Геометрической моделью промышленного объекта сегодня никого не удивишь – это один из основных элементов систем автоматизированного проектирования (CAD). Информационное моделирование сооружений (BIM-технологии) и разнообразные виртуальные тренажёры – модный тренд современности. В то же время, специалисты-производственники зачастую скептически относятся к созданию визуально реалистичных моделей промышленных объектов: ценность таких моделей им не вполне ясна, особенно при сравнении необходимых затрат и потенциальной выгоды от их использования. Также противоречивое отношение до сих пор сохраняется и к применению игровых технологий для производственных задач — «серьёзным играм»: например, обучению персонала или симуляции чрезвычайных ситуаций на основе фотореалистичной 3D-модели.
Тем интереснее недавний эксперимент Хакасского предприятия магистральных электрических сетей ФСК ЕЭС – пилотный проект по созданию интерактивной 3D-модели части подстанции 220 кВ. Эта модель стала для энергетиков «полигоном» для отработки игровых 3D-технологий и анализа возможностей их применения в обучении персонала, планировании ремонтных работ, планового обслуживания подстанции, а в перспективе – визуализации состояния объекта и расположения персонала в реальном времени.
В рамках проекта выполнено лазерное сканирование подстанции с помощью лазерного сканера Leica P20. На основании полученных данных создана метрически точная и визуально реалистичная 3D-модель, адаптированная для интерактивного взаимодействия. Глобальная точность координат пространственного положения объектов конечной трехмерной модели (в масштабах всей подстанции) составила 2 см, локальная точность (в масштабах отдельной установки, узла, агрегата) – 1 см. 3D-модели транспортных средств и рабочих были созданы для целей анимации, и пользователь может перемещать их по территории, как в играх. 3D-модель объекта была дополнена зонами электробезопасности в соответствии с действующими стандартами и нормативами. Размер этих зон зависит не только от напряжения проводника (чем больше напряжение – тем больше размер), но и от типа объекта, который перемещается по сцене. Например, зоны безопасности для персонала меньше, чем для транспортных средств и машин. Разные типы зон электробезопасности были смоделированы и визуализированы в сцене как полупрозрачные цилиндры вокруг токопроводящих элементов. Опасные зоны для машин окрашены в голубой цвет, для персонала – в красный.
«Первоочередное применение созданной модели – обеспечение безопасности работ, — отмечает Андрей Викторович Буйнов, начальник производственно-технической службы филиала ОАО «ФСК ЕЭС» — Хакасского ПМЭС. «3D-модель позволяет упростить планирование ремонтных работ, в частности, оценить саму возможность безопасного проведения работ, спланировать размещение и передвижение персонала и техники с учётом зон безопасности, отработать с инженерами технического обслуживания порядок выполнения технологических операций».
Передвигая машины и рабочих, пользователь может создать желаемую конфигурацию. Расстояния между объектами в модели могут измеряться. Кратчайшее расстояние между транспортным средством и токоведущим проводом может отслеживаться при перемещении объекта по сцене. С использованием ортогональной проекции могут быть созданы 2D схемы, которые используются при создании планов производства работ на подстанции. Созданное интерактивное 3D-приложение по сути является реализацией виртуальной реальности. Лазерное сканирование позволяет перенести в виртуальную реальность объекты реального мира с высокой точностью и детальностью. Функционал 3D-приложения позволяет подготовиться и смоделировать работы по обслуживанию опасного объекта в безопасной среде офиса.
Важная особенность проекта заключается в том, что для использования модели заказчику не требуется закупать дорогостоящее программное обеспечение. Визуализация 3D-модели выполняется исполняемым приложением либо в окне браузера (в т.ч. с Интернет-доступом). Программное обеспечение снабжено интуитивно понятным интерфейсом и не требует обучения персонала работе с CAD-системами и графическими редакторами.
Помимо обеспечения безопасности работ по обслуживанию и ремонту тестировались два варианта (сценария) использования интерактивного 3D-приложения:
- ознакомление с объектом;
- тренировка и обучение;
Для виртуального ознакомления с объектом пользователь может «гулять» или «летать» по 3D модели, или вращать её и приближать с фиксированной точки зрения. По нажатию кнопки мыши появляется окно с атрибутивной информацией об элементах сцены. Машины и рабочих можно перемещать с одной позиции на другую. Когда объект пересекает зону электробезопасности, выдаётся предупреждение в виде мигания экрана, всплывающего текста и/или звуковых сигналов. Видимость зон электробезопасности может быть включена или отключена. Последнее позволяет пользователю без использования дополнительных функций определить безопасные пути перемещения по сцене. Для демонстрации потенциала анимации использовался 3D аватар.
Во втором варианте использования инженеры тренируются корректно выполнять рабочие процедуры или реагировать в случае чрезвычайных ситуаций. Они изучают, как безопасно перемещаться по объекту при различных обстоятельствах. Например, секция распределительного устройства подстанции может быть выключена для ремонта, что изменяет конфигурацию зон безопасности. При возникновении пожара инженер должен действовать в соответствии с инструкцией. Может быть выбрано время дня или ночи. Возможно задавать условия выполнения действия: например, что оно должно быть выполнено в течение заданного времени.
«В перспективе, мы хотели бы связать реалистичную 3D-модель с действующим программным обеспечением АСУ ТП, установленным на подстанциях, — продолжает А. Буйнов. — Это позволит отображать опасные зоны в зависимости от текущего состояния электрической схемы, а в перспективе – и контролировать положения работников в пространстве в реальном времени. Эти задачи лежат в русле общих усилий ФСК ЕЭС по улучшению безопасности работ на энергетических объектах».
Авторы статьи:
- Андрей Леонов, к.ф.-м.н., руководитель Центра виртуальной истории науки и техники в Институте истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова Российской академии наук (ИИЕТ РАН),
- Михаил Аникушкин, генеральный директор и основатель компании «Триметари Консалтинг»