汽輪發電機維修支持系統設計應用

馬馨蕊，白云濤

(1. 哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150001；2. 中國船舶集團有限公司第703研究所，黑龍江哈爾濱 150001)

0 引言

隨著現代電廠設備結構的復雜程度不斷提高，性能要求不斷提升，對設備的安全性和可靠性重視程度也不斷加大。傳統的紙質資料由于表述簡單、形式單一、占用空間大、不方便攜帶等缺點影響了設備安裝、運維效率，增加設備使用和維護的成本。在移動客戶端和數據庫端開發的汽輪發電機組設備維修支持系統，能夠滿足智能電廠的信息化要求，提高數據信息輔助手段，系統可交互顯示汽輪發電機設備結構、安裝過程、運行說明、設備監測、故障診斷等應用系統，可為智能化電廠管理提供有效輔助。

1 系統總體設計

1.1 開發平臺與開發工具

本文開發完成的汽輪發電機設備維修支持系統移動端運行平臺為安卓操作系統，由于需要數據信息的傳輸，服務器端運行平臺為Windows 10操作系統。根據運行平臺的要求，系統使用的開發工具為安卓平臺和Microsoft Visual Studio平臺。利用安卓平臺的目的是用來開發針對安卓操作系統的應用，使用Gradle構建項目，結合多種模擬、測試工具和模塊功能，可以和系統中其它平臺開發的模塊完美集成與兼容。Microsoft Visual Studio平臺是用來輔助Unity3D虛擬現實平臺進行虛擬樣機可視化顯示和交互功能的開發，提供匹配的程序開發環境，具有模板開發、調試糾錯、快速部署等特點。虛擬樣機開發平臺和虛擬樣機可視化功能開發平臺分別為UG和Unity3D虛擬現實平臺。

汽輪發電機設備維修支持系統需要和數據庫進行數據通信，所以利用MySQL 8.0數據管理平臺構建了系統的數據中心，使用Apache Tomcat平臺搭建系統的服務器。MySQL數據管理平臺主要針對關系型數據，支持多種操作系統和數據庫連接方式，而Tomcat平臺是一款滿足中小型數據量傳輸的開源軟件，可以滿足本系統構建的要求。

1.2 系統架構設計

汽輪發電機維修支持系統主要包括數據模塊、功能模塊和通信模塊。其中數據模塊主要針對數據庫的構建，通信模塊主要是用來在移動客戶端和服務器端進行數據的傳輸，功能模塊主要是面向維修工作人員，展示相關且符合需求的系統功能。汽輪發電機維修支持系統基礎功能包括文本、圖紙數據信息的瀏覽和交互縮放查看功能、目錄導航功能、掃碼登記功能、音視頻播放功能等，這些功能通過移動客戶端UI界面與使用者進行交互。拓撲結構如圖1所示。

圖1 系統功能架構

1.3 模型輕量化方法

汽輪發電機維修支持系統虛擬樣機可視化模塊是對維修工作人員進行安裝、維修引導的重要組成模塊，為了方便維修人員的使用，硬件設備部署在移動端。移動端和PC端設備性能本質上的差距直接影響著虛擬樣機可視化交互的流暢度和設備運行的穩定性，所以對虛擬樣機進行輕量化處理是虛擬樣機可視化模塊設計中重要內容。從整體和精細兩個方面針對汽輪發電機設備虛擬樣機模型進行輕量化。該方法不影響IETM系統功能操作，有效地將復雜設備模型文件大小和模型顯示面數減小，同時對于功能需要精細度高的零部件級虛擬樣機模型進行無損輕量化處理。對于功能需要精細度不高的系統級虛擬樣機模型進行減面優化處理，雖然會造成部分模型失真情況，但能夠提升模型加載效率和功能運行的流暢性，從根本上解決復雜設備虛擬樣機可視化功能顯示數據加載緩慢和交互操作或演示時停滯、卡頓等現象，同時減輕對移動客戶端硬件設備的要求。維修工作人員進行設備系統和零部件查詢時，將原有的文本材料信息、圖紙尺寸信息同數字虛擬樣機模型相聯系，提高了信息查詢能力和輔助維修引導能力，增強了設備信息查詢和維修保障引導的直觀性。圖2所示為勵磁繞組虛擬樣機模型輕量化前后效果圖。

圖2 勵磁繞組虛擬樣機模型輕量化前后對比效果

2 系統功能實現

2.1 人機交互界面實現

汽輪發電機設備維修支持系統需要結合具體功能要求，在移動客戶端構建友好的人機交互界面。該界面應具備簡潔易懂、操作準確、結構清晰和高效舒適等特點，具體界面如圖3所示。

圖3 汽輪發電機設備維修支持系統交互界面

該系統初始的交互界面可分為信息功能區、目錄區、文本信息區和圖紙信息區。文本信息區是對設備需要文本信息描述時，提供本文顯示的區域；圖紙信息區是對設備相關圖紙或圖片信息進行參照和查詢時，進行數據顯示的區域；目錄區提供汽輪發電機設備結構的子系統分類和部分運行相關數據信息文件分類。當需要對進行查找的設備進行虛擬樣機查看時，交互界面中的圖紙信息區會變為虛擬樣機顯示區，方便使用者進行交互操作和查看。

2.2 文本與圖紙信息的查閱

汽輪發電機設備維修支持系統中，根據維修工作人員的需求，需要對設備零部件的文本信息和圖紙信息進行查閱。通過在目錄結構中對設備系統中部件或零件進行查找和選定，在客戶端系統上文字信息區和圖紙信息區中對零部件的相關信息就會得以顯示。如圖4所示，對汽輪發電機設備定子鐵心部件的文本信息和圖紙信息查詢。

圖4 定子鐵心部件的文本和圖紙信息查詢

2.3 音視頻播放功能實現

在汽輪發電機設備維修支持系統中，根據維修工作人員的需求，需要對設備零部件的音視頻等多媒體文件信息進行瀏覽。通過在目錄結構中對設備系統中部件或零件相關操作的音頻信息進行查找和選定，在客戶端系統上就會對當前需要聽取的文件進行播放，并在區域內出現進度條，了解播放進度。如圖5所示，對汽輪發電機設備抽轉子維修操作的音頻文件播放。

圖5 抽轉子維修操作的音頻文件播放

2.4 掃碼登記功能的實現

在汽輪發電機設備維修支持系統使用過程中，現場的運維工作人員可能根據實際工作的需求，對目標設備或者使用的維修工具進行登記操作，傳統的方法需要進行填表等一系列操作，不但過程復雜，而且影響工作進度。該系統應用具備掃碼登記的功能。運維工作人員通過二維碼進行掃描，就可完成相關信息的記錄工作，如圖6所示。

圖6 二維碼及掃碼進行登記

2.5 系統交互操作功能實現

在汽輪發電機設備維修支持系統中，可以通過系統的人機交互界面完成相應功能操作，交互過程需要針對移動客戶端單獨進行功能開發。由于文本數據信息內容過多或者圖紙圖片數據信息尺寸過大，需要在查閱時進行移動、滑動、縮放等交互功能操作。

2.6 虛擬樣機可視化顯示功能實現

在汽輪發電機設備維修支持系統中，利用虛擬樣機可視化功能模塊為維修工作人員針對設備拆裝、零部件結構關系進行直觀、清晰的顯示與交互，進而輔助完成安裝維修工作。如圖7所示，對汽輪發電機設備電刷部件進行虛擬樣機交互。圖8是對汽輪發電機設備轉子組件進行安裝可視化。

圖7 電刷部件虛擬樣機結構交互顯示

圖8 轉子組件安裝過程可視化顯示

3 結論

本文所述系統根據圖紙和技術資料，重新對汽輪發電機整體結構進行細化和梳理，在UG軟件平臺中構建虛擬樣機的三維幾何模型，使用整體簡化和精細簡化相結合的思路對虛擬樣機進行輕量化處理，并利用Unity3D虛擬現實平臺實現三維交互和拆裝功能預制，在可視化功能模塊存儲后，在Unity3D中進行工程封裝。研發完成移動端為安卓系統、服務器端為Windows系統的C/S架構汽輪發電機設備維修支持系統。對人機交互界面、技術資料與圖紙信息查閱、音視頻播放、掃碼登記和交互操作功能的實現并完成對電刷部件的結構查詢和轉子組件安裝過程的可視化顯示，為智能化電廠管理提供有效輔助。