與故障排除VR培訓(xùn)軟件依托于校企合作，與專(zhuān)業(yè)VR制作公司深入交流，共同設(shè)計(jì)VR培訓(xùn)軟件系統(tǒng)內(nèi)容，化工設(shè)備故障診斷與處理教產(chǎn)融合一體化VR培訓(xùn)系統(tǒng)以及化工機(jī)械設(shè)備教產(chǎn)融合一體化VR拆裝培訓(xùn)系統(tǒng)已獲得國(guó)家專(zhuān)利。

(3)產(chǎn)品硬件系統(tǒng)

化工機(jī)械設(shè)備拆裝與故障排查VR培訓(xùn)硬件系統(tǒng)包括65寸品牌液晶顯示器構(gòu)成的顯示系統(tǒng)，高性能主機(jī)、高端顯卡及真機(jī)操控部件構(gòu)成的高性能主機(jī)，HTC VIVE高端頭顯、leapmotion手部追蹤與手勢(shì)控制器組成的VR體驗(yàn)系統(tǒng)。

2.2 隱患排查示范

VR技術(shù)在化工安全與管理中隱患排查的應(yīng)用表現(xiàn)為：在隱患排查訓(xùn)練時(shí)，VR技術(shù)以員工日常工作的化學(xué)工廠為原型，搭建化學(xué)工廠仿真模型及廠內(nèi)建筑模型，將化學(xué)工廠中常見(jiàn)的安全隱患作為腳本加載至三維仿真模型中，如圖1所示，然后讓參與排查訓(xùn)練的員工通過(guò)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備進(jìn)入三維仿真模型中，對(duì)安全隱患進(jìn)行排查。根據(jù)員工的工作年限、技能掌握程度設(shè)計(jì)不同的排查時(shí)長(zhǎng)與計(jì)分規(guī)則，針對(duì)性地根據(jù)員工特點(diǎn)開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)技能培育。

圖1 計(jì)算機(jī)三維仿真模型

在三維仿真模型中設(shè)計(jì)的安全隱患有設(shè)備腐蝕、誤操作、設(shè)備斷水?dāng)鄽?、超溫超壓、低溫低壓、工業(yè)氣體泄漏等。三維仿真模型中設(shè)計(jì)的安全隱患均屬于常見(jiàn)的安全隱患。以壓力機(jī)模腔排查隱患為例，利用VR技術(shù)將壓力機(jī)模腔常見(jiàn)的安全隱患作為腳本搭建三維仿真模型，讓參與者扮演壓力機(jī)工角色，配合對(duì)壓力機(jī)模腔進(jìn)行隱患排查。在隱患排查過(guò)程后，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人指出參與者在排查過(guò)程中的不足之處，并為參與者展示正確排查流程，整體訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)適中、難度適中、場(chǎng)景逼真、觸感真實(shí)，員工滿意度極高。

2.3 應(yīng)急演練示范

2.3.1 VR技術(shù)在應(yīng)急演練中的特點(diǎn)

VR技術(shù)在應(yīng)急演練領(lǐng)域中的應(yīng)用主要表現(xiàn)為VR技術(shù)具有的虛擬演練系統(tǒng)可對(duì)任何培訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行模擬。同時(shí)，企業(yè)可根據(jù)不同員工的不同需求為員工創(chuàng)設(shè)適合員工特性的VR虛擬場(chǎng)景，提高員工專(zhuān)項(xiàng)技能。如今，VR技術(shù)已發(fā)展成熟，其創(chuàng)設(shè)出的虛擬場(chǎng)景與真實(shí)場(chǎng)景相似度極高，在虛擬場(chǎng)景中，員工的操作仍然立足于實(shí)際操作的相關(guān)法律法規(guī)。此外，VR技術(shù)不受時(shí)間與地理位置的限制，其構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景別無(wú)二致，并且虛擬場(chǎng)景可循環(huán)使用，員工可大膽試錯(cuò)，累積工作經(jīng)驗(yàn)。身處不同場(chǎng)所的員工只需要通過(guò)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備便可進(jìn)入相同虛擬場(chǎng)景，開(kāi)展統(tǒng)一培訓(xùn)。

2.3.2 安全作業(yè)應(yīng)急演練

應(yīng)急演練參與者分別扮演作業(yè)人、監(jiān)護(hù)人、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人不同批次地進(jìn)入到VR系統(tǒng)實(shí)景設(shè)計(jì)的動(dòng)火、高處、吊裝、盲板抽堵、臨時(shí)用電、斷路等八大特殊作業(yè)場(chǎng)景中。在受限空間內(nèi)，以NPC違規(guī)進(jìn)入罐內(nèi)清除廢料、余料揮發(fā)后的危險(xiǎn)物質(zhì)導(dǎo)致NPC頭暈昏迷為腳本，利用VR技術(shù)創(chuàng)建仿真模型，如圖2所示，應(yīng)急演練參與者需對(duì)NPC救護(hù)并展示正確作業(yè)程序 ，救護(hù)結(jié)束后，VR技術(shù)會(huì)根據(jù)參與者在救護(hù)過(guò)程中的行為綜合打分。

2.3.3 工業(yè)操作應(yīng)急演練

VR技術(shù)也可模擬由于超溫超壓、斷電、斷水等原因引發(fā)的操作事故現(xiàn)場(chǎng)。以NPC因煤氣中毒而倒地的操作事故現(xiàn)場(chǎng)為例，參與者需撥打電話給煤氣站防護(hù)人員，并在防護(hù)人員到達(dá)前設(shè)立警戒線，根據(jù)系統(tǒng)提示音將中毒NPC移動(dòng)至安全區(qū)域開(kāi)展緊急救護(hù)。演練結(jié)束后，根據(jù)參與者的行為綜合打分。

3 結(jié)語(yǔ)

VR技術(shù)在安全隱患排查訓(xùn)練與應(yīng)急演練中的作用舉足輕重，利用VR技術(shù)開(kāi)展安全隱患排查訓(xùn)練與應(yīng)急演練能節(jié)省化工廠大量人力物力，也可避免員工在培訓(xùn)中受到傷害。除將VR技術(shù)運(yùn)用到化工廠安全隱患排查訓(xùn)練與應(yīng)急演練外，化工廠也要著力落實(shí)安全管理與應(yīng)急措施相關(guān)規(guī)章制度，建立健全突發(fā)事故應(yīng)急預(yù)案，落實(shí)員工安全意識(shí)培訓(xùn)工作，增強(qiáng)員工安全意識(shí)，進(jìn)一步提高化工廠安全管理水平，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。