企业生产过程仿真实训系统的分析与设计

周健

（本溪广播电视大学，辽宁 本溪 117000）

企业生产过程仿真实训系统的分析与设计

周健

（本溪广播电视大学，辽宁 本溪 117000）

目前高校工科专业学生实训教学难以有效实施，并且难得的一些实训机会，效果也不够理想。通过对专业教学、员工培训和技能考核等方面要求的总结，应用信息技术将各学科的专业基础知识、生产工艺过程、实训教学方法等相结合，设计出了计算机仿真模拟的企业生产过程仿真实训系统，并且在应用中取得了很好的效果。

企业生产；仿真模拟；实训系统

1 引言

对于企业生产工艺过程的学习，不但是工科类专业高校有所需要，对于企业的员工培训和职业技能鉴定都是重要的内容。在这些学习和培训中，除了必要的冶金生产基础知识，对于企业生产各工序的实际操作训练是学习的重要内容。但是由于实训条件的限制，传统的学习往往停留在课本上，实训大多也都变成了现场参观和简单的跟班劳动，在企业生产现场无法按教学计划要求的工序和作业环节进行反复的再现式实训。近年来随着计算机应用技术的不断发展，人们开发和应用了一些关于生产过程的仿真实训系统，为企业生产的实训提供了有益的思路，结合职业技术教育和职工培训的经验，开发了一套企业生产过程仿真实训系统。该仿真实训系统主要满足已具备相关基础知识的工科学生的实训学习、企业新上岗工的岗前培训、在岗职工的工艺能力训练和职业技能鉴定，通过这个系统为这些学生和职工提供生产工艺过程实际操作学习的仿真模拟环境。

现代企业生产的工艺过程十分繁杂，比如钢铁生产中的转炉炼钢就可以划分为装料、供氧、脱碳直到出钢等五个主要工序。下面就以转炉炼钢生产过程为例说明仿真模拟实训系统分析与设计的要点。

2 企业生产过程仿真实训系统的结构设计

2.1 系统的功能结构设计

企业系统的功能结构按照总体规划、分步实施的原则，企业生产过程仿真实训系统主要包括炼焦、烧结、炼铁、炼钢、连铸、热轧、冷轧等企业生产的主要工艺。在这样的总体架构设计下，可以结合不同院校或企业的教学与培训特点进行积木式的功能增减，例如去掉炼焦工序，增加铸管工序等。系统的功能主要有理论学习、仿真实训和考核测验三大部分。

由于作业仿真模拟的目的是突出生产过程中的重点工序及重点工步，对于一些简单的、或次要的、或是无法很好的进行模拟的工步，进行了简化处理，所以作业实训模拟系统没有按现场岗位分工来划分，而是每个操作人员可以完成从炉长、吹炼工、下料工等所有岗位的操作。

系统的运行模式根据教学或作业训练的需要，可以考虑从工序选择、实训对象、实训环境三个方面设计为可选择方式。

如图1所示为企业生产过程仿真实训系统功能结构的转炉炼钢系统部分。

图1 企业生产过程仿真实训系统功能结构（转炉炼钢系统）

系统从工序选择上可以有两种运行模式。

（1）完整工序模式。从第一道工序“装料”开始到最后一道工序“溅渣护炉”，完整的炼一炉钢，主要是提供对转炉炼钢整体过程的训练环境，可以作为岗位作业训练或技能竞赛考核的环境。

（2）选择工序模式。主要是提供可选择一至几个工序的运行环境，以满足进行重点工序训练的要求，可以作为冶金专业学生按教学内容进行实操环境的重点学习。

系统从实训方式上可以选择：

（1）学习训练模式。面向在校学生或企业培训学员，在一定的工序选择模式下，根据作业的进行提供作业提示、提出相关问题，每次作业结束后可以根据解答的速度和正确性进行评分，用来满足作业训练与知识技能学习需要。

（2）实操考评模式。面向企业员工的实际操作考核或竞赛，只模拟现场作业实际来运行，不提供提示和问题，可以用来进行实际岗位操作的仿真训练或职业技能鉴定考试的实操环境。

系统从实训环境上可以选择：

（1）统一实训环境。实训操作中每个学员所面对的初始工序参数条件都统一。

（2）随机实训环境。实训操作每个学员所面对的初始工序参数条件具有一定的随机性。

默认各工序的完成时间按1：1设计，对于时间过长的工序，可以按设定比例进行缩短。

2.2 系统的运行结构设计

整个转炉炼钢仿真实训系统由转炉炼钢控制系统、控制台、虚拟车间环境、虚拟炼钢设备、虚拟岗位人员、模型库系统、教学评价系统等部份构成，系统的运行结构模式设计如图2所示。

图2中各系统只是逻辑上的划分，实际的物理系统通常可以只是客户机和服务器两个系统构成，其中：客户机系统由转炉炼钢控制系统、虚拟控制台、仿真模拟系统三个组成部分；服务器系统由模型库系统、教学评价系统两个组成部分。

图2 转炉生产过程仿真实训系统运行结构

（1）转炉炼钢控制系统主要是由计算机模拟的吹炼系统和上料系统两个主要部分，冷却系统可以选用。

（2）控制台有真实展示生产现场的实控制台和利用计算机模拟的虚拟控制台两种方式。

（3）仿真模拟系统作为整个系统的核心，通过与模型库系统和教学评价系统的数据调用，实现炼钢生产过程的按工序、按生产步骤（也就是事件）的效果模拟。仿真模拟系统同时还承担虚拟车间环境、虚拟炼钢设备和虚拟岗位人员（NPC）的仿真模拟。

这里的NPC是模拟的岗位操作者，它是借用电脑游戏中的NPC一词来记述，NPC是英文Non-Player-Controlled Character，“非玩家控制角色”的缩写，也就是计算机模拟环境中的人物角色，他的出场及活动可以是生产过程中由实际操作者的外部事件所触发，也可以是由生产活动的工序进程、工艺条件变化的内部事件所触发。

在系统运行时，转炉炼钢控制系统和控制台系统向仿真模拟系统下达作业指令和必要的运行参数，仿真模拟系统反馈炼钢生产参数给转炉炼钢控制系统和控制台系统，由此形成炼钢作业监控运行与炼钢生产过程的人机互动仿真模拟效果。

设计实施时，以氧枪工、下料工在炼钢控制室内实施的操作内容为主进行，模拟操作者的设计主要是用来模拟实现生产现场必要的人工操作，如合金工、摇炉工等转炉现场手动作业。

3 结语

企业生产过程仿真模拟系统的设计，在应用实践中具有以下特点：①通过仿真模拟来实现对生产过程关键环节的动态展示，为学习者提供了生产过程学习的直观条件；②利用生产现场影像资料配合，实现了对真实生产环境的再现，而且方便的资料更新功能可以为生产环境的变更提供便利；③通过实训中工序与工步的选择与设置调整，可以满足实训内容在工序或工步上的灵活选择；④系统中虚拟生产环境、虚拟设备、虚拟岗位人员与实体控制台的结合，可以为学习者提供更加真实的生产操作训练学习环境；⑤仿真实训系统与教学知识点的灵活链接，为作业现场作业过程中教学内容要求的不断完善提供了方便。

主要参考文献

［1］张旭东.案例分析—情景模拟—实践体验教学流程的构建——以人力资源开发与管理课程为例［J］.黑龙江高教研究，2008（8）：152-155.

［2］陈鹏.服装生产技术一体化模拟仿真实训教学过程研究［J］.辽宁丝绸，2015（3）：22-25.

10.3969/j.issn.1673-0194.2016.15.147

G420

A

1673-0194（2016）15-0239-3

2016-03-24

周健（1972-），女，辽宁本溪人，本溪广播电视大学理工学院副教授，硕士，主要研究方向：计算机应用技术教学与企业信息化应用服务。