石油油田岗位虚拟仿真培训系统申书

1、附件 序号编码作品申报书油田岗位虚拟仿真培训系统作品名称：学校东北石油大学申报团TRIZ方法导专业导：刘：类别：发明制附件 序号编码作品申报书油田岗位虚拟仿真培训系统作品名称：学校东北石油大学申报团TRIZ方法导专业导：刘：类别：发明制作工艺改进类创意设计制年月指导教理由1、本系统设计充分利用虚拟现实技术，利用计算机产生 真的三维虚拟环境，方便实用。2、虚拟现实技术采用了自然交互的方法和实时的表现能力，实现了人机交互3、更加方便于油田员工的培训，大大减轻了工作量，提高了培训效率。4、此设计巧妙务实，应用前景很好5、适用石油行业，成本低、简单、可操作性强说明1申报者应在认真阅读此说明各项内容后按

2、要求详细填2申说明1申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填2申报者在填写申报作品时需详细填写A、B、C3表内项目填写时一律打印，要求申报者一律按原。4序号、编码由第三“TRIZ”杯大学生创新方法大5作品申报书须按要求由各报送。6所有参赛作品必须按规定时间报送7报送地址：哈尔滨市南岗区南通大145 号哈尔滨工程大11：，（齐（王、615创新方法导师信息男专业导师信息女x刘男女女男男是否为在 2014 年10 月1 日前正式615创新方法导师信息男专业导师信息女x刘男女女男男是否为在 2014 年10 月1 日前正式 作品类别：发明制作艺改进创意设作品名称：油田岗位虚作品类别：发明制作艺改

3、进创意设作品名称：油田岗位虚拟仿真培训系团队名称：东油 TRIZ 学校：东北石油作者作品简介（150 字以内油田岗位虚拟仿真培训系统是在 TRIZ 理论的指导下，结合计算机技术 Max、数据库等技术完成设计并调试模拟成功，使用此系统可以方便成对石油开采工人的培训工作，将培训过程转化为计算机对人的模式，极面感和可视性，能让人更加直观的看到具体的开采过程。具有节省人力性强等特应用的 TRIZ 理论（100 字以内从技术进化法则出发分析问题，发现子系统之间存在不完确定最终理想解，通过分析工程参数，确定当前问题解决的改进参数参数，找出技。利矩阵表查出相应的解决原理，建立物场模型进一步找到解决方该作品简

4、介大将公开进行成果转化推介，请参赛队伍知的保护本人签名提出专利申申请号申请日已获专利权批提出专利申申请号申请日已获专利权批批准号批准日 2014年 10月 22 日 本部分需要展现如 本部分需要展现如下内容，请“亲们”仔细阅读、认1、运用 TRIZ 解决问题时的步2、体现运用 TRIZ 各种创新工具解决问题时的自然诚恳态3、重要的不单是获得结果，而是运用 TRIZ 的分析和思考过4、如方案产生的思维过程以及附带产生的想法5、发明问题可以有很多解决方案，因此展现你的评价技能和选择最佳方案也重要6、完美展现、诠释你的最佳方案。学会运用创新方法分析、思考、解决问题远比获奖更重要！祝你取得好成绩1问题

5、描1.1项目概1.2发明问题初始形势分2系统分1问题描1.1项目概1.2发明问题初始形势分2系统分2.1系统资源类型分2.2九屏幕3运用 TRIZ 工具解决问3.1最终理想3.2进化趋势分分3.4 物3.5物-场模型分4技术方案整理与评5最终确定方5.1整体结5.2虚拟仿真培训系5.3培训信息管理系678方案评效益分市场前11.1 目前，我国很多行业都存在每年有大量新人上岗实际应用技，特11.1 目前，我国很多行业都存在每年有大量新人上岗实际应用技，特别是石油行业，采油设备都在野外和维修环境艰苦，出现差错就麻烦，也可能给工人带。因此，加紧对石油工人安全、科学的进行培训迫在眉睫。针对这一问题设计

6、了采油仿真操作系统。通过对现境的虚拟仿真，使石油工人达到不用实物就能了解采油设备、采油流程的目而且，现在的年多喜欢利用计算机工作，本系统有利于他们更快的所需的知识。本发明适石油行业，具有成本低、简单、可操作性特点，应用前景广1.2 发明问题初始形势分由1可以看到，石油工人常常在很艰苦的环境下工作，让他们练的技术既是对生产负责也是对他们的安全负责。如能解决对工人培，将大大提高生产效率和安全生产的能力，有利于我国石油行业的发1 石油工人在工而当前油田员工岗位培训技术和方法较，培训形式单一在一次授课后完全掌握，培滞后、培训内容与实际工艺不完全相符其是职后培训很难形成常态化，零星调入和转岗员工没有及时

7、进行系统培为油田安全生产埋下隐患。更为突出的是应急事故处理培训，虽然针对像高压密闭容器等生性事故的应急预案更为突出的是应急事故处理培训，虽然针对像高压密闭容器等生性事故的应急预案操作处理的文档都有，但在实际操作中很难遇到，也很到培训，培训需求的多元性和企培训资源的有限越来越突随着计算机技术的发展，虚拟现实技术已经被广泛的景仿真、城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、军拟等行业。应用虚拟现实技术建立基的虚拟仿真培训系统，形成全学习和演练互动相结合的培训形式，建立一套油田生产智能培训系统，实工培训经常化、动态化和实时化，帮助员工熟练掌握事故处理预案操作准确处理生产事故。为提出应用计

8、算机虚拟现实技术和可视化技建立一套智能化培训系统，结油田实际工艺完成员工培训工作22.1 系统资源类型分（1）现有资源利用：系资源有培训资料，工作环境等。其资料是企业培训，无论采用哪种方式，最终结果都是让工人掌握这容；而他们的工作环境是其他任何东西都无法替代的，让他们熟悉工作环熟悉所要接触的设备，也是他们培训的目的之一(2）的资源：时间资源利用。原来组织培训，师资配备等费大量时间，把这些时间节省下来，使时间资源整合，可以得到大量时(3)人力资源利用：原来的培训需要耗费大量人力，现在能把这些人力都省出来，提高人工效率(4)物质资源利用：原来的培训需要较大财政支持，现在采用虚拟法，能减少大量开2.

9、2 系统往往不是孤立存在的，系统包含子系统，并隶属于超系统属于前系统和后系系统往往不是孤立存在的，系统包含子系统，并隶属于超系统属于前系统和后系统之间，系统也包括过去状态和将来状态。九屏幕法帮从结构、时间，以及因果关系空间对问题进行全面、系统的析，即该方法不仅研究问题的现状，而且考虑与之相关的过去、未来、子系超系统等多方面的状态。如图 所示即为本系统的九屏幕图2 培训系统九屏3TRIZ3.1 最终理最终理想解：虚拟系统具备“自我”培训功能，为采油企业提培新方1最终理想解具有以下几个特点：保留原系统的优点，消除原系统，达到理想解出现这不出现这 简化原系统，没有引入新的缺3.2 进化趋势分析（简化

10、原系统，没有引入新的缺3.2 进化趋势分析（一）技术系统动态性进化法无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。动态性进化法则有以下几个方面的进化趋势：技术系统会向提高其柔性、可移动性和可控性的方向(1) 向移动性增强的方向转技术进化过程是由固定的系统逐渐进化为可移动的系统，最后发展到随意移动的系统。思路一：现有的培训系统需要固定在一个场所中，如教室等，根据向移动性增强的方向转化的路之过渡为可移动系统，实现空间可以改变这种固定的系统，化（2）增加可控性的技术进化过程是由无控制的系统进化为直接控制，间接控制，反馈控制，最后达到自我

11、调节控制的系统。思路二：现有的培训系统需要进行集中，控制在一定范围进（二）减少人工介入的进化法系统的发展用来实现那些枯燥的功能，以解放人们去完成更具有智力性的工作。减少人工介入一般路径的技术进化阶段包含从人工动作的系统到替代人思路三：目前的培训系统需要耗费大量师资可以采用计算机3.3技分如果采用计算机代替人为教学，即提高了系统的自动化程度，则3.3技分如果采用计算机代替人为教学，即提高了系统的自动化程度，则培训效率，提高培训质量，但采用计算机势必要有一个相应的程序，这就系统的可制造性降低。因此，自动化程度和可制造性应该是系统的技，欲改善的参数是自动化程度，的参数是可制造性即本系统欲改善参数：自

12、动化程被参数：可制造性查矩阵，见3矩从矩阵得到三条发明原理，依次是3分割11原10逆向思维发明原理分3分割原理：可以将培训分割成几部分，用计算机分别制作，再进行合一个完整的系统，不仅使培训条理清晰，还增加了系统的可读11原理：可以采用虚拟现实系统，模拟现实环境，是培不用到现场也能完成岗位培训，提高了培训的机动性，使其能更好地完成不境的培训10逆向思维原理：暂未想出相关方法。以上提供的创新原理即可以单独采用，也可以组合使用3.4境的培训10逆向思维原理：暂未想出相关方法。以上提供的创新原理即可以单独采用，也可以组合使用3.4 物分描述物：为了更加方便的实现对采油工人的培训，必须使际看到设备结构，

13、完成利用分离原理解决问题3.5 物-场模型分建立初始物场模型对象物质 S1参加培；工具物质 S2场物质 F化学场在现有的培训模式中，教师通过集体授课和实地F对员工实现岗位培训。但是，这种培训方式在现实中，仅效率较低而且不能够满足不同人的需求。所以，这况应属于效的完整物场模型，如图 4 所示4 效效的完整物场模型：三个元素齐全，但功能未有效实现或分离原理思不必使得采采用程足。对于这种物场模型的一般解法有三种：1）用另一个场 F2 代替原来的场 F1，足。对于这种物场模型的一般解法有三种：1）用另一个场 F2 代替原来的场 F1，通过系统地研究各种能量场来用的场形2）增加另外一个场 F2 来强化有

14、用的3）增加物质 S3 并加上另一个场 F2 来强化有用效应用物场模型的一般解法思路1）增加另一个场 F：来强化有用效应，如图 5 S5 F2电磁场：使用电磁效应辅助教F2机械场：使用模型辅助教2）加入另一个物质 S3 并加上另一个场 F2 来提高有用效应，如图 6 所示6 加入物质S3S3：计算F2：电磁利用计算机虚拟仿真，使得员工培训的效率更高，更加人性化同人的需求，而且紧跟目标物S1（加培）的变4.1 （1）方案简述：仍同人的需求，而且紧跟目标物S1（加培）的变4.1 （1）方案简述：仍然利用集体授课方式，老师在授课过程中借助计算机助授课，借助动画、等增强授课效果，如图 7 （2）适用对

15、象：较大型集中岗（3）7 计算机协助教效果，增加培训实用性（4）方案优势：简单、易4.2 解决方案二：模型辅助教（1）方案简述：仍然利用集体授课方式只不过在授课过程中使用模型进行演示，使参了解其工作原理，如图 8 所示。（2）适用对象：刚到岗位的新人。（3）功能概述：模型辅助培训8 模型辅助教训的实质感受，有助于员工对设备的了解（4）方案优势：灵解决方案三：用虚拟现实技术代替人工教学（1）方案简述：基于 VRP 虚拟现实技术就是利用 3DSMAX、VRP、数据建成一个虚拟环境，使受训者能在这个虚拟环境中了解真正的工作环设备构造等，并每个人的学习进度，找之处，实现对者的个性化培训（2）适设备构造

16、等，并每个人的学习进度，找之处，实现对者的个性化培训（2）适用对象：各种层次的参（3）功能概述：能进行新工人培训、转岗培训、日常提高培训等不同培训企和工人本身都能了解培训的进展程度和存在，并可及时进整和提高（4）方案优势：减少人力资源的耗费，提高效率，适应性强，趣应用范围广，可操控性强。5综合以上各解决方案优决定采用解决方案三用虚术代替人工教学方案如 3DSMAX 场景3D 场景中的模型从 3DSMAX 导出至 中。再进数据库编程管理用户权限。这样，一个完整的解决方案就形了，达到了科学、系统、个性化的培训5.1 根据虚拟现实仿真培训系统任务和内容设定，该系统兼具虚拟仿培训信息管理等多方面功能，

17、因此，在设计系统功能界面时，将系统界面为四级界面：第一级为主界面，主要负责系统导航、功能说明及设定，设员和管理方便学员虚拟训练和管理信息处理分流；第二级为任置界面，对于学员而言，可以实现岗位知识和技能的学习、训练以及考核时可以完成个人信息查阅修改以及公共阅读功能于管理而言，可以实现学习信息查阅、技术考核管理、学员信息管理、公共信息发布以及个人信息功能；第三、第四级为任务选择和操作界面，学员可以在第三级界面完成的选取，在第四级界面中进行任务操作，而管理的选取，在第四级界面中进行任务操作，而管理员则可在第三级界面中进关信息管理操作，虚拟仿真培训系统的一级、二级界面功能示意图如99系统主界面如所示，

18、主要包括：学、管理、选项、助、鸣谢和退出等功能5.2 虚拟仿真培训系虚拟仿真培训系统由学进入，分为十一个组成部分组成全规范、常用工具、操作规程、设备结构、工艺全规范、常用工具、操作规程、设备结构、工艺流程、虚拟训练、技术考榜、统计信息、通知公告、个人设置，学二级界面如所示10.2 学员二级界安全规范明的是在生产过程中所需要注意的安全事宜，由开关阀电气设备操作、正确使用工具等 9 项规范组10.3 学员三级功能界面（安全规范虚拟训练主要仿真的是正常操作任务与事故处理操作任务，包括中转站、计量间等采油集输虚拟仿真操作，其中联合站包括油岗处理岗、一号污水岗、二号污水4个任务组，中转站包转油站、卫转油

19、2个任务组，计量间包括抽油机、全景巡转油2个任务组，计量间包括抽油机、全景巡视、集油间4个任组，共计10 个任务组项任10.4 学员三级功能界面（虚拟训练5.3 培训信息管理系培训信息管理系统由管进入，分为六个组成部分，分别息管理、学习进考核管理、学员考核成绩、通知公告管理、设置，管理二级界面如图 10.5 所示10.5 管理员二级界学员信息管理主要针对的是管理员对学员信息的查询、修改、增四项操作，管理员可在该部分中四项操作，管理员可在该部分中查询、修改学员信息，同时也能够该部分增加可使用该系统的学员，也能够删除某些多余的学员10.6 管理员三级功能界面（学员信息管理学习进度信息主要针对的是某

20、位学员对该系统运用的程度，管理该部分了解到某位学员对于该系统的内容的掌握程度，学员是否浏览过系的相关内容以及虚拟训练操作的完成情况。10.7 管理员三级功能界面（学习进度信息技术考核管理主要针对的是管理员对于考核的权限。管理员在考点击【开始考核】，学员系统中相对应的任务组的按钮变为可用，学员可进入该任务组进行考核，同时数据库中任务组进行考核，同时数据库中该项任务组中的学员的成绩全部清除，重新录入学员考核成绩。在结束考核时，管理员点击【结束考核】，学员系统相对应的任务组的按钮变为不可用，学员不可进入该任务组进行考核10.8 管理员三级功能界面（学员考核管理学员考核成绩主要针对的是参加各任务组考核

21、的学员成绩的显示可在该部分看到每个任务组学员的考核10.9 管理员三级功能界面（学员考核成绩6（1）执行优势：成本较低，实用性强，适用范围广，不需要空间资源集中培（2）市场前景和经济效益：市场有一定需求，如果机会适宜，会有一定效空间资源集中培（2）市场前景和经济效益：市场有一定需求，如果机会适宜，会有一定效益（3）理想化水平危害之和：由于该系统是借助计算机虚拟教学，整个系统作，减少了原来教育模式的乏味性，有害功能之和大大减少了成本之和：该系统减少了人工介入相比人工支出和环的成本大大的降低效益之和：比原来培训系统可控性强，个性化增加，效益有所增加。综上所述，本方案的理想化水平较现有的培训系统有所提高，理提7基于虚拟现实技术的采油集输岗位技术培训信息系统集计算机仿网络技术、三维建模技术和虚拟现实技术与一体，以真实场景为对象，在机上模拟真实场景，达到使参与者在真实环境以外认知对象的目的，其本有一定的先进性，实践表明，这种“沉浸式”学习方式能够激发参与者主知探索的热情，发挥自身的能动性，实现良好的认知效本项目研究推广后，直接经济效益每年油田节省数十万用，