大型热连轧生产线虚拟仿真实训系统的开发和项目化教学

李登超　任汉恩　霍峰

摘 要：目前轧钢企业训练轧钢操作工主要是依靠有经验的操作工通过传、帮、带的培训方式对新工人进行在线的训练和指导。然而随着对钢板轧制产量及质量要求的不断提高，这种原有的在线培训方式也愈加显露出其局限性，如培训周期长、易造成经济损失等。因此，搭建一个离线实时模拟训练轧钢操作工的仿真平台，使操作工在不影响实际生产的情况下进行训练活动是十分必要的。本文借助大型热连轧生产虚拟仿真实训系统，实现了教学做一体化教学，提高了教学效率。

关键词：虚拟仿真 实训 热连轧 项目 教学

1、大型热连轧生产线虚拟仿真实训系统开发背景和特点

目前轧钢企业训练轧钢操作工主要是依靠有经验的操作工通过传、帮、带的培训方式对新工人进行在线的训练和指导。然而随着对钢板轧制产量及质量要求的不断提高，这种原有的在线培训方式也愈加显露出其局限性，如培训周期长、易造成经济损失等。此外，在轧制节奏紧张的情况下，新操作工更是鲜有上操作台操作的机会，从而导致操作技能难以快速提高。由于轧钢生产线长，设备投资大，运转需要的水、电、气消耗大，潜在危险因素多，大多数高校无力建设，更无法维持其运转。因此，搭建一个离线实时模拟训练轧钢操作工的仿真平台，使操作工在不影响实际生产的情况下进行训练活动是十分必要的。

虚拟现实是综合利用计算机图形学、光电成像技术、传感技术、计算机仿真、人工智能等多种技术，创建一个逼真的、具有视、听、触、嗅、味等多种感知的计算机系统。人们借助各种交互设备沉浸于虚拟环境之中，与虚拟环境中的实体进行交互，产生等同于真实物理环境的体验和感受。

根据热连轧工厂开发的热连轧生产仿真实训系统具有以下特点：

（1）系统依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术。

（2）集工艺、控制技术于一体，构建高度仿真的虚拟实训环境和实训对象。

（3）实现了热连轧生产线生产工艺操作的实时仿真。

（4）在虚拟环境中开展实训，能够完整的按工艺操作规程进行操作。

（5）时间上与现场上达到1∶1的配比，拥有完善的操作评价体系及自动打分功能。

（6）能够完成教学、培训和岗位技能鉴定任务，可解决学生生产培训难题。

（7）在涉及高危和极端的环境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时，提供安全、可靠和经济的实训项目。

2、基于虚拟仿真系统的项目化教学

借助虚拟仿真系统，开展大型热连轧生产线教学做一体化项目化教学成为可能。针对实训对象和内容，我们编写了项目活页教材、实训指导书和实训守则，开发了实训试题和评分标准。

按照生产流程主要工序的不同，确定以下三个教学性项目：粗轧项目、精轧项目、卷取项目，每个项目按照工作流程分为轧前准备、规程设定和监控操作三个学习性任务。每块钢轧制都要经历以上三个任务。学生通过轧制不同异常状况的带钢，熟悉不同异常状况的设备操作处理方法。

每个项目的教学过程是：下达任务书→必要的理论知识讲授→教师操作示范→学生操作练习，教师辅导→有关问题小组讨论，教师点评→理论提升，知识学习→小组活动，教师点评→教师考评。

3、教學效果

基于虚拟仿真系统的项目化教学，学生兴趣、主动性大大提高，教学效率大大提高，教师讲授却减少了。

学生在近似工厂情境下学习，自主反复多次上机练习，很快熟悉工厂设备的操作。在基本会设备操作的基础上，再来学习理论知识，理论知识有了紧密联系的对象，学生学习理论更有动力，这样理论知识和实践知识结合成一体。

4、存在的问题

利用热连轧生产线虚拟仿真系统软件，我们开展了项目教学、轧钢工职业资格考试、企业职工技能比赛。通过软件使用，发现软件尚存在一些问题：轧件形状、尺寸、温度、颜色变化逼真度低，轧制力能参数变化逼真度低，有些设备动作错误，有些自动控制功能、工艺参数显示欠缺，异常状况项较少，设备故障项欠缺，评价项目不全。

虚拟仿真不可能与实际完全一致，但通过软件修改升级，可以提高逼真度。

（作者单位：1.四川机电职业技术学院 四川攀枝花市 617000 2.山东星科智能科技有限公司 山东济南市 250200）