钢丝生产仿真系统在高职教学的应用

张学辉

摘 要：为了解决高职教学中钢丝生产实训难题，与企业合作，以金属制品企业4种常用盘条（82B、77B、65钢、45钢）为工作任务载体，以钢丝生产的4个主要工序（表面处理、粗拉、热处理、细拉）为导向开发了钢丝生产仿真系统。在教学中应用仿真系统，提高了教学效果，强化了学生动手能力。仿真系统需要完善的方面有上线操作、对焊操作、压尖操作、换模操作、下线操作、镀层操作、稳定化处理操作、“三废”处理、事故处理、质量检验操作等。

关键词：钢丝生产 模拟仿真 信息化 高职教学 校企合作

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）09（b）-0060-03

钢丝生产是以热轧线材为原料，经过表面准备、热处理、拉拔、镀（涂、包覆）层四大主要工序加工而成[1]，是钢材冷加工中最典型的、也是最为繁杂的生产。因为安全生产原因，很多钢丝生产企业不愿意接收学生实习。为了解决钢丝生产实训教学中“进不去、看不见、动不了、难再现”的难题，优化学院信息化教学环境，天津工业职业学院与国内企业合作开发了钢丝生产仿真系统。学院负责总体设计和研发指导，企业负责系统开发与维护，实现了生产过程仿真化、设备操作可视化、理实教学一体化功能[2]。

1 钢丝生产仿真系统介绍

我们按照“项目载体、任务驱动、教学做一体化”的教学模式，以企业常用生产原料为工作任务载体，以钢丝生产主要工序为导向，设计开发了钢丝生产仿真系统。

钢丝生产仿真系统利用电脑软件三维成像技术和硬件技术相结合[3]，虚拟出一个与钢丝生产现场相似的工作环境，可以让学生在虚拟仿真的环境下进行钢丝生产的表面处理、粗拉、热处理、细拉4个工序的操作。

1.1 表面处理

表面处理是为了去除氧化皮和涂覆润滑载体。目前国内各钢丝厂广泛采用酸洗法去除氧化皮。这种方法生产效率高，同时可以对不同钢种和规格的盘条进行处理。酸洗去除盘条表面氧化皮主要依靠酸的溶解作用、氢气的机械剥离作用、氢的还原作用[4]。润滑涂层是指钢丝表面经物理或化学作用，在钢基表面附上一层涂层，其作用是钢丝拉拔时涂层可粘附润滑剂载入模内。

仿真系统的表面处理主要是模拟了天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司的隧道型往复式酸洗磷化皂化工艺。该工艺采用了隧道式全封闭工艺处理技术，将酸洗、磷化、皂化工艺进行集成。在隧道生产线中，酸洗线产生的酸雾废气在密闭空间，经过抽风系统集中抽排至酸雾净化塔处理后达标排放，减少酸雾对大气的影响。漂洗水、冲洗水由相应工艺槽经排水管道、沟渠排放至废水处理站处理后回收利用，减少了工业废水排放量。磷化渣混合液由磷化工艺槽经相应沟渠排放至磷化渣二级沉淀池沉淀，分离出磷化液清液和渣饼，清液继续回用，固体状渣按特种固体废料统一处理[5]。

表面处理操作：首先在表面处理主界面内输入酸洗时间、水洗时间、磷化时间、皂化时间、烘干时间。然后通过表面处理操作台界面控制表面处理虚拟界面，通过装卸吊钩将钢丝吊上入口运输小车，控制入口运输小车将钢丝运送到循环吊钩处，控制循环吊钩进入处理箱，循环吊鉤自动按照设定的时间在处理箱中处理，处理完毕后循环吊钩自动停止在处理箱的出口处，操作当前循环吊钩将钢丝运送到出口运输小车上，到此，一卷钢丝的表面处理流程完毕。

1.2 粗拉

粗拉是模拟直进式拉丝机进行9道次钢丝连续拉拔。拉丝配模计算是钢丝生产工艺设计的核心内容之一。拉拔速度也是非常重要的拉拔工艺参数。学生需要设定的参数有：各道次的直径、拉拔速度。参数设定好后，在粗拉操作台界面进行粗拉操作，依次打开电源，打开搅拌，打开卷筒供水，打开模盒供水，防护罩关闭，点击整机启动，拉丝机开始拉拔钢丝。当收到处理完毕提示后，点击整机停止按钮，关闭卷筒供水，关闭模盒供水、关闭搅拌、关闭电源。粗拉操作结束。

1.3 热处理

热处理是拉丝生产中一道非常重要工序。在钢丝生产中，热处理的主要目的：一是为了消除钢丝拉拔过程中造成的加工硬化，以利于继续进行拉拔。二是为了确保成品钢丝的最终机械性能或物理性能。热处理操作中需要设置加热炉1段、2段、3段、4段的温度，然后设置铅锅温度，之后钢丝开始自动运行，进行相应的热处理操作。

1.4 细拉

细拉是把粗拉完的半成品钢丝在热处理后再进行多道次的拉拔，主要用于生产直径较细钢丝。细拉操作需要设定的参数：各道次的直径、细拉速度。细拉操作和粗拉操作基本相同，在细拉操作台界面操作控制虚拟界面进行细拉操作。

2 仿真系统在教学中的应用

2.1 仿真实训室

钢丝生产仿真实训室由1台教师电脑、30台学生电脑，辅以多媒体电子教室软件构成教学环境，所有电脑组成一个局域网。每台学生电脑上都装有钢丝生产仿真系统，有虚拟界面和操作台界面。

2.2 工作任务

教师制定几种常见的工作任务：（1）钢种82B，原料直径12.50mm，粗拉到直径5.04mm，细拉到直径2mm。（2）钢种77B，原料直径12.50mm，粗拉到直径5.21mm，细拉到直径1.9mm。（3）钢种65钢，原料直径6.5mm，粗拉到直径2mm，细拉到直径0.8mm。（4）钢种45钢，原料直径9mm，粗拉到直径3.25mm，细拉到直径1.4mm。教师可依据教学需要还可以再添加其他工作任务，教师把工作任务分配给学生。练习时所有学生可以进行同一个相同的工作任务，也可以练习不同的工作任务。考核时最好给每名学生不同的工作任务。

2.3 教学应用效果

本仿真系统主要针对开设《钢丝生产工艺及设备》的高职学生，教师讲解表面处理、拉拔、热处理等理论知识时，可以进行仿真操作的演示。学生也可以进行操作练习，更容易理解和掌握这些理论知识。教学做一体，解决理论与实践的脱节问题，提高了课堂教学效率和效果。