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特集 教育訓練シミュレーション

日本バーチャルリアリティ学会誌第 16 巻 2 号 2011 年 6 月

特集 ■ 教育訓練シミュレーション

ごみ焼却運転訓練シミュレータ

上田達夫

KEE 環境サービス

UEDA TATSUO

林正人

川崎重工業

HAYASHI MASATO

1．はじめに練期間はコースによるが 2 日〜 4 日としている．シミュレータの全景を図 1 に示す．システム構成を図 2 に示す．

我々の日常生活で排出されるごみを焼却する施設（以下，ごみ焼却プラントと称す）では，排ガスや排水等に含まれる有害物質を除去する設備は当然のこととして，さらに高効率な廃熱回収を行うために，ボイラ・タービン・発電機を付加した，より複雑化した発電付設備が一般的になっている．仮に電力会社側に停電等が発生しても，施設内で発電した電力によってごみ焼却プラントは停止することなく自立して運転が継続でき，一方で，通常の運転では余剰電力を外部へ送電することで電力供給の一翼を担って重要なインフラ設備の一つとなってい図 1 シミュレータ全景

る．この結果，プラントは殆ど停止することなく連続運転されており，運転員が起動停止に慣熟する機会が少なくなっている．その一方で，稀に補機の故障などの異常事態が発生した時には，適切な判断と迅速かつ的確な操作が要求される．ごみ焼却プラントの製作メーカの川崎重工業，その関係会社でプラントの委託運転業務を担当する KEE 環境サービスでは，現場の第一線で日々の運転業務に就く運転員の能力や資質をいかに引き出して，上記した起動停止や異常事態に対する対応能力を高めていくかが重要な課題の一つであった．このような課題を解決する方法として運転訓練シミュレータを開発・導入し，各現場の運転員訓練に利用してきた．本報ではこの

図 2 システム構成シミュレータと，これに導入された VR（バーチャルリアリティ）技術について述べる．

図 1 で，前列は実際の中央制御室に設置されプラン
2．模擬対象としたプラントと訓練の種類トの全容を監視して，必要な操作を行うオペレータコ

模擬対象プラントは，ストーカ式といわれる大都市圏ンソールと同様の装置で，後列はインストラクタ用コンではごく一般的な型式のごみ焼却炉であり，訓練は，①ソールと，現場操作を模擬する VR 技術を用いた現場操起動停止，②異常事態対応，③燃焼調整の 3 種類で，訓作訓練模擬装置などである．

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3．シミュレーションモデル

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シミュレータ全景図の後列一番左側の装置（矢印で示す）

シミュレータの模擬範囲の一例を図 3 に示す．ごみをである．この VR 技術は前述した訓練コースの内，①起燃やして処理し余熱で発電するというごみ焼却の基本的動停止，②異常事態対応の訓練の時に主に利用される．

な流れについて一通り模擬している．シミュレーション

図 4 に VR 現場操作訓練模擬装置の外観を示す．同装モデルの主なものは，①プラントモデル，②制御系モデ置で表示される画面はシミュレータ前面に設置された大ルの 2 種類である．

型スクリーン（図 1 参照）に投影され，訓練生全員が情①報を共有できる．

プラントモデルプラントの起動停止および異常事態発生時の特性を忠訓練生は中央制御室で全体を統括する班長役，同中央

実に模擬できるように，燃焼系統・通風系統・排ガス処制御室で監視・操作を行う担当者，現場で確認・復旧を理系統・蒸気系統およびタービン発電機系統の物質収支，行う担当者の複数で編成して，それぞれが各々の役割を熱収支を中心とした非線形数式モデルで構成している．

分担し，かつ，この役割分担をローテーションさせて順②番に担当を変えていく．主要なポンプや送風機の停止な制御系モデル
制御系モデルは，中央制御装置の PID などのコント

どの重大異常発生に対応するためには，現場担当役の訓ロールループ，インタロック，起動停止シーケンス，電練生が VR デバイス（3D マウス）を操作して，当該機動機制御器，タービン制御装置などの現場制御盤・監視器現場まで VR 空間内をウォークスルーして移動，現場盤等の制御ロジックを実機の仕様書，制御プログラムに到着後，ポンプやファンなどの周囲を 360° 回って目視従って模擬している．

点検して異常の有無を確認し，場合によって現場操作箱から再起動などの操作を行う．この間，班長役はプラント全体の運転状況，事態の推移を把握しながら，中央制御室担当へ必要な操作を指示するとともに，現場担当へも適宜，指示・命令を発する．

3Dマウス

図 3 シミュレータの模擬範囲例

図 4 VR 現場操作訓練模擬装置

4．VR 技術による現場操作訓練模擬装置
ごみ焼却プラントにおける運転，特に重大異常発生時の迅速かつ適切な対応を行うためには，中央制御室にお図 5 に VR 現場操作訓練模擬装置の処理内容を示す．

ける監視・操作だけでなく，現場（機側）での確認・操機器の現場操作および運転状況は，高速 LAN 経由でプ作に関する訓練が必要となる．一方，ごみ焼却プラント

ラントモデル／制御系モデルを搭載した計算機とリアは地下から地上 6 階を越えるフロアに数百台のポンプなルタイムに連動する．3 次元機器 VR モデルは VRML

どの回転機やバルブ類が分散配置された設備であり，こ（Virtual Reality Modeling Language）により記述，機器スの現場の状況をシミュレータに再現させるためには VRイッチ等操作器や表示器各々に対して，センサノード技術の利用が必然となってくる．このため，シミュレーを定義し，これにより VR 空間内での機器操作入力検タでは各種機械装置，現場操作盤／操作箱やバルブ類を出／制御系モデル搭載計算機からの運転信号変化を検再現する VR 現場操作訓練模擬装置を装備した [1]．図 1 の出，VR 表示更新を実行している．

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特集 教育訓練シミュレーション

日本バーチャルリアリティ学会誌第 16 巻 2 号 2011 年 6 月

ざとはずして，ボイラ給水停止が継続するように設定することもある．訓練生はそのことを知らされておらず，予備機起動失敗の原因を究明･解除してポンプを起動させるが，そのためには VR 空間内で現場まで行き，必要な対応をとることも要求される．予備機が起動するまでの時間が長引けば，その間にボイラドラム水位が極低まで下がり，誘引通風機や燃焼用空気ファンなどがインタロック停止し埋火状態に至る．訓練生はこの状態から再図 5 VR 現場操作訓練模擬装置での処理びもとの燃焼状態まで戻す復旧操作を要求される．
図 6 は VR による現場操作箱の例であり，VR 画面のVR モデルのモデリング方法を以下に示す．

該当するスイッチをマウスでクリック，または指でタッ①スイッチや指示計などの操作器はアニメーションを，チすることで，現場／中央切替スイッチが例えば現場か制御盤や部屋の背景といった残りの部分は，リアリら中央側に切り替ったり，ポンプ発停スイッチの運転ボティを出すためテクスチャマッピングを用いる．

タンが点灯したりする．訓練では現場機器点検時の操作②アニメーションコードにおいて，VR デバイス上での禁止札掛けなどの安全ルールの励行なども併せて行って訓練生の操作を識別するためのタッチセンサノードいる．図 7 はポンプ室，図 8 は中央制御室の VR 画面例

や，時間経過などシステムの変化を識別するためのタである．

イムセンサノードなどのオブジェクトを定義する．
③ VR モデルをプラントモデルや制御系モデルと接続するため，②で定義したセンサノードとプラントデータや操作器のイベントを接続する．
表１に現場毎のセンサノード数を示す．センサノード数は約 2,500 である．これは，VR モデルとプラントモデル，制御系モデル間で約 2,500 個のデータがリンクしていることを意味する．
表 1 センサノード

図 6 VR 現場操作箱周囲を360°回って点検

図 7 VR ポンプ室

5．VR を利用した訓練の事例
例えばボイラ給水ポンプ・トリップの異常事態例では，当該ポンプは重要補機のために実際のプラントでは予備

プラント運転は複数の人間がそれぞれの役割を分担し機が自動起動するが，訓練ではその自動起動の条件をわてチームプレーで行うものである．本訓練では，例えば10特集 教育訓練シミュレーションJVRSJ Vol.16 No.2 June, 2011

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そうであると誰が判定できるのかなどの人材面やソフト面での課題が併行して存在する．VR 技術によって，今まで出来なかったようなことが可能となったが，このような技術の進歩にあわせ，これに対応できるソフト面での充実を図ることもより必要となってくる．
7．おわりに本書で述べたシミュレータは，川崎重工業の本社並びに環境部門が，10 数年前に開発・納入した実績機をそのオリジナルとし，これをベースにして，運転担当の図 8 VR 中央制御室

KEE 環境サービス向けに更に改良・特化させて 2003 年に運用開始した．現在となってはそのハード的要素技術『1 号炉 No.2 ボイラ給水ポンプ運転します．3・2・1 運転．には幾分古くなった部分も含まれるものと考えるが，運運転確認しました．
』というように，指差しや声に出し用開始以後も実際の運転員訓練に供しながらソフト面でて連絡することで，間違いや勘違いの防止を図るとともの継続的改善を続け，現在までに約 400 人の訓練実績をに，他のメンバーに自分のやっていることを正確に伝え持つに至った．訓練終了後の意見交換では，「現場と同るという訓練も行っている．自分は独りで運転できるのじような感覚で臨めるので理解しやすい」，「実機で未体で，他のメンバーへの指示も当然できる（班長役もでき験のトラブルを経験しその復旧方法を習得できた．今後る）つもりでいたが，いざ，その班長の役割分担が回っ実際に実機で起こった場合に役立つ」，「現場作業を安全てくると，必要な指示を仲間に的確に出せないことなどに行う上で基本行動の見直しができた」と言った感想がを実感させて，本当は人にきちんと説明できる程には多く，本シミュレータが，運転員の技量向上に寄与でき判っていないのだということを理解させている [2]．

たものと考える．

6．今後への期待とシミュレータ運用のポイント

参考文献

シミュレータでは，VR によってポンプ室などの現場[1] 片岡，宮本，林，日隈：ごみ焼却プラント運転訓練に移動すると，種々の機械装置の運転音も聞こえてきシミュレータの開発，日本機械学会第 12 回環境工学て相応の臨場感が得られるように作っている．しかし実総合シンポジウム 2002 講演論文集，pp. 270-272（2002）

際の現場では，各種機械が損傷を引起しかけている時の[2 ] 南部，深田，上田：ごみ焼却プラント運転訓練シミュ

音・匂い・振動など，人間の感覚に訴えるアナログ的要

レータ，第 28 回全国都市清掃研究・事例発表会講演論

素も非常に重要である．このような観点では，現状のシ

文集，pp. 82-84 （2007）

ミュレータはプラントを構成する現場の各機械装置が何らかの原因で異常をきたしてからの事後の対応に限定さ【略歴】れている．夢のような話であるが，将来的にこのような上田達夫（UEDA Tatsuo）

事象も VR 技術とリンクさせて取込んでいくことが出来

KEE 環境サービス（株）

れば，より有効な訓練シミュレータが構築できるものと1972 年大阪府立大学大学院工学研究科電子工学専攻修考える．

士課程終了．同年，川崎重工業㈱入社，各種産業プラント・一方で，上記のような将来技術を取込んでいけたとし環境プラント設備等の電気計装設計に従事．2003 年かても，それはあくまでツールとしてのシミュレータであら現在に至る．

り，運転員訓練という観点ではある種のハード的側面で正人（HAYASHI Masato）ある．訓練のためには，このツールを使って訓練を行う

林

インストラクタ（先生）の養成をいかに行うか，どの様

川崎重工業（株）システム技術開発センターなカリキュラム・説明にするか，また損傷を引起しかけ

1986 年神戸大学大学院工学研究科計測工学専攻修士課ている時の機器の匂い・音・振動をどのように集めてく程終了．同年，川崎重工業（株）入社．専門は計測・制るか，もしくはこれらを合成したとしてもそれが本当に御工学．

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