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固井多媒体教学的软件开发

摘要:目前大多数固井培训教材是以文字为主,比较抽象,难以理解,因此需要在计算机软件编程基础上开发一套固井多媒体教学软件,使培训内容更加真实与生动,让广大受训者易于接受,对于提高固井人员整体技术水平,提高固井质量具有非常重大的现实意义。

关键词:固井多媒体;教学软件;三维动画

1研究意义及目的

随着钻井、固井技术的不断进步,对固井技术人员的综合素质要求也越来越高,对综合型人才的需求越来越大。但是目前的培训教材大多是文字、幻灯片,比较抽象,不直观,而且往往采用集中学习的培训方式,在生产任务繁重的时期有较大的局限性,不能完全满足培训工作的需要,而且往往效果不好。因此开发一套集视频、动画、声音讲解为一体的固井多媒体教学软件,集合钻井地质、固井设计、固井工艺、水泥及外加剂、固井设备及工具、仪表计量、固井质量评价等方面的知识,通过仿真模拟使受培人能够身临其境,更加生动、逼真、易于接受,并且能够避免因操作失误而带来的工程事故及人身安全。由于本教学软件采用web方式,适用于局域网和广域网,客户不需要安装任何软件,就可进行网上的学习、自检考试,突破了时间和空间的限制,极大提高了培训的效率与质量,对于企业人才队伍建设,增强技术人员业务素质及应急能力有着重要的意义。

2技术方案

固井多媒体教学软件分为系统平台建设和应用系统建设2大部分,应用系统主要包括以下内容:钻井地质、固井设计、固井工艺、水泥及外加剂、固井设备及工具、仪表计量、固井质量评价。2.1系统建模数学建模是系统的核心,本系统要建立的模型是对固井系统和固井系统内的设备设施进行分析,然后建模。主要是针对这些设备设施的运行情况和工艺流程来进行数学建模。对于设备设施的数学模型应该对设备的工作过程能够给出准确的描述以及预测,基本要求如下所述:(1)输入输出要一一对应:就是要准确把设备的输入输出关系、进行、关联,满足设备基本的工作原理的要求,并且反映设备工作的实际状态。(2)必须反映与其他的子系统之间的联系:设备与设备之间的联系相似。按照数学建模的原则要求,把固井主要设备、工具分别建立模型。2.2图形化建模系统本系统是核心开发引擎,模型控制负责对系统中的应用算法进行加载、解析、执行、跟踪、控制;系统引擎能够独立运行,开发者可利用本系统建立目标系统的计算机数学模型,基于开发的应用依赖于运行平台进行支撑运行。2.3安全分析与培训支撑系统这种事故案例分析与培训项目通过“事故案例”及其组合定义,对操作人员进行各种事故及组合事故分析、判断和处理技能等的培训,提高操作人员的全面操作技能和安全生产的意识及对突发事故的分析判断与操作能力。主要功能如下:(1)多级别培训和考核功能。系统可以组合出不同难易程度的培训和考核项目,大大拓宽了仿真系统的适用范围和操作人员技能培训的水平空间跨度。(2)安全培训。系统可以在仿真培训系统中组合定义出若干事故或影响装置运行的“事故案例”。操作人员针对这些事故案例进行培训。

3主要功能

本培训软件通过应用C语言、Html、JavaScript等程序编写语言进行系统网站编制,实现网上学习与培训形式,形成一个基于固井生产活动的有机的多媒体教学网络环境:一是通过三维建模及Flash制作实现三维教学仿真模型和场景;二是通过现场摄像机录制后期剪辑实现固井现场情景的再现。(1)系统开发平台的建立:根据软、硬件发展的趋势,服务器端操作系统平台选用微软的Windows2003Sever,采用集成InternetInformationSever6.0作为Web服务器,实现信息发布和事物处理;选取SQLSever2005作为数据库管理系统,以保证数据库的大容量和高安全性;动态与交互网页用“动态服务器页面”ASP.NET程序设计语言作为开发工具编程。固井技术人员及操作人员可以应用计算机随时随地登陆网站进行自学,培训形式灵活、实用。(2)三维、Flsh教学动画演示:主要应用于技术人员以及操作人员等的操作技能的学习、培训与考核。建立固井设备、工具等虚拟仿真三维动画,使受培训者在固井工程中运用Flash互动动画,则可以更具体、直观地反映固井工艺流程的技术特点、难点等等。(3)教学视频演示:由专业的摄影师与专业施工人员参照技术规范和预订的脚本,在设备放置地点以及固井施工地点利用专业摄像设备进行前期视频图像图片等素材的采集工作,通过电脑软件将拍摄素材按照脚本顺序进行合成,最后加上视觉特效、旁白或音乐。通过教学视频的演示,学员直观地看到设备、场景的真实情况,通过专业人员的讲解,对现场操作过程有最直接、真实的体会。(4)网络学习考试题库的构建:根据培训需求,确定需掌握的知识点的重要程度和比例,建立具有一定规模的、符合网络考试的试题库。试题库主要采用文字、图片的形式进行展示。理论试题库分单项选择、多想选择、判断、论述、简答及隐患识别等类型题。

4关键技术

在系统的设计和开发过程中需要考虑系统的可扩展性和可重用性,并且满足虚拟环境下仿真操作系统的动态、实时的要求,因此需要解决作业场景以及设施三维模型实时生成、交互和优化;材质、纹理、其他特效技术的综合应用;作业三维场景驱动引擎设计及交互式用户界面的设计等关键技术问题。4.1场景以及设施三维模型实时生成、交互和优化应用多边形逼近的方法,可以组成任何现实中有的或是现实中没有的而我们能想象到的立体图形。并且可以通过多种途径对所生成的模型进行优化处理,使得模型更小、更逼真、更易于管理、利用率更高、更适合实时仿真。4.2三维场景驱动引擎设计(1)操作动作的设计与驱动。依据实际操作,分解操作动作,构造各个操作对应的函数,并将动作与人物模型和操作部件相关联,达到解析动作、组合动作、完成操作任务的功能。(2)虚拟场景优化。为场景中物体建立多级细节层次(LOD),使用Portal(入口)技术,对场景进行区域划分,把场景按相对位置划分为若干块,设置Portal,使处于摄像机外的实体不必渲染,大大节省计算机CPU消耗。(3)交互式用户界面的设计。界面设计以多视图切换、鼠标点击、图标提示等模式来实现。通过自行设计的视图切换函数来实现多视图之间的切换,将可操作的图标与设备部件相对应,从而完成可操作部件的提示,方便用户交互式操作使用和寻找可操作点。

5结论

(1)通过多媒体固井视频软件的开发,创新了企业员工培训方式,不受场地、环境、时间限制,可以随机安排时间进行培训,培训更加灵活。(2)提高了培训效果,传统的培训往往是要求员工死记硬背一些文字,不生动,即使记住了,在实际操作中效果也不是很好,利用多媒体培训可以更加直观地了解工艺过程、设备工具原理及操作规程,在头脑中形成更加生动的图象,因此培训的效果更加明显。(3)降低了企业员工培训成本,由于传统培训需要集中组织,占用的教育资源较多,加上其它成本(如交通费、通讯费等),成本较高,利用多媒体教学软件进行培训一次性投入,后期费用基本没有,具有更高的经济效益。(4)更好地促进企业规范管理,利用多媒体教学软件进行培训,内容准确,对每一个岗位的培训内容是完全一致的,减少了人为因素的影响,培训内容更加规范。

参考文献:

[1]丁保刚,王忠福,等.固井技术基础[M].北京石油工业出版社,2006.

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[3]李克向.钻井甲方手册[M].石油工业出版社,1990.

[4]廖华林.大位移井套管柱摩阻模型的建立及其应用[J].石油大学学报,2002,26(1):29-31.

作者:孙伟 单位:大庆钻探工程公司钻井生产技术服务一公司

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