钢铁生产认知实训系统在高职教学中的应用

李淑清

（辽宁冶金职业技术学院，辽宁本溪 117002）

辽宁冶金职业技术学院是辽宁省唯一一家冶金类职业院校，开设以冶金技术、轧钢工程技术、材料成型技术等冶金类专业为主，学生就业主要面向大型钢铁企业。为了满足地方经济社会发展和冶金产业结构调整，紧密跟踪冶金工业行业发展动态和企业人才需求，培养学生的实践动手能力和现场操作能力，学院利用国家专业建设资金，建设了钢铁生产认知系统，使学生不进工厂就能实际了解钢铁生产系统的生产和操作过程，通过亲自动手，巩固所学知识。解决了学生下厂实践安全问题，降低了教学成本，提高了教学质量，使教学更有针对性、时效性和先进性。

1 钢铁生产认知实训系统平台

1.1 钢铁生产认知实训软件

钢铁生产认知实训软件是国内山东星科软件开发有限公司开发的适应现代钢铁企业和院校培训的一套虚拟仿真实训系统。该软件系统以国内某大型钢铁联合企业生产实际的相关设备为基础，涵盖了烧结、炼铁、炼钢、热轧、冷钢生产五个生产环节的现场生产中的技术参数、实际操作、生产中所遇到的实际问题，以及考核标准进行编制的模拟软件。该系统应用高仿真度的3D 技术，完全模拟冶金厂区原貌，辅以文字，语音讲解，二三维动画，现场照片与视频，令使用者在操作该系统时仅通过鼠标、键盘的控制，就能够以第一人称视角多角度、全方位的在工厂、车间内查看，采用“宏观厂区环绕”和“三维厂区漫游”两个模式，学习各项内容，直观认识冶金流程，全视角地展示了现场设备器械与结构工艺。令使用者身临其境的学习冶金相关知识。

（1）烧结仿真认知系统。内容包括原料配料系统、混料配料系统、烧结系统和成品系统。鼠标滚轮可前后调整视角；认知烧结生产的发展、烧结工艺流程、原料准备、原料加工、上料系统、配料工艺、原料配料设备、混料系统、成品系统、烧结破碎筛分系统、烧结矿的整粒系统。学生可在专业教师的指导下，进行混合料的配制、造球、烧结、焙烧控制、冷却控制、成品检验等技能的训练，具有真实的生产环境和生产工艺。

（2）炼铁仿真认知系统。认知内容包括高炉总体认知、炉型、炉衬、高炉钢结构、高炉冷却、高炉基础、渣铁系统、出铁过程、渣铁分离、铁水去向、炉渣去向、中止出铁、炉顶装料设备、高炉送风认知、鼓风机、冷热风送风管路、热风炉、风口送风装置、煤气处理认知、重力除尘、布袋除尘、喷吹煤粉、原煤储运、煤粉制备、煤粉喷吹、主控室、上料系统。

（3）炼钢仿真认知系统。认知内容包括铁水预处理设备与工艺、氧气转炉炼钢设备与吹炼工艺、LF 精炼、RH 精炼设备与工艺、连续铸钢设备与工艺。学生可进行炼钢的装料操作、供氧操作、造渣操作、出钢与合金化操作、精炼控制操作及连铸操作。

（4）热连轧仿真认知系统。认知内容包括加热炉、粗除鳞、粗轧、飞剪、精除鳞、精轧、冷却、卷取、喷印等设备的现场视频、动画、照片、图纸、参数规格、设备特点以及工作原理。

学生通过对操作台和设备进行操作，完成热连轧的生产模拟，轧制出目标产品。使用者反复使用软件，对设备的生产过程不断熟悉，提高操作熟练程度和准确度，锻炼使用者分析问题和解决问题的能力。

（5）冷轧仿真认知系统。认知内容包括酸洗入口、开卷、切头、焊接、光整、酸洗出口等设备与工艺。具备真实的生产环境和生产工艺，可以完成冷轧窄带钢生产，培养学生生产准备、设备点巡检、上卷操作、卸卷操作、换辊预调、控制台操作、轧制过程调整、生产事故处理、产品检验处理、生产组织协调、工艺改进等操作能力。还可开展冷轧生产技术培训和技术开发，可对学生、 企业的技术人员和操作人员进行冷轧生产的职业技能鉴定。

1.2 硬件条件

钢铁生产认知实训实验室和现场三维动漫实验室，配备计算机、服务管理器和网络交换机等硬件。为了提高培训和实践效果，还配备而来多媒体教学和演示的设备。钢铁生产认知实训系统可用于非冶金类专业学生校内认知实习教育环节，也可用于冶金技术、轧钢工程技术等冶金类专业课程的实训教学环节。满足各专业学生的理论学习与技能训练的要求，满足国内一流的冶金类专业的校内实习基地的要求。

2 钢铁生产认知实训系统在高职课程教学中的应用

（1）钢铁生产认知为冶金生产认知系统，是基于三维动画、 虚拟现实技术为基础开发的第一人称仿真认知学习系统。使用者与学校教学紧密结合，着重展现课本中无法展现或难以理解的内容。纯三维的交互界面，仿真度高，在保持高自由度的前提下，具备流畅、简洁的操作工艺，具有完整的冶金工艺流程，包含的知识面广。全程文字语言解说，辅以二、三维动画及现场照片与视频，高度还原冶金厂区，对于现场危险系数较高的区域也能进行详细认识，能够显示各种不同的异常工作状况，更好地达到教与学的目的。

（2）在教学计划的制定中，引入钢铁生产认知课程，提高了高职教学的效率，缩短了学生学习知识和了解生产的时间。尤为重要的是，学生可以直观的，一目了然地了解生产情况，认识冶金各生产环节的工艺流程和设备结构，然后在讲到具体的知识点时，再结合钢铁生产实训系统进行重点讲解，有利于学生更加形象、深刻的理解知识内容。利用实训软件系统使学生如同深入现场，学习、教学、操作于一体，达到教学、实训事半功倍的效果，提高了理论和实训教学质量。非冶金类如机械、电气、焊接、汽修等专业的学生，开设的课程是单一的，不连贯的，缺乏系统专业的学习与训练，学习钢铁生产认知系统后，对钢铁生产的整个流程进行全面、系统的了解，有助于理解本专业课程在计划中的地位，加深对专业学习的热爱。冶金类如冶金技术、轧钢工程技术、材料成型与控制技术等专业的学生，通过认知冶金生产流程各环节的设备、工艺、参数、产品、相互影响与关联，有利于后续对专业课的理解，知识更系统、连贯、全面。

（3）采用钢铁生产认知实训教学系统，不仅可以作为理论教学的辅助设备，而且能够训练学生的生产操作技能。冶金类专业课程大部分都采用理论教学为主的讲授形式，教学内容枯燥，不能引起学生的注意力和学习兴趣，教学内容与生产实际脱节，由于冶金企业主要体现为环境恶劣、 安全系数比较低的烧结厂、 炼铁厂、 炼钢厂等，学生缺乏安全意识和现场生产实践经验，下厂实训和真实的生产实践受到限制，如何在专业教学中加强学生的动手能力的训练突出重要性。解决上述问题的主要方式就是采用钢铁生产认知实训系统，不但可以使学生在实训室内就能亲身体会到企业的环境，了解钢铁生产系统的生产工艺和设备情况，认识各种生产设备的组成结构，加深了理论知识了理解；同时也能使学生通过亲自动手操作，参与生产过程，提高学生的动手能力和生产操作能力，加强了学生对生产实际问题的分析、解决能力和独立操作能力。这样就促进了教学质量和效果的提高，解决了生产企业安全问题，钢铁生产认知实训是冶金类传统专业实训教学不断探索的必经之路。

（4）钢铁认知实训系统为课程开发提供基地资源。教师在认知实训的教学过程中，可以不断发现问题，提出课程开发及软件升级的建议和意见，不断丰富教学内容，促进软件更贴近生产实际，保证实训教学内容与生产实际内容的一致性。在钢铁生产认知实训系统的项目建设过程中，专业教师深入企业调研，与企业技术人员共同开发实训项目，进行专业课程的开发，专业教师在企业调研中收集了大量的教学资源材料，将企业的生产任务用于教学项目的开发，使教学内容更丰富、实用，教学目标更具有针对性。实训教学的效果更好，学生学习兴趣更浓，确实起到了提高教学效果的作用。由于学校与企业的密切合作，企业为学校的教学提供资源、案例，教学内容生动形象，而且不断更新，为冶金类专业的一体化教学改革打下了坚实的基础。

3 钢铁生产认知实训系统的教学分析

3.1 仿真教学的替代性

钢铁生产认知实训系统是模拟生产实际的教学软件，虽然能够再现生产实际，但缺乏现场生产的操作灵活性和生产突发事故的不可预见性，仿真的效果也局限于教学而已，不能完全替代生产实际。认知实训系统是钢铁生产流程的简单组合，设备结构和工艺参数滞后于生产，工艺和设备的先进性不能充分体现。

3.2 仿真实训条件需要持续的更新

随着冶金企业的新工艺、新设备、新技术、新材料的不断更新和改进，要求钢铁认知系统的设计版本和技术也要不断更新、加强和完善。因此，学校应紧跟企业发展的速度和更新改造的发展情况，不断更新、升级、完善仿真实训软件，加强实训硬件建设，同时提高教师的专业技能和操作指导能力，培养现场操作能力强的“双师型”教师团队，教师能够进行专业理论教学和指导实训教学，不断丰富实训教学内容和开发实训教学项目，完成实训任务。

4 结语

钢铁生产认知实训系统能够补充理论教学，加强实训教学，通过认知实训系统，可以将仿真实训教学与专业课程教学融为一体，真正做到理论联系实际。不仅加强了对学生创新意识和能力的培养，满足冶金企业对高素质高技能人才的需求，也锻炼了专业教师的成长与提高，促进了双师型教师队伍的建设。