Виртуальная модель гидропривода для лабораторных работ

Задача

Разработка цифровой модели стенда гидропривода и сценариев виртуальных лабораторных работ по изучению техники с гидравлическими приводами – одна из задач по модернизации лабораторной базы Высшей школы транспорта Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ по Программе повышения качества образования и подготовки кадров на 2021-2022 гг. ПАО «Газпром»/ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого».

Виртуальные лабораторные работы по гидравлике и гидропневмоприводу механизмов машин позволят более эффективно обучать студентов по программе «Наземные транспортно-технологические комплексы», в которую, в частности, входит проектирование, производство и эксплуатация специализированного грузоподъемного оборудования и транспортно-технологических машин, использующихся при строительстве трубопроводов.

Решение

С помощью программы студенты выполняют лабораторные работы по изучению гидравлического привода подъемно-транспортного оборудования, выясняют, как действуют различные сорта масел под давлением при определенной наружной и внутренней температуре.

Виртуальное помещение лаборатории гидроприводов полностью оборудовано: в нем размещен гидропривод, измерительные приборы и бочки с маслом.

Пользователь должен зайти в программу, ознакомиться с оборудованием, выбрать по этикеткам необходимое для лабораторной работы масло российских производителей нефтепродуктов, затем выбрать оборудование для заправки и закачать масло в бак испытательного оборудования. После правильной подготовки виртуального стенда студент получает разрешение на его запуск. Бак с маслом начинает нагреваться, и студент при помощи датчиков регулирует заданное давление в системе. Все действия фиксируются в электронном отчете, и преподаватель проверяет их после окончания лабораторной работы.

Студентам выдаются различные параметры: температура окружающей среды, объем и марка масла. Наличие разных вариантов задач исключает возможность списывания.

В качестве основы для реализации проекта использована платформа разработки в реальном времени Unity3D. Модель виртуального стенда, все аутентичные объекты окружения и помещение для проведения лабораторных работ сделаны в 3D редакторе Blender. Также в программе размещены все интерактивные элементы, необходимые для выполнения действий в виртуальной среде.

Проект был реализован в несколько этапов:

Сбор референсов и размеров реального оборудования для дальнейшего 3D моделирования;
Создание 3D моделей по референсам и замерам;
Создание сценариев лабораторных работ;
Создание программной логики продукта;
Совмещение 3D-моделей и программной логики.

В результате разработки создана цифровая модель гидропривода, с которой можно выполнять следующие действия:

Изучение производственных этикеток на составных частях гидропривода
Заправка бака гидропривода рабочей жидкостью
Регулирование рабочего объема насоса гидропривода и частоты вращения электродвигателя гидропривода
Запуск и остановка работы гидропривода
Регулирование выходного давления в системе гидропривода

Технологии

Языки программирования и фреймворки:	C# for Unity3D
OS:	Windows 10
CVS:	Git, GitLab
IDE:	Visual Studio 2022

РИД

Публикации

Ключевые исполнители

Руководитель проекта: А.В. Ащеулов, профессор Высшей школы транспорта Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ
Руководитель группы разработки: заведующий Лабораторией «Промышленные системы потоковой обработки данных» Центра НТИ СПбПУ М.В. Болсуновская
Tech lead: Н.М. Шерепа, программист Лаборатории «Промышленные системы потоковой обработки данных» Центра НТИ СПбПУ

В разработке цифровых моделей также принимали участие студенты и преподаватели Высшей школы транспорта Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ и студенты Высшей школы интеллектуальных систем и суперкомпьютерных технологий Института компьютерных наук и технологий СПбПУ

Исполнители

Лаборатория «Промышленные системы потоковой обработки данных» Центра НТИ СПбПУ
Высшая школа интеллектуальных систем и суперкомпьютерных технологий Института компьютерных наук и технологий СПбПУ

Проект «Разработка и внедрение в образовательный процесс виртуальных лабораторных работ по гидравлике и гидропневмоприводу механизмов машин» выполняется в рамках Программы повышения качества образования и подготовки кадров на 2021-2022 учебный год ПАО «Газпром»/ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», Мероприятие № 17. «Модернизация лабораторной базы Высшей школы транспорта Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ».

Дополнительные материалы

Виртуальная модель гидропривода

Видеоролик о проекте