典型机械工程安全事故虚拟仿真系统构建

李连豪　朱书慧　袁志华　刘婉茹

【摘 要】针对在传统工程力学课堂教学活动中，学生与实际安全场景互动性差等问题。本文利用虚拟仿真技术，以架桥机为例，通过知识点模块分析、操作系统和网络条件、用户特殊外置硬件设计，结合技术架构及主要技术开发，构建出典型机械工程安全事故虚拟仿真系统。可大大提高学生在实际机械安全问题中的互动性。

【关键词】虚拟仿真;安全事故;架桥机;系统;构建

中图分类号： U445.36 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）27-0201-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.090

【Abstract】Aiming at the problem that the interaction between students and the actual safety scene is poor in the traditional engineering mechanics classroom teaching activities. The virtual simulation system was used to simulate the working conditions of bridge machine in this thesis. Through knowledge point module analysis， operating system and network conditions， design of user special external hardware， combined with technical architecture and main technology development， a virtual simulation system of typical safety accidents in mechanical engineering was constructed. It can greatly improve the interaction of students in practical mechanical safety problems.

【Key words】Virtual simulation; Safety accidents; Bridge machine; System; Construction

0 引言

随着我国社会经济的高速发展，诸多生产事故频现，因此在时代的大背景下，避免事故发生和安全生产等意识逐渐深入人心。

目前，诸多生产事故多属于机械工程事故。如何避免机械工程事故需要从头抓起，也就是说，需要从机械工程的设计者初始就需要增强安全意识，避免事故发生[1]。

从理论上讲，机械工程事故多属于工程力学范畴。需要机械工程设计者具有较高的工程力学素养才能有效地避免机械工程事故的发生，也就需要机械工程设计者在初始学习工程力学时就能意识到不同工况下可能出现的机械工程事故。

在传统工程力学课堂教学活动中，学生与实际安全场景的互动性差。在理解及认识上和实际相差很大，因此远不能达到该课程的教学目的。正是基于这些问题，新的教学模式应运而生。目前，应用较广的是虚拟仿真技术[2-3]，其结合信息技术，可将复杂和危险场景再现在学习者，可增强学生的对复杂问题的认知，提高对相关知识的理解能力[4]。

由于机械工程事故众多，就其基础学科工程力学而言，典型机械工程安全事故，如架桥机工作过程可能出现的事故，是工程力学全部知识点和相关实验的再现，具有典型的代表性。

鉴于上述原因，本文通过虚拟仿真技术再现架桥机工作过程可能出现的事故为出发点，弥补传统工程实践教育的不足，提高机械工程本科生创新、动手能力，作业实践素质及思考和解决问题的能力。

1 配套装置及软件

1.1 硬件

硬件包括VR图形工作站;头戴式虚拟现实头盔;六自由度操控手柄等。

1.2 软件系统

1.2.1 知识模块

知识模块如表1所示。

1.2.2 网络条件

客户端向服务器，正常状态下1秒可上传1MB内容，建议安装10M带宽的网络。客户端同时响应量100，超过此数量系统提供在线登陆排队提醒服务。

1.2.3 用户操作系统

操作系统：Windows;版本要求：XP、Win 7、Win 8、Win 10;其他计算终端操作系统和版本要求;操作系统：Windows;版本要求：XP、Win 7、Win 8、Win 10。支持移动端。

1.2.4 用户硬件配置

内存：8GB，CPU：I7显卡：GTX 1060 4G以上存储容量：500G网卡：10/100。

1.2.5 用户特殊外置硬件

配备2个6 Dof手柄及一个6 Dof虚拟现实头盔;分辨率：1440*1440;对角显示尺寸：2.89”（*2）;头盔：可翻转式;水平视野：105度显示屏：OLED屏。

刷新率：90HZ;音频：内置音频输出和麦克风支持3.5mm单线连接;定位：自带双摄像头定位。

2 技术架构及主要研发技术

如表2所示。

3 结束语

本文以架桥机为例将虚拟现实技术引入到《工程力学》的实践教学环节中。通过知识点模块分析、操作系统和网络条件和用户特殊外置硬件设计，结合技术架构及主要技术开发，初步构建出典型机械工程安全事故虚拟仿真系统。其将在探索和发展《工程力学》的实践教学环节思路、提升《工程力学》的实践教学环节水平、改造其教学环境、优化教学过程和推动教学改革等发挥一定的推动作用。

【参考文獻】

[1]曾子力.安全工程中虚拟现实技术的应用分析[J].电脑迷，2016（03）：47.

[2]刘方奎，张辉.安全工程中虚拟现实技术的应用分析[J].河南科技，2015（23）：91.

[3]王子君.虚拟现实技术在煤矿安全工程中的应用[J].煤矿安全，2007（12）：64-65.

[4]丁楠，汪亚珉.虚拟现实在教育中的应用：优势与挑战[J].现代教育技术，2017，27（02）：19-25.