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【摘 要】 本论文从设施布置与物料搬运的概念出发，系统阐述了设施布置的发展、目标、基本形式和分析方法以及物料搬运系统设计的分析方法等。接着研究福达公司总装车间
设施布置不合理所导致的生产车间物流混乱、物流成本和产品质量成本居高不下等问题。
【关键词】 虚拟现实技术；煤矿安全；应用
一、前言
煤矿安全管理与控制是保证工程质量优劣的首要前提，虚拟现实技术在煤矿安全中应用不仅关系到煤矿的生存发展，而且关系到人民群众的生命安全。
二、虚拟现实技术简介
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术，是20世纪80年代末发展起来的一项高新技术，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人的行为学研究等多项关键技术，是模拟仿真技术的最新、最高层次，是当今世界前沿科学之一。VR技术的定义可归纳为：由计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机构成的三维空间，或是把其他现实环境编制到计算机中去产生逼真的虚拟环境，并通过多种专用设备让用户投入到该环境中，从而使得用户在视觉、听觉、触觉、味觉等多种感官上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。与传统的人机交互技术相比，虚拟现实具有三个最突出的特征：交互性、沉浸感和构想性。其中，交互性是指参与者通过使用专用设备，用人类的自然技能实现对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）；沉浸感是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度；构想性则是使VR技术的应用能解决在工程、医学、军事等各行业的实际应用问题，使人有可能从定性和定量综合集成的虚拟环境中得到感性和理性的认识，进而深化概念、产生新意和构想，主动地寻求、探索和接受信息，而不是被動地接收。
三、矿井灾害的虚拟现实技术模拟及意义
用虚拟现实技术来模拟一个真正的矿井灾害，使人们更彻底更直观地了解矿井灾害的各方面因素，从而更有效地采取防灾和救灾措施。用VisualC++程序设计语言、OpenGL程序设计语言、虚拟现实建模语言VRML、VisualJ++程序设计语言、计算机图形学等知识编制虚拟现实软件，主要模拟采区的通风系统，当运输巷皮带跑偏与机架磨擦引起火灾时，先是自动喷淋系统喷水灭火；如果火灾发生蔓延，就模拟火的蔓延过程；工程人员关闭风门的过程；矿工撤退的过程；人员的巷道中行走时，烟流对人员造成的影响等。以及救护人员采用水龙头喷水灭水时，如果在上风侧灭火，发生的烟流滚退现象等。
为此，该虚拟过程的实现有着重要的意义：它可以减少矿山救护时的实际训练费用，并大大减少训练时的危险性，而且还可以不受时间、地点、天气的影响，任意设置实际灾害中可能出现的一些特殊情况。它也可以提高煤矿安全及生产管理人员的安全意识，提高管理水平，预防重大灾害的发生，提高矿井救灾人员处理灾害的决策应变水平，并把矿井灾害的伤亡和损失降到最低。同时可以协助调查事故原因。另外，通过软件演示可以实现矿井安全救灾防灾的实际培训。
四、虚拟现实技术在煤矿安全生产中的应用
1、三维自动化制图
煤矿地质条件复杂，工作地点位于数百米地下，工作对像是复杂多变的多个煤层，它们交织在一起。井巷施工、煤炭开采等都是立体空间作业，为了达到更准确、快速、方便的把握地质资料，进行设计，特别需要真正的三维矢量化软件的开发研制。煤矿虚拟现实系统能实现三维坐标形式确定点的位置，由于系统的图形范围对应于某一具体的矿井的井田范围，当我们输入某一具体点时，它和矿井的实际空间位置是一致的。真三维描述的实现，使绘制精确的地质剖面图、工程剖面图、切面图垂手可得，将工程体、地质体的空间位置计算变成了简单的桌面鼠标点击。例如绘制巷道，首先确定煤层，然后鼠标点取（有矿井的扫描底图的基础上）经纬坐标，同时确定z轴坐标使其和巷道实际的标高对应，也可对话框根据坐标或输入斜长l、方位角α、倾角γ。绘制等高线、或其它实体时都是三维空间确定位置。这样整个矿井的三维数字化效果就能清楚地显示出来，又由于系统的数据和矿井实际数据一一对应，这就使矿井的设计更加简单、明确、直观。
2、生产仿真
在仿真系统设计中，采用三维建模、模型渲染、交互动作设计和系统整合等技术方案，对煤矿井下各种机电设备、巷道、采煤工作面以及虚拟矿工进行三维建模，利用键盘、鼠标控制虚拟矿工进行行走，从地面入井开始，坐罐笼下井，进入井底车场，对井底车场中央水泵房和中央变电所进行逼真模拟，虚拟人物可以在井底车场漫游，看到各种设备和设施。同样可以对大巷、采区上下山、运输平巷、回风平巷和综采工作面进行漫游，特别是在综采工作面，可以对采煤过程进行模拟，按照采煤工艺要求，虚拟矿工操纵采煤机采煤，可以看到采煤机的滚筒转动、采煤机移动和采煤机摇臂反转，还可模拟采煤机截煤、落煤和刮板输送机运煤的逼真场面。对于综采工作面的支护也可进行仿真，操作者可以操纵综采工作面的液压支架完成降架、移架、升架和推溜的整个操作过程。进入每个场景，有语音介绍和安全提示。煤矿生产仿真为技术、管理人员进行生产指导、工人安全生产提供了捷径。
3、信息管理
煤矿虚拟现实系统能显示矿井的整体空间布局，这有利于生产管理人员建立矿井的立体概念，易于管理。主要的管理功能有：各种生产管理、技术数据的统计。包括：生产、计划、设计数据、材料供应、库存数据、对各种支护形式巷道分类统计、巷道失修率统计和岩、煤巷统计等，这只需一次鼠标点击。储量管理可对空间曲面、不等厚煤层自动划分和精确计算面积和储量，包括煤柱区和储量区。
4、煤矿灾害事故模拟分析
用虚拟现实技术来模拟一个真正的矿井灾害，使人们更彻底、更直观地了解矿井灾害的各方面的因素，从而更有效的采取防灾和救灾措施。在虚拟现实系统中，可以模拟矿井、采区通风系统，当巷道内发生意外火灾时，模拟火的蔓延，自动灭火装置灭火，以及技术人员关闭风门、撤退，救护人员如何抢险救助等过程。
5、安全技术培训
虚拟现实是一种由计算机产生的人为虚拟的实境，这种环境可以是某个真实环境的虚拟，也可以是虚拟的环境。这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间，或是把其它现实环境编制到计算机中去产生逼真的"虚拟环境"，从而使得用户不但可以在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，而且还可以进行不同程度地与计算机进行交互，从而达到一种与现实十分相似的结果。尤其在煤矿这种高危险的行业中，如果仅凭录像、幻灯，则不可能产生那种身临其境的效果，但是又不可能让职工冒险到他未知的、随时会发生危险的场地进行实验。
采用虚拟现实技术虚拟井下各种复杂的作业环境，可供采矿工程专业的学生实习训练，这样既可以降低实习费用，又可缩短教学时间，让更多的人接受高等教育。另外，可对学员进行上岗前的操作及安全教育培训，如掌握整个矿井的开拓布局、准备巷道、回采巷道的布置以及它们的空间结构关系等，了解井下的各种工况及险情，使被训练者身临其境地去体验。在虚拟现实环境中，工人可以放心地在"井下"工作，可以体验到由于自己违规操作所带来的一切后果，例如，由于瓦斯爆炸、火灾、冒顶等带来的伤害，高温，高压，从而能让学员心中产生一种刻骨铭心的感觉。通过培训学员可以学会如何采取有效的应急措施去处理各种险情，以提高人员素质。
五、结束语
从实践出发对当前虚拟现实技术在煤矿安全中应用的问题以及措施等相关知识，进行了粗略的分析和研究。综上分析，应用工作的主要任务是运用科学的方法，促进工作的开展。
参考文献：
[1]李建忠，张俊文，张建平.基于PC机的采煤工作面虚拟现实系统[J].太原理工大学学报，2003
[2]李其中.基于虚拟现实的工厂建筑施工过程的模拟与研究[J].邯郸：河北工程学院，2005
[3]兰泽全，李其中，徐景德.虚拟现实技术在煤矿安全中应用的现状及分析[J].煤炭科学技术，2006
设施布置不合理所导致的生产车间物流混乱、物流成本和产品质量成本居高不下等问题。
【关键词】 虚拟现实技术；煤矿安全；应用
一、前言
煤矿安全管理与控制是保证工程质量优劣的首要前提，虚拟现实技术在煤矿安全中应用不仅关系到煤矿的生存发展，而且关系到人民群众的生命安全。
二、虚拟现实技术简介
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术，是20世纪80年代末发展起来的一项高新技术，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人的行为学研究等多项关键技术，是模拟仿真技术的最新、最高层次，是当今世界前沿科学之一。VR技术的定义可归纳为：由计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机构成的三维空间，或是把其他现实环境编制到计算机中去产生逼真的虚拟环境，并通过多种专用设备让用户投入到该环境中，从而使得用户在视觉、听觉、触觉、味觉等多种感官上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。与传统的人机交互技术相比，虚拟现实具有三个最突出的特征：交互性、沉浸感和构想性。其中，交互性是指参与者通过使用专用设备，用人类的自然技能实现对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）；沉浸感是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度；构想性则是使VR技术的应用能解决在工程、医学、军事等各行业的实际应用问题，使人有可能从定性和定量综合集成的虚拟环境中得到感性和理性的认识，进而深化概念、产生新意和构想，主动地寻求、探索和接受信息，而不是被動地接收。
三、矿井灾害的虚拟现实技术模拟及意义
用虚拟现实技术来模拟一个真正的矿井灾害，使人们更彻底更直观地了解矿井灾害的各方面因素，从而更有效地采取防灾和救灾措施。用VisualC++程序设计语言、OpenGL程序设计语言、虚拟现实建模语言VRML、VisualJ++程序设计语言、计算机图形学等知识编制虚拟现实软件，主要模拟采区的通风系统，当运输巷皮带跑偏与机架磨擦引起火灾时，先是自动喷淋系统喷水灭火；如果火灾发生蔓延，就模拟火的蔓延过程；工程人员关闭风门的过程；矿工撤退的过程；人员的巷道中行走时，烟流对人员造成的影响等。以及救护人员采用水龙头喷水灭水时，如果在上风侧灭火，发生的烟流滚退现象等。
为此，该虚拟过程的实现有着重要的意义：它可以减少矿山救护时的实际训练费用，并大大减少训练时的危险性，而且还可以不受时间、地点、天气的影响，任意设置实际灾害中可能出现的一些特殊情况。它也可以提高煤矿安全及生产管理人员的安全意识，提高管理水平，预防重大灾害的发生，提高矿井救灾人员处理灾害的决策应变水平，并把矿井灾害的伤亡和损失降到最低。同时可以协助调查事故原因。另外，通过软件演示可以实现矿井安全救灾防灾的实际培训。
四、虚拟现实技术在煤矿安全生产中的应用
1、三维自动化制图
煤矿地质条件复杂，工作地点位于数百米地下，工作对像是复杂多变的多个煤层，它们交织在一起。井巷施工、煤炭开采等都是立体空间作业，为了达到更准确、快速、方便的把握地质资料，进行设计，特别需要真正的三维矢量化软件的开发研制。煤矿虚拟现实系统能实现三维坐标形式确定点的位置，由于系统的图形范围对应于某一具体的矿井的井田范围，当我们输入某一具体点时，它和矿井的实际空间位置是一致的。真三维描述的实现，使绘制精确的地质剖面图、工程剖面图、切面图垂手可得，将工程体、地质体的空间位置计算变成了简单的桌面鼠标点击。例如绘制巷道，首先确定煤层，然后鼠标点取（有矿井的扫描底图的基础上）经纬坐标，同时确定z轴坐标使其和巷道实际的标高对应，也可对话框根据坐标或输入斜长l、方位角α、倾角γ。绘制等高线、或其它实体时都是三维空间确定位置。这样整个矿井的三维数字化效果就能清楚地显示出来，又由于系统的数据和矿井实际数据一一对应，这就使矿井的设计更加简单、明确、直观。
2、生产仿真
在仿真系统设计中，采用三维建模、模型渲染、交互动作设计和系统整合等技术方案，对煤矿井下各种机电设备、巷道、采煤工作面以及虚拟矿工进行三维建模，利用键盘、鼠标控制虚拟矿工进行行走，从地面入井开始，坐罐笼下井，进入井底车场，对井底车场中央水泵房和中央变电所进行逼真模拟，虚拟人物可以在井底车场漫游，看到各种设备和设施。同样可以对大巷、采区上下山、运输平巷、回风平巷和综采工作面进行漫游，特别是在综采工作面，可以对采煤过程进行模拟，按照采煤工艺要求，虚拟矿工操纵采煤机采煤，可以看到采煤机的滚筒转动、采煤机移动和采煤机摇臂反转，还可模拟采煤机截煤、落煤和刮板输送机运煤的逼真场面。对于综采工作面的支护也可进行仿真，操作者可以操纵综采工作面的液压支架完成降架、移架、升架和推溜的整个操作过程。进入每个场景，有语音介绍和安全提示。煤矿生产仿真为技术、管理人员进行生产指导、工人安全生产提供了捷径。
3、信息管理
煤矿虚拟现实系统能显示矿井的整体空间布局，这有利于生产管理人员建立矿井的立体概念，易于管理。主要的管理功能有：各种生产管理、技术数据的统计。包括：生产、计划、设计数据、材料供应、库存数据、对各种支护形式巷道分类统计、巷道失修率统计和岩、煤巷统计等，这只需一次鼠标点击。储量管理可对空间曲面、不等厚煤层自动划分和精确计算面积和储量，包括煤柱区和储量区。
4、煤矿灾害事故模拟分析
用虚拟现实技术来模拟一个真正的矿井灾害，使人们更彻底、更直观地了解矿井灾害的各方面的因素，从而更有效的采取防灾和救灾措施。在虚拟现实系统中，可以模拟矿井、采区通风系统，当巷道内发生意外火灾时，模拟火的蔓延，自动灭火装置灭火，以及技术人员关闭风门、撤退，救护人员如何抢险救助等过程。
5、安全技术培训
虚拟现实是一种由计算机产生的人为虚拟的实境，这种环境可以是某个真实环境的虚拟，也可以是虚拟的环境。这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间，或是把其它现实环境编制到计算机中去产生逼真的"虚拟环境"，从而使得用户不但可以在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，而且还可以进行不同程度地与计算机进行交互，从而达到一种与现实十分相似的结果。尤其在煤矿这种高危险的行业中，如果仅凭录像、幻灯，则不可能产生那种身临其境的效果，但是又不可能让职工冒险到他未知的、随时会发生危险的场地进行实验。
采用虚拟现实技术虚拟井下各种复杂的作业环境，可供采矿工程专业的学生实习训练，这样既可以降低实习费用，又可缩短教学时间，让更多的人接受高等教育。另外，可对学员进行上岗前的操作及安全教育培训，如掌握整个矿井的开拓布局、准备巷道、回采巷道的布置以及它们的空间结构关系等，了解井下的各种工况及险情，使被训练者身临其境地去体验。在虚拟现实环境中，工人可以放心地在"井下"工作，可以体验到由于自己违规操作所带来的一切后果，例如，由于瓦斯爆炸、火灾、冒顶等带来的伤害，高温，高压，从而能让学员心中产生一种刻骨铭心的感觉。通过培训学员可以学会如何采取有效的应急措施去处理各种险情，以提高人员素质。
五、结束语
从实践出发对当前虚拟现实技术在煤矿安全中应用的问题以及措施等相关知识，进行了粗略的分析和研究。综上分析，应用工作的主要任务是运用科学的方法，促进工作的开展。
参考文献：
[1]李建忠，张俊文，张建平.基于PC机的采煤工作面虚拟现实系统[J].太原理工大学学报，2003
[2]李其中.基于虚拟现实的工厂建筑施工过程的模拟与研究[J].邯郸：河北工程学院，2005
[3]兰泽全，李其中，徐景德.虚拟现实技术在煤矿安全中应用的现状及分析[J].煤炭科学技术，2006