Виртуальные компрессоры газовой автозаправки

Задача

Разработать обучающее VR-приложение для студентов Высшей школы энергетического машиностроения Института энергетики СПбПУ по направлениям «Компрессорная, вакуумная, холодильная техника и газотранспортные системы» и «Газотурбинные агрегаты газоперекачивающих станций».

Цель - обучение студентов обслуживанию компрессоров АГНКС, поиску и устранению неисправностей, технике безопасности на объекте.

Оборудование на АГНКС работает постоянно. Режимы работы, которые отклоняются от штатных, крайне нежелательны и редки – например, режим аварийного останова. Отработка таких сценариев на виртуальном тренажёре оказывается единственным адекватным вариантом планового обучения персонала действиям в нештатных ситуациях.

Благодаря виртуальным лабораторным работам студенты получат представление о процессах, происходящих в оборудовании АГНКС. Например, научатся самостоятельно принимать решения о степени отклонения оборудования от штатного состояния и в целом смогут понимать причинно-следственные связи между действиями оператора и реакцией оборудования.

Решение

Виртуальная лаборатория представляет собой 3D-модель автомобильной газонаполнительной компрессорной станции (АГНКС) с интерактивными инструментами управления и комплексом обучающих программ – сценариев для пользователей.

АГНКС - одна из распространённых разновидностей компрессорных станций, находящихся в конечной части газораспределительной системы. На ней наполняют сжатым газам баллоны высокого давления в автомобилях, которые ездят на метане.

VR-приложение моделирует работу компрессорного оборудования АГНКС и вспомогательных систем, поэтому особенно детально проработана модель газового блока-контейнера АГНКС и его содержимого: блока подключения к городской магистральной газовой сети (давление 1,2 МПа), системы осушки, газобаллонных систем хранения компримированного природного газа, аппаратов воздушного охлаждения, шести топливораздаточных колонок и др.

3D-моделирование

Детальные и реалистичные модели воспроизводят основные элементы и архитектуру компрессорной станции. Они созданы на базе реального объекта компании «Газпром газомоторное топливо» —АГНКС-22 в Санкт-Петербурге.

Программисты несколько раз осмотрели заправочную станцию и также использовали для создания моделей чертежи, схемы, иллюстрированный перечень деталей, фото- и видео материалы, презентации и текстовые описания.

Разработаны следующие 3D-модели: газовый блок-контейнер, блок входных кранов, аппарат воздушного охлаждения масла, комплектная трансформаторная подстанция, газозаправочная колонка, компрессорные установки, холодный склад, здание вводно-распределительных устройств, здание служебно-эксплуатационного блока.

Сценарии

Виртуальные практические работы основаны на технологических регламентах, маршрутах обхода и действиях сменных операторов АГНКС-22. Сценарии действий пользователя в системе разработали специалисты Высшей школы энергетического машиностроения Института энергетики СПбПУ.

Темы лабораторных работ

Регламентный обход оборудования АГНКС в работе. Передача смены.
Плановый останов АГНКС со стравливанием газа.
Подготовка к пуску АГНКС после планового останова.
Аварийный останов АГНКС.
Нормальный останов без стравливания газа.
Пуск АГНКС. Заполнение контуров газом.
Плановый останов АГНКС для ремонта и обслуживания.
Ручные операции по перекрытию и стравливанию участков трубопроводов.
Ремонтное обслуживание оборудования АГНКС (замена клапанов в цилиндрах компрессора и центровка компрессора с приводом).

Программная часть

Проект выполнен в двух версиях. Одна – для использования с помощью средств виртуальной реальности, другая (более легковесная) – для обычных персональных компьютеров.

Первый вариант взаимодействия, за счёт нетипичных механик ввода-вывода, предоставляет больший уровень погружения и информативности. Но он более требователен к вычислительным мощностям компьютера, а также требует дополнительного оборудования.

Версия для стандартных устройств ввода (клавиатура, мышь) отличается простотой и интуитивностью, и также более экономно расходует ресурсы компьютера, так как не требует рендеринга двух картинок одновременно.

Технологии

Среда разработки 3D	Blender, Substance 3D Painter, Marmoset Toolbag
Среда разработки ПО	Unity, Visual Studio, JetBrains Rider
VR-комплекты	HTC VIVE PRO, Oculus Rift S и другие гарнитуры, совместимые с OpenXR
Языки программирования и фреймворки	С#

Учебный виртуально-демонстрационный комплекс «Обслуживание и ремонт поршневого компрессорного и вспомогательного оборудования автомобильной газонаполнительной компрессорной станции» разработан в рамках Программы повышения качества образования и подготовки кадров ПАО «Газпром»/ФГАОУ ВО «СПбПУ».

Ключевые участники

Руководитель проекта: М.В. Болсуновская, заведующий Лабораторией «Промышленные системы потоковой обработки данных» ПИШ СПбПУ
Консультант: А.А. Дроздов, руководитель научного направления «Исследование компрессоров, пневмосистем и объектов компримирования и переработки газа» ВШЭМ ИЭ СПбПУ

Партнеры

ПАО «Газпром», ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург»
Высшая школа энергетического машиностроения Института энергетики СПбПУ