基于VR虚拟仿真技术的角色互补直接作业安全培训系统

乔杰

中国石油化工股份有限公司 青岛安全工程研究院 (山东 青岛266000）

0 引言

目前市场上现有的VR安全培训产品，常见的应用途径是进行单人简单、独立的安全培训，或者作为体验式培训的辅助工具，缺少角色扮演类的培训系统，导致受训人员之间互动效果差、培训或者体验过程中需要逐个进行，培训效率慢[1-6]。因此，针对现状研发一种可以利用现有VR技术进行角色扮演的培训系统尤为重要。

鉴于直接作业过程中，安全事故常发、相关的培训类产品缺乏等情况，为提高培训效率、强化培训效果，研发了一种基于VR的角色扮演或互补的直接作业安全培训系统，既可以满足单个受训人员扮演不同的角色单独培训，也可多人合作、角色互补进行培训。

该培训系统设置作业许可管理中作业许可证申请人、作业许可证签发人以及作业监护人3种角色，并对各个角色的职责或安全管理要求进行情景设置。作业类型选择方面，以风险隐患较多、安全事故常发的直接作业为例，选择其中的“进入受限空间作业”[7-9]，在作业许可证申请、签发以及现场作业监护环节进行培训系统研发。

1 系统简介

针对受限空间作业的整个作业管理流程，研发了近20个流程化情景，对作业许可证申请人、作业许可证签发人以及作业监护人3种角色的安全行为或职责进行培训，并自动评价。各个角色既可以单独培训，又可多人组合培训。

本系统主要包括6个子模块：设备配对模块，角色选择模块，信息与辅助评价模块、作业许可证申请人模块，作业许可证签发人模块以及作业监护人模块。

2 模块描述

2.1 设备配对模块

为满足多套VR设备的自由组合式培训，特研发该模块。模块内部采用局域网模式，各设备都可单独建组，又可加入现有的组中。该模块的主要特点是打破设备之间“携码出厂”的模式，采用更灵活的组队方法，即时组队、灵活加入，这样不仅可以节约开发运维成本，支撑后续培训开展，而且可以提高培训效率。

2.2 角色选择模块

功能设置如图1所示。在本模块中，系统会呈现3种角色的名称，要求队内成员根据实际情况选择相应的角色。为防止培训过程混乱，不允许多人担任同一角色。另外，系统根据“设备配对模块”中的队内成员人数确定备选角色个数，当组内成员全部确定角色之后（无论是1人或者3人），系统会自动弥补剩余未选的其他角色。

2.3 信息与辅助评价模块

培训过程的推进主要由信息与辅助评价功能模块完成。该模块主要具有以下3个功能。

1）作业信息显示功能。为实现流程化作业，建立动态评价体系，实现对系统内置时间和当前状态的显示（图2）；另外还会根据系统内部设置，与相关人员进行互动交流。

2）扮演直接作业人员。该系统并不会针对直接作业人员的操作规范进行相关的培训，所以系统内置5名直接作业人员，按照预设的程序进行相关作业模拟。

3）分析评价功能。系统会收集各类人员的操作行为，并进行评价打分，该功能设置数据传输接口，可以对接相关培训管理系统。

图2 信息与辅助评价模块子功能界面

2.4 核心模块

培训实施主要由作业许可证申请人模块、作业许可证签发人模块和作业监护人模块完成，各个模块主要通过情景演变实现相应的功能。用户界面及菜单设置如图3所示。为增强培训效果，提高培训难度，系统菜单中包含所有角色的备选项。

为保证培训系统的仿真效果与连续性，本次培训模拟作业时间为8:00至16：30，实际培训时间为20 min，不等比例缩短。

图3 用户界面

2.4.1 作业许可证申请人模块

该模块主要针对作业许可证申请人角色，设置的相关情景及其评价标准主要包括：作业票证办理、安全措施落实与检查、作业过程中应急处置3个现场部分。情境设置见表1。

2.4.2 作业许可证签发人模块

该模块主要针对作业许可证签发人角色，设置的相关情景及其评价标准主要包括：安全措施落实与检查、作业完工验收与检查。情境设置见表2。

2.4.3 作业监护人模块

该模块主要针对作业监护人角色，设置的相关情景及其评价标准主要包括：安全措施落实与检查、作业过程监护与处置。情境设置见表3。

3 现场应用

3.1 应用方式

本系统常见的两种应用方式如下：

1）培训人员3人，分别担任作业许可证申请人、作业许可证签发人以及作业监护人，按照表1～表3进行情景展现，各培训人员按要求进行各种操作。

2）培训人员2人，分别担任作业许可证申请人、作业许可证签发人，按照表1、表2进行情景展现，各培训人员按要求进行各种操作。同时，作业监护人的情景由系统按照评价标准描述，自动进行相关操作。

表1 作业许可证申请人情景设置

表2 作业许可证签发人情景设置

表3 作业监护人情景设置

续表3

3.2 应用案例

该系统2019年已经应用于国内某大型化工企业年度监护人实操培训，累计开展30期，培训学员1 405名，学员初始能力测试合格率不足80%，经过理论培训、实操仿真培训，理论考试一次通过率98.79%，补考后，整体通过率为99.93%；实操仿真考核一次通过率95.66%，补考后，整体通过率为100%。培训形式及培训内容学院综合满意度99%。

4 结束语

该系统与现有技术应用相比，通过设置角色扮演或角色互补，在保证单人培训效果的同时，可以更好地增加受训人员之间的互动性，实现多人同时培训，提高培训效率。

此外，利用VR虚拟仿真技术，通过设置复杂的流程化作业情景，增加了培训过程中学员与培训系统之间的交互性以及学员之间的实时沟通效果，寓教于乐，强化培训手段与效果。该系统对其他类型直接作业，如高处作业、用火作业等的VR仿真培训系统开发也具有借鉴意义。