核電廠運維虛擬仿真實訓系統(tǒng)
核電廠三維場景模型庫
系統(tǒng)內(nèi)置多個完整的核電廠三維場景模型教學資源庫，用戶可實時調(diào)取相關場景案例用于教學實驗和仿真實訓，同時，系統(tǒng)內(nèi)置功能強大的三維場景模型編輯器模塊，用戶可以根據(jù)需要，實時導入由第三方CAD工具軟件構建的核電廠三維場景模型。
核電廠要素模型庫
系統(tǒng)內(nèi)置一個內(nèi)容豐富的“核電廠要素模型庫”，該素材庫中包含大量的核電廠通用3D模型，如：核島廠房及控制間、常規(guī)島廠房及控制間、反應堆、主控控制室、遠距離停堆控制室、汽輪發(fā)電機組、給水泵、管道閥門、蒸汽發(fā)生器、冷凝器、冷卻塔、安全防護設備、運維工具及配套設施等。教師和學生可以利用這些核電廠素材庫模型快速搭建一個模擬核電廠，為教學實驗和仿真實訓提供3D場景環(huán)境。
同時，用戶可以利用“三維場景模型編輯器”，快速搭建一個初步的核電廠三維環(huán)境，并對3D場景和核電廠3D要素模型的屬性進行實時編輯、修改和保存，如：物理數(shù)據(jù)、邏輯關系、應用屬性、坐標位置、功能用途等，每個要素模型的信息數(shù)據(jù)與模型本身一一對應，并被保存在一個內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫中，以備用戶實時調(diào)用、查詢讀取和程序驅動（代碼控制）。
場景交互
系統(tǒng)基于虛擬現(xiàn)實交互技術開發(fā)，內(nèi)置功能強大的多維交互模式，如：漫游、行走、駕駛、飛行（鳥瞰）等模式，用戶可以根據(jù)需要選擇不同的模式和三維虛擬場景進行實時交互。同時系統(tǒng)支持多個外置交互設備接口，如：數(shù)據(jù)手套、六自由度位置追蹤系統(tǒng)、計算機力反饋系統(tǒng)、操縱桿、方向盤等，用戶可以根據(jù)需要實時接入不同的交互設備與虛擬仿真場景進行實時互動。
核電裝備可視化管理
系統(tǒng)內(nèi)置“裝備可視化管理模塊，包括一個功能完備的多功能視景瀏覽器和一個小型數(shù)據(jù)庫，構成核電廠三維場景的各種要素模型都被存儲在這個數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)分層管理。用戶可以根據(jù)需要實時打開顯示、查看瀏覽各種3D要素模型，如：核島廠房及控制間、常規(guī)島廠房及控制間冷卻塔、反應爐、離心泵、控制室、汽輪發(fā)電機組、給水泵、管道閥門、蒸汽發(fā)生器、凝汽器以及配套設施、安全防護設備、運維工具設施等。
用戶不僅可實時瀏覽3D模型，也可以讀取每個3D要素模型的各種數(shù)據(jù)，包括它們的邏輯關系、位置和各種屬性數(shù)據(jù)，可以對“核電廠3D設備模型”進行定位查詢、數(shù)據(jù)顯示、分層管理，逐級展示裝備零部件的組成和結構關系。同時，可以利用“3D編輯”功能實時修改、更新相關的數(shù)據(jù)信息，并保存。
核電廠工藝流程仿真
系統(tǒng)內(nèi)置典型核電廠運行工藝流程教學資源庫，可以逼真地模擬整個“核電廠系統(tǒng)的工藝流程”，再現(xiàn)不同的環(huán)節(jié)、部件和子系統(tǒng)之間的結構組成、邏輯關系、機構聯(lián)動和系統(tǒng)工作過程，多視角、多維度地呈現(xiàn)整個“核電廠系統(tǒng)”的運行原理和工藝流程。用戶可以根據(jù)需要實時打開配套的核電運維場景案例用于教學實驗和仿真實訓。
整體工藝流程仿真
系統(tǒng)以三維仿真交互的方式模擬整個核電廠的生產(chǎn)運行全過程，并可以在虛擬場景中漫游，進入各個生產(chǎn)空間，查看每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，觀察期運營狀態(tài)，利用六自由度交互設備進行操作交互，同時實時打開相應的技術資料，如圖片、文字或視頻資料詳細了解核電廠不同環(huán)節(jié)的運行原理。生產(chǎn)工藝過程包括：
核電站的生產(chǎn)流程：主泵的冷卻劑輸送到壓力容器中;燃料在核反應堆中發(fā)生不斷地核裂變，壓力會隨之變化，由穩(wěn)壓器對其壓力進行調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生核變能，核變能產(chǎn)生的熱能使冷卻劑變成高溫液體進入蒸汽發(fā)生器，通過蒸汽發(fā)生器把冷卻劑的熱能變成蒸汽，蒸汽通過主蒸汽管道進入汽輪機，推動汽輪機轉動，從而帶動發(fā)電機發(fā)電，電能通過主變壓器升壓進入電網(wǎng)。
一回路系統(tǒng)(核島)：核燃料在經(jīng)過主泵冷卻劑冷卻及穩(wěn)壓器壓力調(diào)節(jié)的核反應堆中進行核裂變，產(chǎn)生核變能，從而產(chǎn)生熱量，熱量進入蒸汽加熱器把在其中的二回路水變成蒸汽，余下的冷卻劑在經(jīng)過主泵回到壓力容器，形成一個循環(huán)系統(tǒng)。
二回路系統(tǒng)(常規(guī)島)：核燃料在經(jīng)過主泵冷卻劑冷卻及穩(wěn)壓器壓力調(diào)節(jié)的核反應堆中進行核裂變，產(chǎn)生核變能，從而產(chǎn)生熱量，熱量進入蒸汽加熱器把在其中的二回路水變成蒸汽，蒸汽通過蒸汽管道進入汽輪機，推動汽輪機轉動，從而帶動發(fā)電機發(fā)電，電能通過主變壓器升壓進入電網(wǎng);汽輪機高壓缸內(nèi)的蒸汽一面送往高壓加熱器，一面送往熱水分離加熱器;熱水分離加熱器進行分離汽水分離，水通過管道排出，蒸汽繼續(xù)送往汽輪機低壓缸，低壓缸中的一部分蒸汽直接送往凝氣器冷卻成水，另一部分蒸汽輸送到低壓加熱器用來加熱給水;凝氣器通過循環(huán)水泵抽海水來做蒸汽的冷卻系統(tǒng)，使其變成溫水，通過給水泵輸送到低壓加熱器中進行加熱，加熱之后的給水進入除氧器中除氧，除氧過后的給水在進過給水泵輸送到高壓加熱氣器再一次對給水進行加熱，再次加熱過的給水通過高溫管道進入蒸汽發(fā)生器進行加熱變成蒸汽或熱水;形成一個系統(tǒng)。
裝備工作原理和關鍵環(huán)節(jié)可視化仿真
除了基礎的核電廠3D場景環(huán)境，為適應教學實驗需要，系統(tǒng)為整個“核電廠3D場景和運維過程”提供分層管理、逐級展示功能，用戶可以根據(jù)需要選擇顯示整個核電廠的一個裝備、一個部分、一個環(huán)節(jié)或一個流程。對具體的環(huán)境進行教學實驗，以互動教學的方式多角度、的展現(xiàn)核電廠的裝備工作原理和系統(tǒng)工作流程。如：設備的工作原理、工作過程中的運行狀態(tài)、系統(tǒng)工藝流程、核電原理機的模擬運行過程等等。
每一個裝備、系統(tǒng)原理仿真過程或工藝流程，均配套相應的“文字、圖片和視頻講解”，用戶可以根據(jù)需要實時調(diào)閱、參考不同的技術資料，為教學實訓過程提供技術支撐。
運行數(shù)據(jù)與控制軟件驅動接口
系統(tǒng)提供一個面向對象的靈活開放的模塊化數(shù)據(jù)接口，用戶可以根據(jù)需要實時接入各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)或控制軟件，驅動控制核電廠三維場景模型，接入數(shù)據(jù)驅動后的三維場景會按照數(shù)據(jù)的屬性，真實模擬整個核電生產(chǎn)的仿真過程。
仿真系統(tǒng)按照核電廠工業(yè)裝備和電氣電路的邏輯關系模擬高度逼真的核電廠三維仿真場景，每一個裝備部件和生產(chǎn)環(huán)節(jié)均為矢量化、可交互的三維模型節(jié)點，用戶可以根據(jù)核電廠的生產(chǎn)和邏輯關系通過編程或電力控制軟件，來驅動和控制三維系統(tǒng)裝備的工作過程。
同時每個裝備部件和控制節(jié)點均經(jīng)過“功能和數(shù)據(jù)屬性編輯”，并與管理數(shù)據(jù)對接，形成固定的數(shù)據(jù)庫模型，用戶可以根據(jù)這些裝備部件和節(jié)點的功能屬性和數(shù)據(jù)庫特征接入相應的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以驅動和控制整個仿真場景和部分場景的動態(tài)生產(chǎn)過程，如：開關、電動機、轉子、供水冷卻系統(tǒng)、液壓等自動閥門的控制，終形成一個根據(jù)真實生產(chǎn)數(shù)據(jù)驅動的“核電廠生產(chǎn)過程三維仿真系統(tǒng)”。
核電廠運維管理與操作仿真實訓
系統(tǒng)基于虛擬現(xiàn)實與實時交互技術開發(fā)，內(nèi)置功能強大的多維交互模式，如：漫游、行走、駕駛、飛行（鳥瞰）等模式，用戶可以根據(jù)需要實時選擇不同的模式和三維虛擬場景進行實時交互。同時系統(tǒng)支持多個外置交互設備接口，如：數(shù)據(jù)手套、六自由度位置追蹤系統(tǒng)、計算機力反饋系統(tǒng)、操縱桿、方向盤等，用戶可以根據(jù)需要接入不同的交互設備與虛擬仿真場景進行實時互動。
基于系統(tǒng)功能完備的交互功能，用戶可以進入核電廠三維仿真場景進行“運維管理和交互操作仿真實訓”，包括：生產(chǎn)車間的運維管理和仿真實訓、虛擬控制室的交互操作仿真實訓。
生產(chǎn)車間的運維管理和仿真實訓
用戶可以佩戴頭盔顯示器或6自由度交互設備，進入虛擬廠區(qū)、車間和大型裝備的內(nèi)部，對設備裝備、儀器儀表、電氣電路、管線閥門等進行查看瀏覽和檢修維護，過程中，用戶可以實時調(diào)閱系統(tǒng)內(nèi)置的“運維指南”，運維指南將以多窗口的形式將文字、圖片或視頻指定顯示在用戶的眼前，用戶按照生產(chǎn)和技術要求進行閱讀、參考和比對分析，從而完成正確的“運維過程”，達到教學實訓的目的。
虛擬控制室交互操作仿真實訓
每個核電廠仿真系統(tǒng)均配套了專業(yè)的“虛擬三維控制室”，包括“主控室控制室”和“遠距離堆停控制室”三維場景模型。控制室的每個模型節(jié)點（如：儀器儀表、顯示屏、控制開關、電氣電路等）均為獨立的、可編輯、可交互、可編程控制的模型節(jié)點，并與內(nèi)置的“控制數(shù)據(jù)庫”對接，用戶可以通過“編程”控制每一個開關、按鈕或控制手柄等。也可以通過手動交互功能，控制各類開關按鈕?？刂茢?shù)據(jù)同時又與整個電廠的生產(chǎn)過程對接，可實時驅動整個電廠生產(chǎn)過程運行的每一個裝備和每一個環(huán)節(jié)。
虛擬控制室仿真實訓內(nèi)容包括：主控室控制室虛擬仿真教學實訓、遠距離堆?？刂颇M教學實驗和仿真實訓。教學實驗和仿真實訓過程中，用戶可以打開核電廠三維場景和虛擬控制室三維場景，啟動教學實驗和仿真實訓情景模式，通多鍵盤鼠標完成“控制室運維管理”過程的學習和仿真實訓，也可以配套用戶佩戴頭盔顯示器或6自由度交互設備，走進虛擬的三維場景，根據(jù)已有的理論知識，進行核電廠“運維管理和操作仿真實訓”。包括：檢查各類儀器儀表或動態(tài)虛擬顯示屏，按照操作流程指南，模擬操作各類控制開關等，完成仿真實訓過程，達到模擬演練的目的。
突發(fā)事故仿真與應急處置演練
應急教學管理
系統(tǒng)內(nèi)置典型的核電廠事故情景模擬仿真內(nèi)容，當用戶啟動“核電廠事故應急管理”情景模式后，系統(tǒng)會呈現(xiàn)一個完整的三維事故場景和情景模式，如爆炸、停車等突發(fā)事故。教師利用該情景模式，結合理論大綱和行業(yè)要求，多視角、多維度地教授學生的核電廠突發(fā)事故應急管理知識。如：事故類型、成因、可能導致的后果，應急處置的流程、步驟和方法等。過程中，教師可實時調(diào)閱相關的應急管理指南和教學資源庫，如圖片、文字或視頻等進行輔助教學。
應急處置演練
系統(tǒng)內(nèi)置“核電廠虛擬控制室”系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全按照1:1的真實物理數(shù)據(jù)構建，并與整個虛擬核電廠的三維場景和生產(chǎn)環(huán)節(jié)相連，真實模擬“核電廠控制室”的邏輯過程和控制功能。
用戶開啟“控制室應急處置”情景模式后，可以根據(jù)已掌握的理論知識和實際經(jīng)驗，通過配鍵盤鼠標，迅速模擬操作“虛擬控制室”中的各種儀器設備和控制開關，并可以實時調(diào)閱系統(tǒng)內(nèi)置的“應急處置指南”，瀏覽、查看和分析，確保操作的正確性，直到“警報”解除，從而正確完成突發(fā)事故的應急處置過程。
用戶也可以配套用戶佩戴頭盔顯示器或6自由度交互設備，走進虛擬的三維控制室，根據(jù)已有的理論知識和應急處置要求，進行應急處置模擬訓練，包括：檢查各類儀器儀表，按照應急處置操作指南，模擬操作各類控制開關等，完成應急處置和仿真實訓過程，達到模擬演練的目的。應急處置和模擬演練過程可以是單人操作，也可以是多人協(xié)同操作。應急模擬操作的過程中，用戶可以實時調(diào)閱系統(tǒng)內(nèi)置的“應急處置指南”，瀏覽、查看和分析，確保操作的正確性，直到“警報”解除
裝備原理模擬機仿真
系統(tǒng)內(nèi)置一個核電廠典型設備的“原理模擬機”三維仿真模型庫，主要有反應堆、蒸汽發(fā)生器、汽輪機、發(fā)電機以及有關系統(tǒng)設備。系統(tǒng)按照1:1的比例，在三維高精度建模的基礎上（基于CATIA、Solidwork、Pro/E、UG或其三維CAD軟件平臺構建的三維模型），根據(jù)機械原理、機構聯(lián)動方程、物理屬性仿真算法和仿真交互要求，真實模擬“核電裝備”的動態(tài)工作過程。
原理機模擬仿真系統(tǒng)可為虛擬教學實驗和仿真實訓提供一個高度逼真的三維可視化支撐環(huán)境?；谶@種三維可視化仿真過程，教師可以更容易地表達和講解，學生也能更輕松快捷地接受所學的知識內(nèi)容。
教師可以利用該系統(tǒng)，模擬核電裝備的動態(tài)工作過程。虛擬場景中，教師或學生可使用鼠標或六自由度交互裝置開啟按鈕、啟動汽輪機或發(fā)電機；同時也能通過快進和慢放按鈕，詳細觀察設備的動態(tài)運轉過程或流程，詳細呈現(xiàn)工業(yè)裝備的“動態(tài)”工作原理。
除了模擬“裝備內(nèi)在工作過程”，系統(tǒng)還可以模擬整個“裝備系統(tǒng)的工藝流程”，可逼真地模擬整個“裝備系統(tǒng)”的工藝流程和工作過程，再現(xiàn)不同的零部件及子系統(tǒng)之間的結構組成、機構聯(lián)動和系統(tǒng)工作過程，多視角、多維度地詳細呈現(xiàn)整個“裝備系統(tǒng)”的運行原理。
系統(tǒng)提供外部數(shù)據(jù)驅動數(shù)據(jù)接口，這些數(shù)據(jù)可以是邏輯電路方程、機械運動方程、或機構聯(lián)動方程，機械運動驅動參數(shù)，如：轉速、步長、旋轉角速度、位置等，用以驅動靜態(tài)三維模型，實現(xiàn)機構聯(lián)動和動態(tài)運轉。
