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虛擬仿真技術(shù)在煤礦機(jī)電安全培訓(xùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

文檔作者：白笠言張紅巖文檔來源： 1．中國神華新街能源有限責(zé)任公司 2．鄂爾多斯市伊化礦業(yè)資源有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月31日
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2012年7月25日第29卷第4期
通往電．潦梭】I：
Telecom Power Technology July 25，2012，Vo1．29 No．4
文章編號：1009—3664(2012)04—0085—02
虛擬仿真技術(shù)在煤礦機(jī)電安全培訓(xùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用
白笠言’，張紅巖
(1．中國神華新街能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市017000；
2．鄂爾多斯市伊化礦業(yè)資源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市017318)
摘要：文中論述構(gòu)建煤礦安全培訓(xùn)系統(tǒng)的必要性，通過三維動畫、聲音、文字說明、配音講解，特別是以三維仿真技術(shù)
模擬演示各種不安全和安全操作，使學(xué)習(xí)者能直接感知煤礦機(jī)電操作的各個環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)相關(guān)操作維修技能知識，極大地
提高煤礦安全培訓(xùn)的質(zhì)量，降低培訓(xùn)成本，保障煤礦生產(chǎn)的安全，達(dá)到安全培訓(xùn)的目的。
關(guān)鍵詞：安全培訓(xùn)；三維動畫；安全操作
中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Application of Virtual Simulation Technology in Coalmine Electrical and
Mechanical Safety Training
BAI Li—yan ，ZHANG Hong-ya~
(1．China Shenhua New Street Energy Co．，Ltd，Ordos 017000，China；
2．Yihua Mining Resources Co．，Ltd，Ordos 017318，China)
Abstract：This paper discusses the necessity of building the safety training system for coal mine．Through the three—
dimensional animation，voice，text，dubbing explanation，especially in 3d simulation technology simulation demonstrating
various unsafe and safe operations．we make 1earners can direct perception each aspects of coalmine mechanical and electri—
cal operations．Learning the relevant operation and maintenance skills knowledge greatly improved the safety training quali—
ty of coalmine，reduced training costs and ensured the safety of coalmine production and achieved safety training
Key words：safety training；three-dimensional animation；security operation
1 煤礦機(jī)電安全培訓(xùn)背景
近年來我國煤礦安全事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，煤礦
機(jī)電事故的發(fā)生率逐年上升，煤礦機(jī)電事故在頂板事
故、瓦斯事故、運(yùn)輸事故和放炮事故之后，居第五位。
機(jī)電事故不但會造成人員傷害和設(shè)備的損壞，并且機(jī)
電事故還會間接引起瓦斯爆炸、井下火災(zāi)等重大事故，
甚至?xí)O大地限制煤礦業(yè)的生產(chǎn)及發(fā)展。據(jù)近幾年
國家相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，煤礦井下由于機(jī)電設(shè)備發(fā)生電火
花所引起的瓦斯爆炸事故占總瓦斯爆炸事故總數(shù)的
40 ～50 9／6。(見表1)
表1 1994~2003年煤礦機(jī)電事故統(tǒng)計(jì)
收稿日期：2012—04—24
作者簡介：白笠言(1972一)，男，黑龍江人，碩士，機(jī)電工程師，
研究方向?yàn)槊旱V機(jī)電安全。。
注：數(shù)據(jù)來源：中國煤炭工業(yè)年鑒
從1994~2003年統(tǒng)計(jì)，近1【)年我國煤礦生產(chǎn)事
故中，以死亡人數(shù)計(jì)算，煤礦機(jī)電事故死亡人數(shù)平均占
總事故死亡人數(shù)的2．14 。
引起煤礦機(jī)電事故的原因比較多，比如：機(jī)電設(shè)備
操作方法不規(guī)范、在崗人員素質(zhì)低、設(shè)備陳舊老化、設(shè)
備檢修不到位等；其中最重要原因之一是機(jī)電設(shè)備操
作人員安全素質(zhì)不高，這直接影響到機(jī)電設(shè)備的安全
運(yùn)行。隨著我國煤礦機(jī)械化，智能化的進(jìn)程不斷加快，
對從業(yè)人員的要求也越來越高，專業(yè)的機(jī)電技術(shù)人員
在煤礦安全生產(chǎn)中起著重要的作用。應(yīng)用的新技術(shù)、
新設(shè)備、新工藝、新材料都需要技術(shù)人員操作使用。然
而在崗的從業(yè)人員文化素質(zhì)較低，缺少機(jī)電技術(shù)知識，
缺少設(shè)備操作維修的技術(shù)手段，在機(jī)電設(shè)備操作過程
中，達(dá)不到安全操作要求。為此必須采用有效地安全
培訓(xùn)方法強(qiáng)化從業(yè)人員安全意識，提高從業(yè)人員安全
素質(zhì)和對機(jī)電設(shè)備安全操作的能力。
煤礦安全培訓(xùn)不僅要保證機(jī)電工人通過培訓(xùn)了解
煤礦生產(chǎn)安全規(guī)程，熟悉井下工作環(huán)境，而且更要注重
培養(yǎng)機(jī)電工人在遇到緊急的危險情況時，能采取正確
的維修措施，并果斷而準(zhǔn)確地選擇維修方法。而這些
都必須在安全培訓(xùn)時不斷地反復(fù)訓(xùn)練。但煤礦工作環(huán)
境不容許在培訓(xùn)現(xiàn)場再現(xiàn)一些機(jī)電事故危險場景。要
做到現(xiàn)場處理維修機(jī)電反應(yīng)訓(xùn)練，在傳統(tǒng)煤礦安全培
訓(xùn)中是絕對不可能的。因此現(xiàn)有的煤礦安全培訓(xùn)只能
萬方數(shù)據(jù)
2012年7月25日第29卷第4期
匝縫電．碌 術(shù)
Telecom Power Technology July 25，2012，Vo1．29 No．4
進(jìn)行理論安全教育，不是常規(guī)意義上的安全培訓(xùn)，很難
收到應(yīng)有的效果。為了達(dá)到應(yīng)有的效果我們開發(fā)了
《煤礦安全培訓(xùn)教育虛擬仿真系統(tǒng)》。
2 《煤礦安全培訓(xùn)教育虛擬仿真系統(tǒng) 的開發(fā)
原因
由于傳統(tǒng)的煤礦安全培訓(xùn)體系中存在著許多問
題。比如煤礦在地理上分散偏僻，交通不便，造成集中
培訓(xùn)困難；有的培訓(xùn)教材理論性過強(qiáng)，可讀性、趣味性
欠缺，超出受訓(xùn)人員的理解范圍，等等；因此現(xiàn)有的煤
礦安全培訓(xùn)只能進(jìn)行一些安全教育，不是常規(guī)意義上
的安全培訓(xùn)，很難收到應(yīng)有的效果。
針對以上問題，開發(fā)了《煤礦安全培訓(xùn)教育虛擬仿
真系統(tǒng)》，該系統(tǒng)是將文字、圖片、動畫、視頻、音頻等方
式相綜合的培訓(xùn)手段?！睹旱V安全培訓(xùn)教育虛擬仿真
系統(tǒng)》是一項(xiàng)把三維動畫模擬仿真運(yùn)用于煤礦安全培
訓(xùn)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)成果，主要提高職工的安全意識和
安全素質(zhì)，做到人人重視安全，人人懂安全，涵蓋了煤
炭行業(yè)機(jī)電操作不安全案例和操作安全規(guī)范，并逐一
直觀、生動形象地表現(xiàn)出來，再加上虛擬技術(shù)的運(yùn)用和
機(jī)電事故案例的虛擬再現(xiàn)，從而為教師和學(xué)生提供了
一個可視、可聽、可讀、可觸、可做的自主的集成學(xué)習(xí)環(huán)
境。
3 《煤礦安全培訓(xùn)教育虛擬仿真系統(tǒng)》結(jié)構(gòu)
煤炭企業(yè)和各培訓(xùn)機(jī)構(gòu)地理位置相對分散，從技
術(shù)升級和網(wǎng)絡(luò)實(shí)施的角度出發(fā)，根據(jù)煤礦安全培訓(xùn)系
統(tǒng)的建設(shè)要求，采用以下體系結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)是采用虛擬現(xiàn)
實(shí)技術(shù)開發(fā)的。它所生成的視覺環(huán)境是三維可視的、
人機(jī)交互是實(shí)時和諧的、用戶界面是友好的，客戶端通
過瀏覽器訪問服務(wù)器和后臺數(shù)據(jù)庫，發(fā)出數(shù)據(jù)請求，將
結(jié)果返回瀏覽器，完成整個操作過程。優(yōu)點(diǎn)是：虛擬現(xiàn)
實(shí)技術(shù)將為接受培訓(xùn)的員工創(chuàng)造出一種“真實(shí)”的學(xué)習(xí)
和工作環(huán)境，既增加了員工學(xué)習(xí)的興趣與效率，也降低
了新手的失誤率?？蛻舳藷o需下載，具備了很好的移
動性，確保不同的使用者都能以最佳的方式來使用所
需的系統(tǒng)。普通使用者只需要使用瀏覽器就可以在任
何地方通過身份權(quán)限確認(rèn)后就可以進(jìn)行相關(guān)操作，極
大地發(fā)揮了B／S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。
4 《煤礦安全培訓(xùn)教育虛擬仿真系統(tǒng)》的功能
和特點(diǎn)
系統(tǒng)虛擬各種復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，仿真實(shí)現(xiàn)各種機(jī)
電設(shè)備規(guī)范操作，模擬再現(xiàn)各種不安全操作引起的機(jī)
電事故。這樣不僅降低了培訓(xùn)費(fèi)用，又可縮短教學(xué)時
間，讓更多的人接受安全操作培訓(xùn)，同時還可對井下工
人進(jìn)行上崗前的操作及安全教育培訓(xùn)。培訓(xùn)視景系統(tǒng)
使人與環(huán)境相結(jié)合，通過人機(jī)交互，從而使受訓(xùn)者產(chǎn)
· 86 ’
生身臨其境的感覺并達(dá)到或超過以往其他培訓(xùn)形式所
能達(dá)到的效果。系統(tǒng)虛擬井下的各種工況及險情，使
被訓(xùn)練者身臨其境地去體驗(yàn)，并學(xué)會采取有效的應(yīng)急
措施去處理各種險情，以提高人員素質(zhì)，消除事故隱
患。
系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
第一，培訓(xùn)內(nèi)容操作規(guī)范化。《煤礦安全培訓(xùn)教育
虛擬仿真系統(tǒng)》仿真的規(guī)范操作都是依據(jù)《煤礦安全規(guī)
程》、《操作規(guī)程》和《作業(yè)規(guī)程》等開發(fā)模擬的，嚴(yán)格按
照國家煤礦安全監(jiān)察局頒發(fā)的《煤礦安全培訓(xùn)大綱》、
《煤礦特種作業(yè)人員培訓(xùn)大綱及考核標(biāo)準(zhǔn)》的要求，緊
緊圍繞著從業(yè)人員必須掌握的煤礦安全生產(chǎn)知識和技
能進(jìn)行開發(fā)，保證了培訓(xùn)內(nèi)容的實(shí)用性和規(guī)范性。
第二，表現(xiàn)生動形象化，提高培訓(xùn)效率?！睹旱V安
全培訓(xùn)教育虛擬仿真系統(tǒng)》配合視頻、聲音、三維動畫
及互動視景培養(yǎng)機(jī)電操作人員在各種情況及特殊條件
下作業(yè)的識別、判斷、分析和處理能力，使操作人員能
夠在正式上崗前掌握工作要領(lǐng)，提高安全生產(chǎn)水平，培
訓(xùn)效率和培訓(xùn)水準(zhǔn)大大提高。并且系統(tǒng)采用全程配
音，力求表現(xiàn)方式上的生動形象，使學(xué)員達(dá)到易學(xué)、易
懂、易記、易會的效果。
第三，培訓(xùn)學(xué)習(xí)直觀性。《煤礦安全培訓(xùn)教育虛擬
仿真系統(tǒng)》主要運(yùn)用3 MAX和虛擬技術(shù)可以立體
演示各種煤礦環(huán)境、大型煤礦機(jī)械、機(jī)電設(shè)備、人物等
設(shè)備任務(wù)運(yùn)行狀態(tài)和檢修操作狀態(tài)，解決了學(xué)員不能
到現(xiàn)場的問題。
第四，縮短培訓(xùn)周期，減少培訓(xùn)費(fèi)用。傳統(tǒng)模式的
培訓(xùn)方式是：新人礦的機(jī)電人員，應(yīng)接受不少于兩個月
的安全技術(shù)培訓(xùn)。在有經(jīng)驗(yàn)的老工人帶領(lǐng)下實(shí)習(xí)四個
月，經(jīng)考核合格后，方可獨(dú)立工作。而本系統(tǒng)的應(yīng)用大
大地減少了培訓(xùn)周期和培訓(xùn)時間，提高安全生產(chǎn)水平；
使機(jī)電人員能在很短的時間內(nèi)學(xué)習(xí)并掌握其他工種的
工作要領(lǐng)，培養(yǎng)出更多復(fù)合型專業(yè)機(jī)電操作人才，提高
科學(xué)教育水準(zhǔn)，讓更多的人接受專業(yè)教育，從而帶來
更好地經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
5 《煤礦安全培訓(xùn)教育虛擬仿真系統(tǒng)》的作用
《煤礦安全培訓(xùn)教育虛擬仿真系統(tǒng)》的作用主要體
現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)系統(tǒng)配合聲音、圖像、三維動漫及互動視景培養(yǎng)
從業(yè)人員在各種情況及特殊條件下作業(yè)的識別、判斷、
分析和處理能力，使礦業(yè)人員能夠在正式上崗前掌握工
作要領(lǐng)。促進(jìn)了員工對知識的理解，提高了培訓(xùn)的效果。
(2)本系統(tǒng)的應(yīng)用大大地減少了培訓(xùn)周期和培訓(xùn)
時問，提高安全生產(chǎn)水平；減少培訓(xùn)中無謂的時間消耗
成本支出，從根本上提高培訓(xùn)的效率和效益。
(3)有利于公司工作，有效防范機(jī)電安全事故。該
(下轉(zhuǎn)第88頁)
萬方數(shù)據(jù)
通鐫電潦技術(shù)
生 旦 堂笙蘭塑Telecom Power Technology July 25，2012，Vo1．29 No．4
信息的及時傳達(dá)和告警。而且通過拆包服務(wù)器的替代
工作，保障告警信息不會大量的丟失，這就是采用計(jì)算
機(jī)技術(shù)的交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的高實(shí)時性。
采用計(jì)算機(jī)技術(shù)的交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的高實(shí)時
性，使得對網(wǎng)絡(luò)的管理更加及時，也使得對系統(tǒng)的管理
更加正確有效，不會因?yàn)樾畔G失等問題，而帶來不必
要的麻煩。
2．2 計(jì)算機(jī)技術(shù)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)顯示的全面性
當(dāng)采集到各種告警的時候，系統(tǒng)將會選擇聲音和
圖形界面兩種方式來通知維護(hù)人員，而維護(hù)人員可以
設(shè)定每種告警類型和級別不同的告警是否需要聲音來
提示，并在地圖式的全局檢測圖中顯示各個交換局點(diǎn)
具體的位置所在。因?yàn)轱@示的告警級別的多樣性，所
以在每個局點(diǎn)就會出現(xiàn)不同的告警信息列表(告警信
息表中主要顯示的交換局的類型、局點(diǎn)、告警級別、告
警類型和告警確認(rèn)時間)，維護(hù)人員通過全局監(jiān)視圖就
可以對每一個局點(diǎn)的告警信息進(jìn)行快捷地查閱。當(dāng)系
統(tǒng)收到不同級別的告警信息的時候不僅發(fā)出告警提示
聲音(維護(hù)人員設(shè)定不發(fā)聲音外)，還會用相應(yīng)的顏色
閃爍指示來表示告警的級別，當(dāng)告警得到確認(rèn)或者告
警消除報告收到以后，聲音和顏色閃爍燈一系列的告
警都會停止，處于等待告警狀態(tài)。
這樣的告警顯示更加多樣，而且全面，能夠讓維護(hù)
人員更加容易去辨別各種告警信息，了解各種告警所
發(fā)生的位置，通過簡單的操作而達(dá)到對告警信息的系
統(tǒng)查閱和確認(rèn)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系
統(tǒng)顯示的全面性，讓網(wǎng)絡(luò)管理更加的簡潔和準(zhǔn)確，避免
了管理人員不必要的操作，減少了管理人員的工作量，
也讓管理實(shí)現(xiàn)更多的效率。
2．3 系統(tǒng)報表的動態(tài)性
用戶可以直接從數(shù)據(jù)庫流水表中讀取數(shù)據(jù)，不用
去做什么報表的修改，而是根據(jù)自己的需要去對報表
來進(jìn)行一個自定義，然后通過一系列特定的運(yùn)算來產(chǎn)
(上接第86頁)
系統(tǒng)有效地記錄每位參與培訓(xùn)員工培訓(xùn)記錄，公司通
過登錄《煤礦安全培訓(xùn)教育虛擬仿真系統(tǒng)》中就可以對
這些人員的安全培訓(xùn)、考核成績、合格程度、何時進(jìn)
行培訓(xùn)等信息情況一目了然。因此公司可以根據(jù)這些
信息計(jì)劃的組織培訓(xùn)，將不合格人員拒于崗前，將機(jī)電
事故防范關(guān)口前移，提前防范事故的發(fā)生。
6 結(jié)束語
煤礦企業(yè)的機(jī)電設(shè)備安全培訓(xùn)工作，必須從基礎(chǔ)工
作著手，以提高企業(yè)生產(chǎn)的安全可靠性為前提，加強(qiáng)對設(shè)
備的操作、維修、養(yǎng)護(hù)等各項(xiàng)工作。《煤礦安全培訓(xùn)教育
虛擬仿真系統(tǒng)》形象逼真，容易理解。受訓(xùn)人員可以在培
生一個屬于用戶的個性化圖表。因?yàn)檫@個圖表是完全
按照用戶的想法而制作的，所以用戶就會更加直接和
及時地了解到故障的發(fā)生，準(zhǔn)確而快捷地對故障進(jìn)行
智能化的分析，為通信設(shè)備的維護(hù)工作提供各種參考
和重要依據(jù)。報表的動態(tài)性，也就決定了交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)
管理系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€快捷的故障分析圖表，
實(shí)現(xiàn)圖表的重要價值。根據(jù)用戶的個人意見而自定義
出來的圖表更加地滿足了用戶的要求，把更多的工作
和計(jì)算交給計(jì)算機(jī)來處理，實(shí)現(xiàn)信息的準(zhǔn)確和快捷傳
遞，也避免人力資源的浪費(fèi)，這是計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個重
要的優(yōu)勢?；谟?jì)算機(jī)技術(shù)的交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)就
是將計(jì)算機(jī)技術(shù)這一重要優(yōu)勢凸顯出來，以滿足網(wǎng)絡(luò)
管理的需要，更好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理。
3 結(jié)論
基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，減少人
對交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)維護(hù)的麻煩，也大大地縮短了
告警信息的延時，提高了整個系統(tǒng)的安全性，使系統(tǒng)的
性能更加的人性化，滿足用戶的各種要求，減少不必要
的人為操作，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自我控制。
該系統(tǒng)把分散的多機(jī)型交換機(jī)告警信息進(jìn)行集中的
采集和快速處理，同時對告警故障增加了故障監(jiān)視和告
警信息統(tǒng)計(jì)。告警故障設(shè)置，大大地提高了維護(hù)人員的
故障排除能力，同時也提高了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量，給企業(yè)帶
來了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；做到各個交換機(jī)的集
中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了交換機(jī)告警信息的統(tǒng)一處理，也避免了更
多人力資源的浪費(fèi)，減少了成本投入。
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訓(xùn)時陜速掌握學(xué)習(xí)機(jī)電設(shè)備概況。通過落實(shí)科學(xué)的安全
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