基于VR虛擬仿真技術(shù)的角色互補(bǔ)直接作業(yè)安全培訓(xùn)系統(tǒng)

喬杰

中國(guó)石油化工股份有限公司 青島安全工程研究院 (山東 青島266000）

0 引言

目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的VR安全培訓(xùn)產(chǎn)品，常見的應(yīng)用途徑是進(jìn)行單人簡(jiǎn)單、獨(dú)立的安全培訓(xùn)，或者作為體驗(yàn)式培訓(xùn)的輔助工具，缺少角色扮演類的培訓(xùn)系統(tǒng)，導(dǎo)致受訓(xùn)人員之間互動(dòng)效果差、培訓(xùn)或者體驗(yàn)過程中需要逐個(gè)進(jìn)行，培訓(xùn)效率慢[1-6]。因此，針對(duì)現(xiàn)狀研發(fā)一種可以利用現(xiàn)有VR技術(shù)進(jìn)行角色扮演的培訓(xùn)系統(tǒng)尤為重要。

鑒于直接作業(yè)過程中，安全事故常發(fā)、相關(guān)的培訓(xùn)類產(chǎn)品缺乏等情況，為提高培訓(xùn)效率、強(qiáng)化培訓(xùn)效果，研發(fā)了一種基于VR的角色扮演或互補(bǔ)的直接作業(yè)安全培訓(xùn)系統(tǒng)，既可以滿足單個(gè)受訓(xùn)人員扮演不同的角色單獨(dú)培訓(xùn)，也可多人合作、角色互補(bǔ)進(jìn)行培訓(xùn)。

該培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)置作業(yè)許可管理中作業(yè)許可證申請(qǐng)人、作業(yè)許可證簽發(fā)人以及作業(yè)監(jiān)護(hù)人3種角色，并對(duì)各個(gè)角色的職責(zé)或安全管理要求進(jìn)行情景設(shè)置。作業(yè)類型選擇方面，以風(fēng)險(xiǎn)隱患較多、安全事故常發(fā)的直接作業(yè)為例，選擇其中的“進(jìn)入受限空間作業(yè)”[7-9]，在作業(yè)許可證申請(qǐng)、簽發(fā)以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)監(jiān)護(hù)環(huán)節(jié)進(jìn)行培訓(xùn)系統(tǒng)研發(fā)。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

針對(duì)受限空間作業(yè)的整個(gè)作業(yè)管理流程，研發(fā)了近20個(gè)流程化情景，對(duì)作業(yè)許可證申請(qǐng)人、作業(yè)許可證簽發(fā)人以及作業(yè)監(jiān)護(hù)人3種角色的安全行為或職責(zé)進(jìn)行培訓(xùn)，并自動(dòng)評(píng)價(jià)。各個(gè)角色既可以單獨(dú)培訓(xùn)，又可多人組合培訓(xùn)。

本系統(tǒng)主要包括6個(gè)子模塊：設(shè)備配對(duì)模塊，角色選擇模塊，信息與輔助評(píng)價(jià)模塊、作業(yè)許可證申請(qǐng)人模塊，作業(yè)許可證簽發(fā)人模塊以及作業(yè)監(jiān)護(hù)人模塊。

2 模塊描述

2.1 設(shè)備配對(duì)模塊

為滿足多套VR設(shè)備的自由組合式培訓(xùn)，特研發(fā)該模塊。模塊內(nèi)部采用局域網(wǎng)模式，各設(shè)備都可單獨(dú)建組，又可加入現(xiàn)有的組中。該模塊的主要特點(diǎn)是打破設(shè)備之間“攜碼出廠”的模式，采用更靈活的組隊(duì)方法，即時(shí)組隊(duì)、靈活加入，這樣不僅可以節(jié)約開發(fā)運(yùn)維成本，支撐后續(xù)培訓(xùn)開展，而且可以提高培訓(xùn)效率。

2.2 角色選擇模塊

功能設(shè)置如圖1所示。在本模塊中，系統(tǒng)會(huì)呈現(xiàn)3種角色的名稱，要求隊(duì)內(nèi)成員根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的角色。為防止培訓(xùn)過程混亂，不允許多人擔(dān)任同一角色。另外，系統(tǒng)根據(jù)“設(shè)備配對(duì)模塊”中的隊(duì)內(nèi)成員人數(shù)確定備選角色個(gè)數(shù)，當(dāng)組內(nèi)成員全部確定角色之后（無(wú)論是1人或者3人），系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彌補(bǔ)剩余未選的其他角色。

2.3 信息與輔助評(píng)價(jià)模塊

培訓(xùn)過程的推進(jìn)主要由信息與輔助評(píng)價(jià)功能模塊完成。該模塊主要具有以下3個(gè)功能。

1）作業(yè)信息顯示功能。為實(shí)現(xiàn)流程化作業(yè)，建立動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)置時(shí)間和當(dāng)前狀態(tài)的顯示（圖2）；另外還會(huì)根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置，與相關(guān)人員進(jìn)行互動(dòng)交流。

2）扮演直接作業(yè)人員。該系統(tǒng)并不會(huì)針對(duì)直接作業(yè)人員的操作規(guī)范進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)，所以系統(tǒng)內(nèi)置5名直接作業(yè)人員，按照預(yù)設(shè)的程序進(jìn)行相關(guān)作業(yè)模擬。

3）分析評(píng)價(jià)功能。系統(tǒng)會(huì)收集各類人員的操作行為，并進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，該功能設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸接口，可以對(duì)接相關(guān)培訓(xùn)管理系統(tǒng)。

圖2 信息與輔助評(píng)價(jià)模塊子功能界面

2.4 核心模塊

培訓(xùn)實(shí)施主要由作業(yè)許可證申請(qǐng)人模塊、作業(yè)許可證簽發(fā)人模塊和作業(yè)監(jiān)護(hù)人模塊完成，各個(gè)模塊主要通過情景演變實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。用戶界面及菜單設(shè)置如圖3所示。為增強(qiáng)培訓(xùn)效果，提高培訓(xùn)難度，系統(tǒng)菜單中包含所有角色的備選項(xiàng)。

為保證培訓(xùn)系統(tǒng)的仿真效果與連續(xù)性，本次培訓(xùn)模擬作業(yè)時(shí)間為8:00至16：30，實(shí)際培訓(xùn)時(shí)間為20 min，不等比例縮短。

圖3 用戶界面

2.4.1 作業(yè)許可證申請(qǐng)人模塊

該模塊主要針對(duì)作業(yè)許可證申請(qǐng)人角色，設(shè)置的相關(guān)情景及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要包括：作業(yè)票證辦理、安全措施落實(shí)與檢查、作業(yè)過程中應(yīng)急處置3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)部分。情境設(shè)置見表1。

2.4.2 作業(yè)許可證簽發(fā)人模塊

該模塊主要針對(duì)作業(yè)許可證簽發(fā)人角色，設(shè)置的相關(guān)情景及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要包括：安全措施落實(shí)與檢查、作業(yè)完工驗(yàn)收與檢查。情境設(shè)置見表2。

2.4.3 作業(yè)監(jiān)護(hù)人模塊

該模塊主要針對(duì)作業(yè)監(jiān)護(hù)人角色，設(shè)置的相關(guān)情景及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要包括：安全措施落實(shí)與檢查、作業(yè)過程監(jiān)護(hù)與處置。情境設(shè)置見表3。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 應(yīng)用方式

本系統(tǒng)常見的兩種應(yīng)用方式如下：

1）培訓(xùn)人員3人，分別擔(dān)任作業(yè)許可證申請(qǐng)人、作業(yè)許可證簽發(fā)人以及作業(yè)監(jiān)護(hù)人，按照表1～表3進(jìn)行情景展現(xiàn)，各培訓(xùn)人員按要求進(jìn)行各種操作。

2）培訓(xùn)人員2人，分別擔(dān)任作業(yè)許可證申請(qǐng)人、作業(yè)許可證簽發(fā)人，按照表1、表2進(jìn)行情景展現(xiàn)，各培訓(xùn)人員按要求進(jìn)行各種操作。同時(shí)，作業(yè)監(jiān)護(hù)人的情景由系統(tǒng)按照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)描述，自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)操作。

表1 作業(yè)許可證申請(qǐng)人情景設(shè)置

表2 作業(yè)許可證簽發(fā)人情景設(shè)置

表3 作業(yè)監(jiān)護(hù)人情景設(shè)置

續(xù)表3

3.2 應(yīng)用案例

該系統(tǒng)2019年已經(jīng)應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某大型化工企業(yè)年度監(jiān)護(hù)人實(shí)操培訓(xùn)，累計(jì)開展30期，培訓(xùn)學(xué)員1 405名，學(xué)員初始能力測(cè)試合格率不足80%，經(jīng)過理論培訓(xùn)、實(shí)操仿真培訓(xùn)，理論考試一次通過率98.79%，補(bǔ)考后，整體通過率為99.93%；實(shí)操仿真考核一次通過率95.66%，補(bǔ)考后，整體通過率為100%。培訓(xùn)形式及培訓(xùn)內(nèi)容學(xué)院綜合滿意度99%。

4 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用相比，通過設(shè)置角色扮演或角色互補(bǔ)，在保證單人培訓(xùn)效果的同時(shí)，可以更好地增加受訓(xùn)人員之間的互動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)培訓(xùn)，提高培訓(xùn)效率。

此外，利用VR虛擬仿真技術(shù)，通過設(shè)置復(fù)雜的流程化作業(yè)情景，增加了培訓(xùn)過程中學(xué)員與培訓(xùn)系統(tǒng)之間的交互性以及學(xué)員之間的實(shí)時(shí)溝通效果，寓教于樂，強(qiáng)化培訓(xùn)手段與效果。該系統(tǒng)對(duì)其他類型直接作業(yè)，如高處作業(yè)、用火作業(yè)等的VR仿真培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)也具有借鑒意義。