3D虚拟仿真技术在中国石化HSE管理系统中的应用研究.doc
3D虚拟仿真技术在中石化HSE管理体系中的应用研究 [摘要]以石油钻井行业基层施工单位的钻井平台为例，应用法国达索公司开发的仿真软件，在计算机3D模型中构建虚拟钻井平台和机械设备，创建人体3D模型，制作人体动画来模拟人在虚拟环境中的操作过程，模拟操作对人体造成的伤害。分析操作失误或设备事故时的安全隐患，探讨3D虚拟仿真技术在HSE管理体系中的应用价值和未来发展方向。 [关键词] 3D虚拟仿真 HSE管理体系 风险评估与隐患识别 人因工程分析 随着计算机软硬件技术的不断发展，3D虚拟仿真技术得以实现。 首先应用于飞机、汽车制造业。 机械产品的设计、制造和装配过程可以完全在计算机生成的虚拟世界中进行。 其目的是预先检查产品的设计、制造和装配工艺是否合理。 在设计、制造、装配和使用过程中，加入人体运动的模拟，应用人体工程学理论，旨在设计出对人体更加舒适、安全的产品，构建更加舒适、安全的产品。安全的工作环境。 3D虚拟仿真技术简介3D虚拟仿真实际上是一个可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。 这种虚拟世界是由计算机生成的，用户可以通过视觉、听觉、触觉等多种感官通道与虚拟世界进行自然的交互。 它以模拟的方式为用户创建一个实时反映物理物体变化和交互的三维虚拟世界，并通过辅助传感设备如显示屏和数据手套，让用户可以直接参与和探索模拟物体在环境中的作用和变化，营造沉浸感。
简单来说，就是在计算机创建的3D模型世界中进行运动模拟，如人体的行走和移动、汽车、飞机的模拟驾驶操作、工厂生产的模拟装配等。 中国石化HSE管理体系简介 HSE是健康、安全、环境的英文单词的首字母。 现代石油石化生产技术的发展，一方面给人类带来了大量的财富和舒适的生活环境，另一方面，由于火灾、爆炸、中毒等重大事故的频繁发生，损失也使石油石化行业长期处于高能耗、高污染、高损害的境地。 因此，国际大型石油公司逐渐将追求利润最大化的本质转变为维护生活质量和保护环境。 持续利用和追求利润同样重要。 企业的管理目标突出人类健康、安全和环境保护。 为消除和缓解石油石化企业生产过程中存在的风险和危害，保护职工身体健康和生命财产安全，维护生态环境，中国石化安全、环境、健康管理公司将与国际接轨，并在安全、环境和健康管理方面创造世界一流业绩。 集团公司于2001年正式发布了集团公司HSE管理体系标准，形成了以四项标准、五项指南为框架的HSE管理体系体系。 HSE管理体系的核心内容是风险评估和隐患管理。 风险评估是一个持续的过程，是所有 HSE 要素的基础。 不间断地开展风险评估工作，识别与经营活动相关的危害、影响和隐患，对其进行科学评估和分析，确定最大危害程度和可能影响的最大范围，并采取有效或适当的控制措施，以便最大限度地降低风险或将其控制在可接受的水平。
针对基层施工单位，HSE管理体系编制了《员工健康安全隐患排查与风险评价表》、《环境影响排查评价表》和《隐患治理统计台账》。 进行调查分析，制定预防措施，这项工作有效提高了员工的安全意识，减少了人身伤害的发生，但这些工作大多以文字形式进行。 完全可以利用计算机3D虚拟仿真技术识别虚拟环境中的隐患，模拟人类操作过程中可能遭受的意外人身伤害，利用人体运动模拟技术辅助HSE管理体系进行风险评估和隐患排查识别，从而实现对人类行为的风险控制。 仿真软件介绍经过一段时间的研究发现，虚拟仿真技术已经广泛应用于各行各业。 在众多著名的虚拟仿真软件开发公司中，法国达索公司是先驱者之一。 达索旗下的一款仿真软件被称为数字化制造仿真软件。 功能非常强大，包括机械建模、人体建模、人机工程仿真、机器人仿真、机器人离线编程、装配仿真、加工仿真等几大模块。 虽然是针对加工制造业的仿真软件，但人机工程学仿真模块中的人体建模、人体运动仿真、人因工程分析等都是专门针对人体在工作环境中的舒适性和安全性的仿真模块。 将仿真软件应用到HSE管理体系的风险评估和隐患识别过程中，可以为隐患识别提供直观的视觉效果。 根据关节受力情况，提出合理的改善措施，减少手术过程对人体肌肉造成的疲劳损伤。
运动模拟甚至可以模拟操作过程中发生事故时人体遭受人身伤害的真实情况。 笔者认为，人因工程模拟可以帮助HSE管理体系进行风险评估和隐患排查。 运用风险评估和隐患识别的流程，以石油钻井平台应用软件进行风险评估和隐患识别为例，对3D虚拟仿真技术的应用流程和HSE管理体系的开发提出了合理的建议。将来。 第一步是建立三模型环境。 应用内置建模功能，构建与真实钻井平台和机械设备一模一样的3D数字模型。 每个零件、每个螺丝都是在虚拟空间中虚拟组装的。 这项工作可由HSE管理办公室组织建立统一的钻井平台、绞车、柴油机、联动箱、泥浆泵、循环罐等。 并建立模型中机械结构的运动仿真和控制逻辑。 例如，进入司钻房时，可操作控制面板上的控制开关，合上绞车离合器开关，相应的机械设备绞车卷筒开始转动，游车升起进行搬运。进行钻井作业。 取下离合器开关，按下刹车杆，巡洋舰悬停。 整个场景是一个虚拟的钻井行业培训基地，与真实的钻井平台一模一样。 新员工可以在这里进行虚拟培训，如司钻培训、井架培训、内外部钳工培训等。 就像战斗机飞行员的模拟训练驾驶舱一样，学员飞行员想要真正驾驶战斗机飞上蓝天，就必须通过虚拟飞行测试。
第二步是建立人体模型。 它带有人体模型库。 亚洲人、美国人、欧洲人各个年龄段的人体数字模型都可以随意选择。 同时，利用人体建模功能，可以通过改变参数、定义性别、身高、年龄等特征来创建人体。 模型。 每个员工都可以根据自己的身体特征轻松创建虚拟替身，让他代替真实的自己在虚拟工作环境中完成作业任务。 第三步，制作人体动画。 人体运动包括行走、跑步、上下楼梯、搬运和放下物体、推拉、使用工具等。通过鼠标调整参数，可以非常简单地完成人体任务的模拟功能。 人体的任务是由许多按一定顺序的单个动作组成的。 这些动作的顺序可以很好地管理和组合，从而使模拟器可以轻松完成人体不同任务的动画。 以钻孔作业时内钳工拉动吊卡、扣吊卡的动作为例，可分解为（1）走到吊卡旁边； (2)弯腰伸出双手，同时抓住电梯手柄； (3)使电梯向一个方向平移一定的距离； (4)松开升降手柄； (5)右手握住升降阀，沿转轴旋转120°； (6)松开阀门手柄后站立； (7)回到原位。 动画建立后，可以从不同的角度进行观察和回放，也可以从模拟人的角度进行播放。 通过人体仿真动画的制作，可以建立标准化动作和标准化操作步骤，通过观看对新员工进行标准化操作步骤的培训。
在对已发生事故的案例分析中，运动模拟就更有用了。 中石化事故遵循“四不放过”原则：事故原因不查明、事故责任不落实、事故责任人不处理、员工不教育。 运动模拟可以真实地再现事故现场和人员受伤的场景。 对于事故原因的分析有很大的作用，对于广大员工的教育更是意义重大。 通过观看事故运动模拟动画，广大员工可以加深对事故的了解。 。 与文字、图片的事故通报相比，3D虚拟仿真动画可以从不同的角度进行播放和重播，还可以模拟所采取的措施，教育员工在同一操作过程中如何避免类似事故。 第四步是进行人因工程分析，即HSE管理体系中的风险评估和隐患排查。 人体姿势分析功能可以对人体姿势的各个方面进行定性和定量分析，并可以在任务模拟时检测、评分和优化人体姿势，找到实际操作者工作时最舒适的姿势或角度。 在分析人体姿势时，用不同的颜色表示人体各部位、关节所受的应力。 调整人体的姿势会改变人体的颜色。 造成肌肉损伤。 还以弯腰拖动电梯为例。 弯腰时，人体腰部和背部的颜色呈红色，表明这种姿势不适合人体操作。 长时间或多次做这种操作会对腰部造成伤害。 我们都知道，长时间在电脑前打字会引起颈椎和手腕疼痛，更不用说这种高强度的体力劳动了。
如果模拟人体使用挂钩拉动电梯，人体腰部受力明显减小，呈绿色，且身体各部位受力均匀。 这个姿势适合做这个手术。 因此，通过模拟，建议在拉动电梯时使用吊钩进行操作。 但与此同时，另一个安全隐患也出现了。 如果吊钩强度不够或者工作人员滑倒吊钩松动，会对人体造成什么样的危害呢？ 采用先进的运动分析软件，在电梯拖动过程中，模拟吊钩断裂或手滑脱的情况。 运动分析功能将模拟人体向后跌倒的方向和距离，以及跌倒的姿势，从而分析该安全隐患会对操作者造成什么样的人身伤害。 结论 应用虚拟仿真技术后，普通员工经过短期培训，就可以像玩电脑游戏一样制作人体动作模拟动画，使风险评估和隐患排查工作变得简单直观。 利用虚拟仿真再现安全事故的发生，员工可以通过观看模拟动画加深对事故的印象，可以有效避免类似事故的发生。 虽然人体仿真可以应用于HSE管理，但它最终是专门针对加工制造业的仿真软件。 HSE管理体系中的风险评估和隐患识别仅应用于人因工程分析的一小部分。