电厂维护中基于虚拟现实及智能代理的人机融合技术

【摘要】：在全面总结我国水电厂现有检修体制的基础上,提出了以最优检修为目标的电厂检修发展的指导思想:减少计划检修、尽量避免事后维修、逐步实现状态检修、提倡最优检修,多种检修体制并存。针对水电厂维护信息系统的要求和特点,将智能代理(Intelligent Agent)、虚拟现实(Virtual Reality)技术引入到电厂维护系统,主要是为了提高信息集成能力,构造智能协同虚拟维护环境,实现人、机融合,达到协调工作的目的,更好地为设备全生命周期提供服务。本文着重研究了将基于虚拟现实及智能代理的人机融合技术应用到水电厂维护信息系统中的可行性和必要性,以及如何在PC平台上实现基于虚拟现实的智能维护决策支持系统。并将研究的成果应用于葛洲坝水电厂最优检修信息系统。全文共分六章。 (1)首先明确了所要研究的问题、研究的目的和意义。然后对水电厂检修维护的发展概况进行了综述,对智能代理、虚拟现实技术和应用进行综述,并针对实际工程需要,着重阐述了将基于PC平台的虚拟现实技术应用到水电厂维护中的可行性和必要性。最后介绍了本文主要研究工作及意义。 (2)为了提高电厂维护决策信息平台的信息集成能力及系统的柔性,提出了基于智能代理的信息集成体系结构,以及其中的Agent的结构。它分为界面层、协调层和元数据层,每层均由多个Agents组成。由于该体系结构清晰的层次性以及多Agents系统所具有的自主能力、社交能力、反应能力和行为理性,不仅使电厂维护决策信息平台具有清晰的结构,而且具有良好的开放性、集成性和自适应性。 (3)高效、自然的人机融合技术是提高人机系统整体效率的关键技术。针对水电厂维护系统的信息表达的现状和需求,本章提出了将智能代理技术、计算机支持的协同工作(Computer Supported Cooperative Work,简称CSCW)和虚拟现实技术结合起来,构造智能分布式协同虚拟维护环境,为操作者提供以三维动态形式出现的信息环境,使其在这一环境中具有真实感和沉浸感,改善智能维护代理的用户界面,通过多维、自然的交互更好地表达信息和知识,达到协同工作的目的。根据维护系统信息的特点以及对人们对虚拟环境的特殊要求,在综合研究基于几何和图象绘制技术的基础上,提出了基于几何和图象的混合绘制算法。并结合电厂维护系统的实际需要,对界面代理中虚拟维护场景实时绘制策略和实时交互及运动控制方法进行研究。 (4)“状态检修”是一个系统工程,受制于设备健康状态、水情、电力市场需 WP=5 求等多方面的条件,本章首先分析电厂实现状态检修过程中在状态监测、交互诊断、维修决策的变化,在此基础上指出成功实现状态检修的关键问题之所在是如何解决以下问题:信息表达方法陈旧、不直观,彼此之间缺乏交流;系统集成和开发指导思想上存在问题;各种信息特征的综合分析和融合上缺乏深入研究。针对这些关键问题,在方法层次上探讨了采用基于虚拟现实及智能代理的人机融合技术解决上述问题的相关原理和实现方法。详细介绍了基于虚拟现实技术的智能维护决策支持系统(vrIMDSS)的目标、功能和系统结构。 (5)在综合利用前面各章研究成果的基础上,以实现葛洲坝电厂状态检修为例,详细阐述了19#机组最优检修信息系统的总体结构框架,并着重针对状态监测和维护决策智能代理的建模方法进行论述,并具体给出实现的结果。试验结果表明该系统能够在设备的全生命周期提供服务,包括设备的基本信息管理,设备健康状况的跟踪监视,以及设备的及时维护和智能快速诊断支持等多个方面;而且具有很好的开放性、适应性和可扩展性。 (6)全面系统地总结了本文的工作和研究成果,并指出了有待改进的地方和需进一步开展的工作。