汽轮发电机维修支持系统设计应用

马馨蕊，白云涛

(1. 哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150001；2. 中国船舶集团有限公司第703研究所，黑龙江哈尔滨 150001)

0 引言

随着现代电厂设备结构的复杂程度不断提高，性能要求不断提升，对设备的安全性和可靠性重视程度也不断加大。传统的纸质资料由于表述简单、形式单一、占用空间大、不方便携带等缺点影响了设备安装、运维效率，增加设备使用和维护的成本。在移动客户端和数据库端开发的汽轮发电机组设备维修支持系统，能够满足智能电厂的信息化要求，提高数据信息辅助手段，系统可交互显示汽轮发电机设备结构、安装过程、运行说明、设备监测、故障诊断等应用系统，可为智能化电厂管理提供有效辅助。

1 系统总体设计

1.1 开发平台与开发工具

本文开发完成的汽轮发电机设备维修支持系统移动端运行平台为安卓操作系统，由于需要数据信息的传输，服务器端运行平台为Windows 10操作系统。根据运行平台的要求，系统使用的开发工具为安卓平台和Microsoft Visual Studio平台。利用安卓平台的目的是用来开发针对安卓操作系统的应用，使用Gradle构建项目，结合多种模拟、测试工具和模块功能，可以和系统中其它平台开发的模块完美集成与兼容。Microsoft Visual Studio平台是用来辅助Unity3D虚拟现实平台进行虚拟样机可视化显示和交互功能的开发，提供匹配的程序开发环境，具有模板开发、调试纠错、快速部署等特点。虚拟样机开发平台和虚拟样机可视化功能开发平台分别为UG和Unity3D虚拟现实平台。

汽轮发电机设备维修支持系统需要和数据库进行数据通信，所以利用MySQL 8.0数据管理平台构建了系统的数据中心，使用Apache Tomcat平台搭建系统的服务器。MySQL数据管理平台主要针对关系型数据，支持多种操作系统和数据库连接方式，而Tomcat平台是一款满足中小型数据量传输的开源软件，可以满足本系统构建的要求。

1.2 系统架构设计

汽轮发电机维修支持系统主要包括数据模块、功能模块和通信模块。其中数据模块主要针对数据库的构建，通信模块主要是用来在移动客户端和服务器端进行数据的传输，功能模块主要是面向维修工作人员，展示相关且符合需求的系统功能。汽轮发电机维修支持系统基础功能包括文本、图纸数据信息的浏览和交互缩放查看功能、目录导航功能、扫码登记功能、音视频播放功能等，这些功能通过移动客户端UI界面与使用者进行交互。拓扑结构如图1所示。

图1 系统功能架构

1.3 模型轻量化方法

汽轮发电机维修支持系统虚拟样机可视化模块是对维修工作人员进行安装、维修引导的重要组成模块，为了方便维修人员的使用，硬件设备部署在移动端。移动端和PC端设备性能本质上的差距直接影响着虚拟样机可视化交互的流畅度和设备运行的稳定性，所以对虚拟样机进行轻量化处理是虚拟样机可视化模块设计中重要内容。从整体和精细两个方面针对汽轮发电机设备虚拟样机模型进行轻量化。该方法不影响IETM系统功能操作，有效地将复杂设备模型文件大小和模型显示面数减小，同时对于功能需要精细度高的零部件级虚拟样机模型进行无损轻量化处理。对于功能需要精细度不高的系统级虚拟样机模型进行减面优化处理，虽然会造成部分模型失真情况，但能够提升模型加载效率和功能运行的流畅性，从根本上解决复杂设备虚拟样机可视化功能显示数据加载缓慢和交互操作或演示时停滞、卡顿等现象，同时减轻对移动客户端硬件设备的要求。维修工作人员进行设备系统和零部件查询时，将原有的文本材料信息、图纸尺寸信息同数字虚拟样机模型相联系，提高了信息查询能力和辅助维修引导能力，增强了设备信息查询和维修保障引导的直观性。图2所示为励磁绕组虚拟样机模型轻量化前后效果图。

图2 励磁绕组虚拟样机模型轻量化前后对比效果

2 系统功能实现

2.1 人机交互界面实现

汽轮发电机设备维修支持系统需要结合具体功能要求，在移动客户端构建友好的人机交互界面。该界面应具备简洁易懂、操作准确、结构清晰和高效舒适等特点，具体界面如图3所示。

图3 汽轮发电机设备维修支持系统交互界面

该系统初始的交互界面可分为信息功能区、目录区、文本信息区和图纸信息区。文本信息区是对设备需要文本信息描述时，提供本文显示的区域；图纸信息区是对设备相关图纸或图片信息进行参照和查询时，进行数据显示的区域；目录区提供汽轮发电机设备结构的子系统分类和部分运行相关数据信息文件分类。当需要对进行查找的设备进行虚拟样机查看时，交互界面中的图纸信息区会变为虚拟样机显示区，方便使用者进行交互操作和查看。

2.2 文本与图纸信息的查阅

汽轮发电机设备维修支持系统中，根据维修工作人员的需求，需要对设备零部件的文本信息和图纸信息进行查阅。通过在目录结构中对设备系统中部件或零件进行查找和选定，在客户端系统上文字信息区和图纸信息区中对零部件的相关信息就会得以显示。如图4所示，对汽轮发电机设备定子铁心部件的文本信息和图纸信息查询。

图4 定子铁心部件的文本和图纸信息查询

2.3 音视频播放功能实现

在汽轮发电机设备维修支持系统中，根据维修工作人员的需求，需要对设备零部件的音视频等多媒体文件信息进行浏览。通过在目录结构中对设备系统中部件或零件相关操作的音频信息进行查找和选定，在客户端系统上就会对当前需要听取的文件进行播放，并在区域内出现进度条，了解播放进度。如图5所示，对汽轮发电机设备抽转子维修操作的音频文件播放。

图5 抽转子维修操作的音频文件播放

2.4 扫码登记功能的实现

在汽轮发电机设备维修支持系统使用过程中，现场的运维工作人员可能根据实际工作的需求，对目标设备或者使用的维修工具进行登记操作，传统的方法需要进行填表等一系列操作，不但过程复杂，而且影响工作进度。该系统应用具备扫码登记的功能。运维工作人员通过二维码进行扫描，就可完成相关信息的记录工作，如图6所示。

图6 二维码及扫码进行登记

2.5 系统交互操作功能实现

在汽轮发电机设备维修支持系统中，可以通过系统的人机交互界面完成相应功能操作，交互过程需要针对移动客户端单独进行功能开发。由于文本数据信息内容过多或者图纸图片数据信息尺寸过大，需要在查阅时进行移动、滑动、缩放等交互功能操作。

2.6 虚拟样机可视化显示功能实现

在汽轮发电机设备维修支持系统中，利用虚拟样机可视化功能模块为维修工作人员针对设备拆装、零部件结构关系进行直观、清晰的显示与交互，进而辅助完成安装维修工作。如图7所示，对汽轮发电机设备电刷部件进行虚拟样机交互。图8是对汽轮发电机设备转子组件进行安装可视化。

图7 电刷部件虚拟样机结构交互显示

图8 转子组件安装过程可视化显示

3 结论

本文所述系统根据图纸和技术资料，重新对汽轮发电机整体结构进行细化和梳理，在UG软件平台中构建虚拟样机的三维几何模型，使用整体简化和精细简化相结合的思路对虚拟样机进行轻量化处理，并利用Unity3D虚拟现实平台实现三维交互和拆装功能预制，在可视化功能模块存储后，在Unity3D中进行工程封装。研发完成移动端为安卓系统、服务器端为Windows系统的C/S架构汽轮发电机设备维修支持系统。对人机交互界面、技术资料与图纸信息查阅、音视频播放、扫码登记和交互操作功能的实现并完成对电刷部件的结构查询和转子组件安装过程的可视化显示，为智能化电厂管理提供有效辅助。