虚拟现实技术实现企业电工安全作业培训的研究

蔡俊

摘要：鉴于企业电工的特殊操作环境，操作不当，轻则导致设备故障，重则威胁生命。为提高电工技能、增强安全生产意识，传统培训模式的短板已不能适应现有电工安全培训的发展需要，通过采用虚拟现实技术构建的培训体系以满足现有生产企业电工安全培训需求。基于虚拟现实技术设备，对电工作业过程和相应结果进行模拟，使得作业人员在虚拟的工作环境下学习到岗位所需的作业技能、知识并感知风险操作的后果，进一步提高安全作业意识，从而保障企业的生产安全。

关键词：安全培训；虚拟技术；生产安全

一、虚拟现实技术优势

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是运用计算机技术虚拟出仿现实世界的场景，使人在虚拟世界中根据自己想法与物品进行交互操作。虚拟现实技术充分利用互动体验设备，构建事故过程体验的安全培训系统，使得培训成本比传统实训更低，设备的重复使用率更高且不会在培训中发生伤害，作为常规培训的有力补充，便于高效开展安全培训，增强电工安全意识，减少安全事故隐患。

二、传统的电工安全培训

传统电工培训分技术技能和电工作业培训。前者主要以标准化作业为依据对作业流程进行培训，后者主要对作业人员的行为加以规范，而传统的这类培训以可能发生危险的角度进行提炼，培训人员没有感官体验，枯燥乏味、疏于演练且难于考核，只能靠死记硬背通过培训，没有达到应有的培训效果。

三、电工作业培训需求分析

事故分析是安全生产的重要方面，在虚拟现实的操作过程中，对安全事故的体验得到强化，使电工培训人员知晓不当操作可能会带來的后果。对以往安全事故进行归纳分析总结出电工作业事故的成因，并在虚拟环境中给培训人员带来各类感观上的体验。要达到这样的感观体验需使用可穿戴头盔或眼镜以获得对仿真作业场景的认知。通过输入设备比如手套、定位器等把培训人员的操作行为转换成系统指令。反馈模块模拟事故中摔落及触电等感知体验。同时考虑真实作业环境中的自然现象对作业的影响，配合环境风机及降水系统模拟自然环境。

四、电工作业培训系统设计

主要包括任务流程、可视化、系统和场景设计。任务流程设计作业场景、作业目标、作业角色，作业装备，作业内容，以标准化作业流程为序演绎作业过程中的安全行为。可视化是通过可视化来验证对任务、工作场景、设备的理解，可以通过动画的方式进行。系统设计包括数据、平台、业务、用户层面。使用三维技术构建作业环境并由平台根据具体的业务的指令来调用。角色库通过计算机定义并根据具体事件触发的角色。事故库根据事故引发原因而设计，培训人员在体验中会触发到相应的事故。行为库用来模拟作业过程中的基本行为。模型库用于角色、设备的行为动作。虚拟现实平台，用于整合数据层的各类数据并发出相应控制信号，调用数据层的数据并反馈对应信息。业务层以虚拟现实技术模拟电工作业环境和流程，通过平台与用户层设备交互。用户层包括各类穿戴设备与交互系统。场景设计是指作业事故的虚拟场景制作，主要有环境、建筑、设备、人物模型，各作业场景中的人物、行为动作、设备可以统一建模用以复用。

五、电工作业培训系统实现

通过硬件和软件两方面实现。由硬件集成与软件交互功能对电工培训人员观感、方向、手脚运动位置等信息进行捕捉，由控制与应用服务器接收信号，实时控制模拟场景画面，同时根据电工作业场景的事件对触觉体验系统发出控制信号，触发或调整体验系统，使得培训人员感受到与模拟世界中对应事件的真实体验。

由于传统模式的电工安全作业培训效果并不理想，安全操作意识与技能难应用于日常工作，会给企业的安全生产带来一定的隐患。虚拟现实技术通过安全事故案例、模拟事故操作过程，灵活生动的场景再现，更高的感知获得，增强培训者对电工作业安全行为的认识程度，能产生明显的培训效果。虚拟现实技术是新兴的辅助教学手段，有着无可比拟的优势，只要提高认识、熟练掌握、正确使用、不断探索、勇于创新，虚拟现实技术会在更多的安全生产培训领域中得到更广阔的发展。