大型熱連軋生產(chǎn)線虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)和項目化教學(xué)

李登超　任漢恩　霍峰

摘 要：目前軋鋼企業(yè)訓(xùn)練軋鋼操作工主要是依靠有經(jīng)驗的操作工通過傳、幫、帶的培訓(xùn)方式對新工人進行在線的訓(xùn)練和指導(dǎo)。然而隨著對鋼板軋制產(chǎn)量及質(zhì)量要求的不斷提高，這種原有的在線培訓(xùn)方式也愈加顯露出其局限性，如培訓(xùn)周期長、易造成經(jīng)濟損失等。因此，搭建一個離線實時模擬訓(xùn)練軋鋼操作工的仿真平臺，使操作工在不影響實際生產(chǎn)的情況下進行訓(xùn)練活動是十分必要的。本文借助大型熱連軋生產(chǎn)虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，實現(xiàn)了教學(xué)做一體化教學(xué)，提高了教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真 實訓(xùn) 熱連軋 項目 教學(xué)

1、大型熱連軋生產(chǎn)線虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)背景和特點

目前軋鋼企業(yè)訓(xùn)練軋鋼操作工主要是依靠有經(jīng)驗的操作工通過傳、幫、帶的培訓(xùn)方式對新工人進行在線的訓(xùn)練和指導(dǎo)。然而隨著對鋼板軋制產(chǎn)量及質(zhì)量要求的不斷提高，這種原有的在線培訓(xùn)方式也愈加顯露出其局限性，如培訓(xùn)周期長、易造成經(jīng)濟損失等。此外，在軋制節(jié)奏緊張的情況下，新操作工更是鮮有上操作臺操作的機會，從而導(dǎo)致操作技能難以快速提高。由于軋鋼生產(chǎn)線長，設(shè)備投資大，運轉(zhuǎn)需要的水、電、氣消耗大，潛在危險因素多，大多數(shù)高校無力建設(shè)，更無法維持其運轉(zhuǎn)。因此，搭建一個離線實時模擬訓(xùn)練軋鋼操作工的仿真平臺，使操作工在不影響實際生產(chǎn)的情況下進行訓(xùn)練活動是十分必要的。

虛擬現(xiàn)實是綜合利用計算機圖形學(xué)、光電成像技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機仿真、人工智能等多種技術(shù)，創(chuàng)建一個逼真的、具有視、聽、觸、嗅、味等多種感知的計算機系統(tǒng)。人們借助各種交互設(shè)備沉浸于虛擬環(huán)境之中，與虛擬環(huán)境中的實體進行交互，產(chǎn)生等同于真實物理環(huán)境的體驗和感受。

根據(jù)熱連軋工廠開發(fā)的熱連軋生產(chǎn)仿真實訓(xùn)系統(tǒng)具有以下特點：

（1）系統(tǒng)依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)。

（2）集工藝、控制技術(shù)于一體，構(gòu)建高度仿真的虛擬實訓(xùn)環(huán)境和實訓(xùn)對象。

（3）實現(xiàn)了熱連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝操作的實時仿真。

（4）在虛擬環(huán)境中開展實訓(xùn)，能夠完整的按工藝操作規(guī)程進行操作。

（5）時間上與現(xiàn)場上達到1∶1的配比，擁有完善的操作評價體系及自動打分功能。

（6）能夠完成教學(xué)、培訓(xùn)和崗位技能鑒定任務(wù)，可解決學(xué)生生產(chǎn)培訓(xùn)難題。

（7）在涉及高危和極端的環(huán)境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等情況時，提供安全、可靠和經(jīng)濟的實訓(xùn)項目。

2、基于虛擬仿真系統(tǒng)的項目化教學(xué)

借助虛擬仿真系統(tǒng)，開展大型熱連軋生產(chǎn)線教學(xué)做一體化項目化教學(xué)成為可能。針對實訓(xùn)對象和內(nèi)容，我們編寫了項目活頁教材、實訓(xùn)指導(dǎo)書和實訓(xùn)守則，開發(fā)了實訓(xùn)試題和評分標(biāo)準(zhǔn)。

按照生產(chǎn)流程主要工序的不同，確定以下三個教學(xué)性項目：粗軋項目、精軋項目、卷取項目，每個項目按照工作流程分為軋前準(zhǔn)備、規(guī)程設(shè)定和監(jiān)控操作三個學(xué)習(xí)性任務(wù)。每塊鋼軋制都要經(jīng)歷以上三個任務(wù)。學(xué)生通過軋制不同異常狀況的帶鋼，熟悉不同異常狀況的設(shè)備操作處理方法。

每個項目的教學(xué)過程是：下達任務(wù)書→必要的理論知識講授→教師操作示范→學(xué)生操作練習(xí)，教師輔導(dǎo)→有關(guān)問題小組討論，教師點評→理論提升，知識學(xué)習(xí)→小組活動，教師點評→教師考評。

3、教學(xué)效果

基于虛擬仿真系統(tǒng)的項目化教學(xué)，學(xué)生興趣、主動性大大提高，教學(xué)效率大大提高，教師講授卻減少了。

學(xué)生在近似工廠情境下學(xué)習(xí)，自主反復(fù)多次上機練習(xí)，很快熟悉工廠設(shè)備的操作。在基本會設(shè)備操作的基礎(chǔ)上，再來學(xué)習(xí)理論知識，理論知識有了緊密聯(lián)系的對象，學(xué)生學(xué)習(xí)理論更有動力，這樣理論知識和實踐知識結(jié)合成一體。

4、存在的問題

利用熱連軋生產(chǎn)線虛擬仿真系統(tǒng)軟件，我們開展了項目教學(xué)、軋鋼工職業(yè)資格考試、企業(yè)職工技能比賽。通過軟件使用，發(fā)現(xiàn)軟件尚存在一些問題：軋件形狀、尺寸、溫度、顏色變化逼真度低，軋制力能參數(shù)變化逼真度低，有些設(shè)備動作錯誤，有些自動控制功能、工藝參數(shù)顯示欠缺，異常狀況項較少，設(shè)備故障項欠缺，評價項目不全。

虛擬仿真不可能與實際完全一致，但通過軟件修改升級，可以提高逼真度。

（作者單位：1.四川機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川攀枝花市 617000 2.山東星科智能科技有限公司 山東濟南市 250200）