岩心钻机模拟操作培训系统开发
发布时间：2021-05-31 22:50
2008-2011年初,我国岩心钻机市场规模增长迅速,2011-2016年,受我国产业结构升级等宏观经济政策调控等因素的影响,地勘行业整体投资规模迅速下降,2016-2019年,我国的岩心钻机市场规模降幅放缓且略有起伏,预计2020年我国的岩心钻机相关市场规模约为100亿元左右,从业人员也将超过5万人。与我国巨大的岩心钻机市场规模和庞大的从业人数相比,能够熟练进行钻机操作的专业技术人员不足,不能保障岩心钻机市场的高效、安全的发展。因此迫切需要在模拟环境下进行钻机操作人员的培训、再培训和评估考核。经实际模拟操作,此钻机操作培训系统可作为岩土钻掘等课程的辅助现场实习,为降低教学经费、节省教学场地提供可行性方案。本文结合天和众邦公司制造的CSD1800ZD型自动化岩心钻机,开展钻机模拟培训系统的研究和开发。本文的主要研究内容和成果如下:首先分析我国岩心钻机市场规模和人才现状,提出开发岩心钻机虚拟操作培训系统的重要性;其次根据教育理论和学习理论基础,探究关于系统设计与教学理论之间的关系,确定以金字塔学习理论和费曼技巧作为本培训系统的指导教育理论,提供了针对不同学员的个性化教学方式;然后简要介绍...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OiltecSolutions公司的hiDRILL-wellSIM钻井平台模拟系统
7率并显著节约钻井作业成本，使用该系统可以尝试改进钻进工艺而不会有任何施工失败的风险。除此之外，美国马里兰大学（UniversityofMaryland，USA）的阿卡什·巴杰帕伊（AakashBajpai）开发了一种基于实验室的井下钻进仿真系统（BajpaiA，2018.）。该研究系统通过无量纲刚度比、钻头-岩石相互作用模型和设定的岩层破坏性进行分析和设计，在实验室规模上自然再现钻井系统的物理行为，提出了一种可定制实验室规模钻井系统的系统设计与仿真方法（图1-4）。图1-4Bajpai的实验室模拟系统等距视图而目前我国的整体钻机培训体系中，系统理论与实际操作严重脱节（彭博，2019）。以能够提供培训的高校和技术学校为例：开设钻井施工课程的高校基本以多媒体和书本的系统理论教学方式为主进行技术要领的阐述，因为脱离实际钻机操作环节，大部分学生基本只能在课本或多媒体上见到钻机，直至课程结束都没有进行钻机的实际现场操作；反观技术学校，在进行钻机操作培训时基本以实体操作教学为主，由经验丰富的操作员作为培训老师，采用“师傅带徒弟”的方式进行培训，但是由于在面对学员培训的过程中，每个老师的认知结构和教育方式都有所不同，因此培训出来的学员技术水平良莠不齐。存在的另一问题是高校和培训机构教学所用钻机基本属于上世纪研发的立轴钻机，与现在的所用新型全液压岩心钻机差距极大，在实际操作新型全液
101.CSD1800ZD岩心钻机的建模。首先进行CSD1800ZD自动化全液压岩心钻机的参数确定，该钻机专门为固体矿藏地表取心作业而设计，主要适用于金刚石绳索取心等多种高效钻探工艺方法，其主机包括车载式底盘、桅杆、主卷扬、副卷扬、动力头、孔口夹持器、柴油机动力系统、液压系统、电气控制系统等。其主机重量约为13000kg，运输状态外形尺寸为13000×2500×2810mm。用SolidWorks建模软件将该钻机外形按照底盘、支腿、桅杆、动力滑轨和动力头等结构进行模型搭建，搭建完毕后拼装成钻机整体（如图1-6所示）。图1-6钻机拼装后模型整体2.CSD1800ZD岩心钻机的模型渲染。SolidWorks装配体创建完成后整体模型导出格式为.stp格式，整体装配体模型所占计算机资源极大，仅该格式文件大小约为347009KB，使用中央处理器（CPU）为酷睿i7-8700K（6核心/12线程/核心实际加速频率4.3GHz）的桌面PC平台和i7-9750H（6核心/12线程/核心实际加速频率4.0GHz）的移动PC平台难以将该模型打开，数次尝试后借用64核心工作站将该.stp格式钻机模型打开，使用3dsMax（Autodesk公司的全称为3DStudioMax的三维动画和渲染软件）软件将其转化为更常用的.fbx三维模型文件，转化格式后的钻机模
【参考文献】：
期刊论文
[1]费曼技巧在本科生电路课程中的运用与思考[J]. 刘巧珏,邢丽冬. 科教导刊(下旬). 2020(01)
[2]水平定向钻进虚拟仿真培训系统研究[J]. 彭博,胡远彪. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2019(01)
[3]沉浸式虚拟训练中的虚拟手操控技术研究[J]. 张玉军,邢辉,汤华军. 计算机测量与控制. 2017(02)
[4]HDR技术与区域调光算法[J]. 付华东,黄哲. 广播电视信息. 2016(10)
[5]基于Unity3D粒子系统的三维影视特效开发研究[J]. 熊耀. 软件导刊. 2012(11)
[6]虚拟环境中碰撞检测问题概述[J]. 冯立颖. 科技创新导报. 2012(05)
[7]立轴式与全液压动力头式地质岩心钻机使用比较[J]. 李红岩,周家荣. 中国新技术新产品. 2011(07)
[8]计算机图形学之父--------Ivan Sutherland[J]. 吕娜. 程序员. 2010(07)
[9]对岩心钻机研发的几点思考[J]. 王亚萍,何宗长,宋海燕. 地质装备. 2009(02)
[10]关于我国地质岩心钻机发展方向的分析[J]. 张伟. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2008(08)
博士论文
[1]虚拟现实技术与新军事变革[D]. 刘济西.国防科学技术大学 2016
[2]“地壳一号”万米钻机自动送钻模拟研究[D]. 房昕.吉林大学 2014
硕士论文
[1]基于Untiy3D的可视化虚拟仿真实验平台的设计与开发[D]. 赵晓松.西安电子科技大学 2017
[2]模拟训练系统声音信号处理与交互技术研究[D]. 杨竹.沈阳理工大学 2017
[3]基于Unity3D引擎的空中战机游戏设计与实现[D]. 李智鹏.吉林大学 2016
[4]2015年中国股市异常波动的专题研究[D]. 晏力.江西财经大学 2016
[5]基于Unity3d的挖掘机模拟训练系统研究[D]. 曾勇.长安大学 2013
[6]虚拟现实在教育中的应用[D]. 史铁君.东北师范大学 2008
[7]基于OBB层次包围盒树的实时碰撞检测算法[D]. 郭海儒.太原理工大学 2004
本文编号：3209124
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OiltecSolutions公司的hiDRILL-wellSIM钻井平台模拟系统
7率并显著节约钻井作业成本，使用该系统可以尝试改进钻进工艺而不会有任何施工失败的风险。除此之外，美国马里兰大学（UniversityofMaryland，USA）的阿卡什·巴杰帕伊（AakashBajpai）开发了一种基于实验室的井下钻进仿真系统（BajpaiA，2018.）。该研究系统通过无量纲刚度比、钻头-岩石相互作用模型和设定的岩层破坏性进行分析和设计，在实验室规模上自然再现钻井系统的物理行为，提出了一种可定制实验室规模钻井系统的系统设计与仿真方法（图1-4）。图1-4Bajpai的实验室模拟系统等距视图而目前我国的整体钻机培训体系中，系统理论与实际操作严重脱节（彭博，2019）。以能够提供培训的高校和技术学校为例：开设钻井施工课程的高校基本以多媒体和书本的系统理论教学方式为主进行技术要领的阐述，因为脱离实际钻机操作环节，大部分学生基本只能在课本或多媒体上见到钻机，直至课程结束都没有进行钻机的实际现场操作；反观技术学校，在进行钻机操作培训时基本以实体操作教学为主，由经验丰富的操作员作为培训老师，采用“师傅带徒弟”的方式进行培训，但是由于在面对学员培训的过程中，每个老师的认知结构和教育方式都有所不同，因此培训出来的学员技术水平良莠不齐。存在的另一问题是高校和培训机构教学所用钻机基本属于上世纪研发的立轴钻机，与现在的所用新型全液压岩心钻机差距极大，在实际操作新型全液
101.CSD1800ZD岩心钻机的建模。首先进行CSD1800ZD自动化全液压岩心钻机的参数确定，该钻机专门为固体矿藏地表取心作业而设计，主要适用于金刚石绳索取心等多种高效钻探工艺方法，其主机包括车载式底盘、桅杆、主卷扬、副卷扬、动力头、孔口夹持器、柴油机动力系统、液压系统、电气控制系统等。其主机重量约为13000kg，运输状态外形尺寸为13000×2500×2810mm。用SolidWorks建模软件将该钻机外形按照底盘、支腿、桅杆、动力滑轨和动力头等结构进行模型搭建，搭建完毕后拼装成钻机整体（如图1-6所示）。图1-6钻机拼装后模型整体2.CSD1800ZD岩心钻机的模型渲染。SolidWorks装配体创建完成后整体模型导出格式为.stp格式，整体装配体模型所占计算机资源极大，仅该格式文件大小约为347009KB，使用中央处理器（CPU）为酷睿i7-8700K（6核心/12线程/核心实际加速频率4.3GHz）的桌面PC平台和i7-9750H（6核心/12线程/核心实际加速频率4.0GHz）的移动PC平台难以将该模型打开，数次尝试后借用64核心工作站将该.stp格式钻机模型打开，使用3dsMax（Autodesk公司的全称为3DStudioMax的三维动画和渲染软件）软件将其转化为更常用的.fbx三维模型文件，转化格式后的钻机模
【参考文献】：
期刊论文
[1]费曼技巧在本科生电路课程中的运用与思考[J]. 刘巧珏,邢丽冬. 科教导刊(下旬). 2020(01)
[2]水平定向钻进虚拟仿真培训系统研究[J]. 彭博,胡远彪. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2019(01)
[3]沉浸式虚拟训练中的虚拟手操控技术研究[J]. 张玉军,邢辉,汤华军. 计算机测量与控制. 2017(02)
[4]HDR技术与区域调光算法[J]. 付华东,黄哲. 广播电视信息. 2016(10)
[5]基于Unity3D粒子系统的三维影视特效开发研究[J]. 熊耀. 软件导刊. 2012(11)
[6]虚拟环境中碰撞检测问题概述[J]. 冯立颖. 科技创新导报. 2012(05)
[7]立轴式与全液压动力头式地质岩心钻机使用比较[J]. 李红岩,周家荣. 中国新技术新产品. 2011(07)
[8]计算机图形学之父--------Ivan Sutherland[J]. 吕娜. 程序员. 2010(07)
[9]对岩心钻机研发的几点思考[J]. 王亚萍,何宗长,宋海燕. 地质装备. 2009(02)
[10]关于我国地质岩心钻机发展方向的分析[J]. 张伟. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2008(08)
博士论文
[1]虚拟现实技术与新军事变革[D]. 刘济西.国防科学技术大学 2016
[2]“地壳一号”万米钻机自动送钻模拟研究[D]. 房昕.吉林大学 2014
硕士论文
[1]基于Untiy3D的可视化虚拟仿真实验平台的设计与开发[D]. 赵晓松.西安电子科技大学 2017
[2]模拟训练系统声音信号处理与交互技术研究[D]. 杨竹.沈阳理工大学 2017
[3]基于Unity3D引擎的空中战机游戏设计与实现[D]. 李智鹏.吉林大学 2016
[4]2015年中国股市异常波动的专题研究[D]. 晏力.江西财经大学 2016
[5]基于Unity3d的挖掘机模拟训练系统研究[D]. 曾勇.长安大学 2013
[6]虚拟现实在教育中的应用[D]. 史铁君.东北师范大学 2008
[7]基于OBB层次包围盒树的实时碰撞检测算法[D]. 郭海儒.太原理工大学 2004
本文编号：3209124
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