生產(chǎn)線仿真教學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)情況分析報告

[摘 要] 水泥行業(yè)的實踐教學(xué)存在較多困難，而仿真教學(xué)系統(tǒng)是一個較好的解決辦法。仿真系統(tǒng)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生對實踐環(huán)節(jié)的興趣程度、工藝流程的熟悉程度、分析問題解決問題的能力都有較大幅度的提高。

[關(guān)鍵詞] 水泥；仿真教學(xué)系統(tǒng)；分析

[作者簡介] 鄭海暉，廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣西 南寧，530031

[中圖分類號] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）02-0066-0003

一、仿真教學(xué)系統(tǒng)說明

（一）系統(tǒng)設(shè)計背景

硅酸鹽專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)有多方面的難點。受資金投入和教學(xué)經(jīng)費、場地、專業(yè)人員等因素的限制，學(xué)校不可能針對硅酸鹽專業(yè)建立自己的實習(xí)工廠；水泥企業(yè)從自身的管理、安全生產(chǎn)、效益等出發(fā)越來越不愿意接納在校學(xué)生的實習(xí)教學(xué)；即使真正落實了實習(xí)教學(xué)的企業(yè)，其教學(xué)的組織、教學(xué)手段和方法等也無法真正達(dá)到學(xué)生的實踐教學(xué)要求；在實踐中出現(xiàn)的定期檢修、生產(chǎn)中的故障現(xiàn)象較少被學(xué)生在實習(xí)企業(yè)正好遇上。那么，如何在社會對職業(yè)教育的較高期望和錄取分?jǐn)?shù)普遍較低的學(xué)生之間尋找教學(xué)最佳模式？仿真教學(xué)系統(tǒng)是一個較好的解決辦法。

該系統(tǒng)的設(shè)計要求，就是構(gòu)建一套完善的水泥生產(chǎn)線教學(xué)仿真系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)及仿真教學(xué)軟件，完整地模擬水泥生產(chǎn)線各個工段的生產(chǎn)情況，使學(xué)員在學(xué)校中對水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備及各種控制操作進(jìn)行熟悉和了解，并通過正規(guī)的培訓(xùn)和考核手段，培養(yǎng)出一批合格的水泥生產(chǎn)線中的操作人員。

（二）系統(tǒng)主要模塊操作界面及功能說明

1. 生產(chǎn)工藝教學(xué)

教師指導(dǎo)學(xué)生按照指定的步驟進(jìn)行生產(chǎn)流程控制及故障解決，學(xué)員操作步驟存入教師站及時進(jìn)行分析和顯示。

根據(jù)不同工段劃分為：水泥選粉系統(tǒng)模塊、物料輸送及自動配料系統(tǒng)模塊、窯爐煅燒系統(tǒng)模塊及水泥生產(chǎn)工藝及設(shè)備模塊。

水泥選粉系統(tǒng)模塊：該模塊根據(jù)生產(chǎn)線以及安裝場地的實際情況，按照一定比例設(shè)計制造而成，球磨機(jī)——選粉機(jī)——收塵，系統(tǒng)以及各種物料輸送設(shè)備（如斗式提升機(jī)、埋刮板輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)、空氣斜槽等）。該模塊能夠滿足學(xué)生進(jìn)行的工程實踐及實驗有：選粉機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)及控制、選粉粒徑調(diào)節(jié)、皮帶跑偏的解決辦法，球磨機(jī)設(shè)計計算及控制等。

物料輸送及自動配料系統(tǒng)模塊：該模塊搭建微機(jī)自動配料系統(tǒng)，包括四組分配料控制系統(tǒng)、動靜態(tài)計量設(shè)備、物料存儲及回收裝置等。在采用了比較優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計方案的情況下，系統(tǒng)構(gòu)建完全采用工業(yè)秤，能夠完成配料系統(tǒng)實驗和提供系統(tǒng)開發(fā)平臺。該模塊能夠滿足學(xué)生進(jìn)行的工程實踐及實驗有：現(xiàn)場傳感測試及信號處理技術(shù)、配料系統(tǒng)軟件編制等。

窯爐煅燒模擬仿真系統(tǒng)模塊：該模塊建立水泥廠窯爐煅燒控制仿真屏、多功能控制器及實驗臺。窯爐煅燒控制仿真屏在控制器的控制下能完成設(shè)備啟動順序的演示，窯爐煅燒溫度的實時仿真等。控制臺給學(xué)生提供綜合控制實驗平臺。該模塊能滿足學(xué)生的典型實習(xí)工程有：窯爐溫度檢測及控制，控制系統(tǒng)開發(fā)。

水泥生產(chǎn)工藝及設(shè)備模塊：該模塊模擬從水泥生料原料配料開始直到成品水泥入庫的水泥生產(chǎn)工藝過程的裝備。整個生產(chǎn)線反映了水泥生產(chǎn)流程以及各種裝備在工藝流程的作用。包括：水泥庫、皮帶輸送機(jī)、提升機(jī)、螺旋輸送機(jī)、立磨、預(yù)熱系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯等。

系統(tǒng)完全仿真現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，學(xué)生可以按照生產(chǎn)操作步驟標(biāo)準(zhǔn)逐步操作直到達(dá)到生產(chǎn)控制要求的最終目的。當(dāng)學(xué)生遇到無法解決的故障情況時，系統(tǒng)將給出相應(yīng)的解決方案以提示學(xué)生。學(xué)生通過反復(fù)地仿真操作，在整套水泥生產(chǎn)線上的工藝熟悉度和突發(fā)事故的處理能力將得到提升。

經(jīng)過軟硬件的平臺搭建，構(gòu)建一套完善的水泥生產(chǎn)線教學(xué)仿真系統(tǒng)。通過控制系統(tǒng)及仿真教學(xué)軟件，完整地模擬水泥生產(chǎn)線各個工段的生產(chǎn)情況；通過搭建水泥仿真系統(tǒng)，模擬企業(yè)水泥的整體生產(chǎn)過程；通過搭建生產(chǎn)模型，設(shè)置相關(guān)參數(shù)、回路及計算公式，整體模擬了水泥生產(chǎn)線中從生料制備、煤粉制備、熟料燒成、熟料儲存到水泥粉磨等環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程。

在系統(tǒng)模擬仿真過程中插入現(xiàn)場實景照片實時體現(xiàn)現(xiàn)場操作環(huán)境，經(jīng)過此部分功能的應(yīng)用，使學(xué)員在實驗室內(nèi)就可以對生產(chǎn)現(xiàn)場有實際的了解并一定程度地熟練掌握生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)操作。

2. 生產(chǎn)操作考核

通過通信網(wǎng)絡(luò)對選擇相應(yīng)的學(xué)生機(jī)進(jìn)入考試模式，教師機(jī)可以在預(yù)設(shè)的故障情況中選擇相應(yīng)的選項作為學(xué)生的考試用題，當(dāng)教師選定好相應(yīng)的預(yù)設(shè)故障時，學(xué)生機(jī)模擬考試開始，并能夠?qū)⒖荚嚱Y(jié)果自動上傳至教師站進(jìn)行存儲備案。

水泥生產(chǎn)操作流程

工作模式主要分為三種：常規(guī)仿真模式、軟件考試模式、模擬屏模式。

教師站可以設(shè)置不同考試類型，可以按照正常生產(chǎn)流程操作步驟設(shè)置考試環(huán)境和題目，學(xué)員按照標(biāo)準(zhǔn)步驟進(jìn)行操作，系統(tǒng)記錄操作步驟和過程進(jìn)行自動評分。教師站也可以設(shè)置不同的故障模式，安排學(xué)員按照標(biāo)準(zhǔn)的操作步驟對故障進(jìn)行診斷和解決。如果不及時進(jìn)行解決或者操作失誤，模擬仿真會顯示出現(xiàn)的嚴(yán)重后果（嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故或者設(shè)備損壞等），系統(tǒng)記錄操作步驟和過程進(jìn)行自動評分。

考核功能可以按照設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)操作答案對比學(xué)員的實際操作過程自動評分，也可根據(jù)教師的意見進(jìn)行實際調(diào)整，最終匯總成考核結(jié)果，進(jìn)行公示。

經(jīng)過此部分功能的應(yīng)用，通過構(gòu)建一套完善的水泥生產(chǎn)線教學(xué)仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真教學(xué)，學(xué)員在學(xué)校就可以熟悉和了解水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備及各種控制操作。通過正規(guī)的培訓(xùn)和考核手段，可以培養(yǎng)出一批合格的水泥生產(chǎn)線操作人員。

3. 提供多媒體教學(xué)管理平臺

在仿真教學(xué)平臺基礎(chǔ)上安裝多媒體教學(xué)管理平臺，可以在教師站進(jìn)行一對一、一對多的實際操作步驟教學(xué)演練管理，使學(xué)員在自己上機(jī)練習(xí)之前先對整個系統(tǒng)架構(gòu)、工藝流程、操作步驟、故障情況、解決方案等有個初步了解和印象。

二、系統(tǒng)在教學(xué)中遇到的問題及解決方法

（一）開機(jī)

1. 標(biāo)題：應(yīng)改為“5000T∕D熟料水泥生產(chǎn)仿真系統(tǒng)”（已修改）。

2. 開機(jī)畫面：開機(jī)的畫面是單系列的預(yù)熱器，基本上是2000T/D以下規(guī)模的生產(chǎn)線，而現(xiàn)在主流的生產(chǎn)線是5000T/D，都是雙系列的。所以換成一幅雙系列的較好（已更換）。

3. 開機(jī)程序：設(shè)置成雙擊桌面的圖標(biāo)后就直接進(jìn)入到讓學(xué)生輸入學(xué)號這個界面較好（已更改設(shè)置）。

4. 字體：很多比較小的文字看不清，有的文字顯示不完整，另外啟動按鈕上的字體是黃色的也看不清，應(yīng)改成深藍(lán)或黑色（已更換）。

（二）系統(tǒng)參考參數(shù)存在的問題

1. 生料喂料量430T/H，據(jù)此算出窯的產(chǎn)量為6600t/d，如此高的產(chǎn)量，各方面要求是很高的。作為教學(xué)用的仿真系統(tǒng)，達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)（5000t/d）比較穩(wěn)妥。而且，如果生料喂料量430T/H確定無誤，那么煤磨40t/h的產(chǎn)量實在是小了，至少有52t/h才能匹配。如果生料喂料量確實是330T/H，那么煤磨40t/h的產(chǎn)量是對的。

2. C1、C2、C3的出口溫度分別是540、600、680℃，太高了。窯的產(chǎn)量那么高，燒的煤那么少，C1、C2、C3的出口溫度那么高，工況參數(shù)不對應(yīng)。雖說是參考參數(shù)，但我們平常了解到的參數(shù)為C1出口溫度：320±20℃、C2出口溫度：520～540℃、C3出口溫度：670～690℃。

3. 生料配比為硫酸渣21.66、砂巖5.83、煤矸石3.84、石灰石68.66。實際生產(chǎn)中各原料的配比（%）大致是這樣：石灰石——百分之八十幾，粘土（砂巖、煤矸石等）——百分之十幾，鐵礦石（硫酸渣等）百分之四左右。仿真系統(tǒng)的相應(yīng)參數(shù)和我們平常了解到的偏離較大。

3. 考試模式

自動評分功能：如果有此功能，并能輸出打印，可以減少老師的工作量，對老師的幫助將是很大的（已添加）。

4. 缺少現(xiàn)場圖片

學(xué)生看到仿真系統(tǒng)示意圖，但還不了解設(shè)備具體是什么樣子、起到什么作用、各設(shè)備之間具體如何連接等問題，最好是有生產(chǎn)線的3D模型，或是能配上對應(yīng)生產(chǎn)流程的詳盡的現(xiàn)場圖片，會有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

三、系統(tǒng)應(yīng)用的收獲和體會

通過對廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院硅酸鹽專業(yè)2010級學(xué)生和2011級學(xué)生使用這套仿真教學(xué)系統(tǒng)的情況進(jìn)行觀察、記錄和分析，得出了以下結(jié)論：

首先，仿真系統(tǒng)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。仿真系統(tǒng)有些功能是傳統(tǒng)生產(chǎn)實踐中無法做到的，如：對操作過程的主要工藝參數(shù)進(jìn)行修改以觀察相關(guān)其他參數(shù)的變化；學(xué)生的操作情況可以自動跟蹤、記錄、做出評判、打出分?jǐn)?shù)；學(xué)生從得到的分?jǐn)?shù)可主動去找原因，積極動手反復(fù)修正，使自己的操作結(jié)果得到滿意的成績；學(xué)生的操作結(jié)果還可匯總成表打印出來，客觀、公正地反映其操作情況，智能系統(tǒng)還可以幫助分析原因。學(xué)生既可以自己動手，又能看到操作結(jié)果，更不能敷衍了事，大大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

通過仿真教學(xué)，學(xué)生對實踐環(huán)節(jié)的興趣程度、工藝流程的熟悉程度、分析問題解決問題的能力都有較大幅度的提高。仿真教學(xué)提供了生動逼真的環(huán)境，使其在實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)上具有傳統(tǒng)教學(xué)模式無可比擬的突出優(yōu)點。

其次，仿真教學(xué)系統(tǒng)提高了學(xué)生觀察能力和應(yīng)變能力。 仿真操作可以人手一機(jī)，人人親自動手，熟悉正常的開停車操作。教師還可以設(shè)定一些事故，讓學(xué)生通過現(xiàn)場的現(xiàn)象進(jìn)行分析、判斷，找出原因，并加以處理。訓(xùn)練過程中，學(xué)生還可自行設(shè)計事故、觀察現(xiàn)象、進(jìn)行處理，擺脫對教師的依賴，增強他們的獨立性，大大地提高了教學(xué)質(zhì)量。仿真教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用能較好地實現(xiàn)人人親自動手進(jìn)行操作訓(xùn)練、教學(xué)更方便、考核更科學(xué)的理想教學(xué)愿望。

使用這個仿真教學(xué)系統(tǒng)，不用承擔(dān)實際操作失誤的風(fēng)險，不用經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場的反復(fù)演練實習(xí)，降低了培養(yǎng)學(xué)生的成本。在模擬中央控制操作臺前，學(xué)員們也能熟練、正確地掌握現(xiàn)代水泥生產(chǎn)技術(shù)。在學(xué)校教師的耐心指導(dǎo)下，依靠計算機(jī)操作軟件提供的生產(chǎn)現(xiàn)場仿真數(shù)據(jù)，學(xué)員們也能準(zhǔn)確地處理各種生產(chǎn)參數(shù)的變化和事故隱患，這些都是企業(yè)期望達(dá)到的目標(biāo)。

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