李楠

摘要：本文對(duì)我校礦業(yè)工程仿真模擬實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的分析，總結(jié)了目前存在的問(wèn)題，并從加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室軟硬件投入、提高礦井現(xiàn)代化程度、井下大型設(shè)備儀器自主更新等方面對(duì)實(shí)訓(xùn)中心的仿真模擬建設(shè)提出可行性建議。

關(guān)鍵詞：工程實(shí)訓(xùn) 仿真模擬 建設(shè)

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1工程仿真模擬技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

工程仿真模擬技術(shù)是國(guó)內(nèi)外許多工程和基礎(chǔ)研究領(lǐng)域廣泛采用的技術(shù)， 具有建設(shè)投資少、建設(shè)周期短、見效快，易于考慮多種因素的綜合作用等優(yōu)點(diǎn)，可減少投資風(fēng)險(xiǎn)以避免造成人力、資金的浪費(fèi)。仿真技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于航天、航空、電力、化工、交通、軍事、經(jīng)濟(jì)、醫(yī)學(xué)、建筑、制造等領(lǐng)域的研究、設(shè)計(jì)、訓(xùn)練和開發(fā)。

2礦業(yè)實(shí)訓(xùn)中心仿真模擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

實(shí)踐能力培養(yǎng)是高校人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)，很大程度上，學(xué)生實(shí)踐能力的鍛煉與提高是在實(shí)驗(yàn)室中完成的，實(shí)驗(yàn)室在培養(yǎng)高素質(zhì)、應(yīng)用型人才過(guò)程中發(fā)揮著舉足輕重的作用，這就對(duì)高校相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提出了更高的要求。合理的硬件投入是高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一大特點(diǎn)。隨著工程仿真持術(shù)的出現(xiàn)和日益完善，高校工程仿真模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的建設(shè)也有了一個(gè)長(zhǎng)足的發(fā)展。尤其是近幾年來(lái)，許多高校在仿真模擬技術(shù)方面、包括仿真軟件方面有了進(jìn)一步的投入，建設(shè)效果顯著。我校礦業(yè)工程綜合實(shí)訓(xùn)中心經(jīng)過(guò)幾年的建設(shè)，取得了較好的效果。2009年被批準(zhǔn)為省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。其最大的教學(xué)特色是在校內(nèi)建有真實(shí)的實(shí)習(xí)模擬礦井，為礦業(yè)類學(xué)科本、?？粕恼J(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、各種專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)提供了優(yōu)良的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。在當(dāng)前煤炭生產(chǎn)特殊作業(yè)環(huán)境與安全環(huán)境條件下，煤炭企業(yè)不愿接受礦業(yè)類專業(yè)學(xué)生到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，既使是有些企業(yè)接受了實(shí)習(xí)學(xué)生，也很少安排學(xué)生到實(shí)際工作崗位上進(jìn)行實(shí)習(xí)，學(xué)生在實(shí)習(xí)單位無(wú)所事事，教學(xué)效果、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)手操作時(shí)間難以保證。以我校教學(xué)礦井為主體建立的礦業(yè)工程綜合實(shí)訓(xùn)中心，不受實(shí)際生產(chǎn)條件和環(huán)境的限制，只要實(shí)習(xí)條件滿足要求，學(xué)?？筛鶕?jù)實(shí)踐教學(xué)需要靈活安排，有效、方便地解決煤炭主體專業(yè)實(shí)踐教學(xué)困難這一瓶頸，且費(fèi)用低。另外，校內(nèi)教學(xué)礦井面向全校理、工、經(jīng)、管等學(xué)科門類學(xué)生開放，為各個(gè)專業(yè)學(xué)生提供多種選擇，使每位學(xué)生在不同層次上認(rèn)識(shí)煤礦生產(chǎn)主要流程和涉及的關(guān)鍵技術(shù)。

礦業(yè)工程綜合實(shí)訓(xùn)中心擁有獨(dú)特的校內(nèi)實(shí)習(xí)礦井和多個(gè)功能實(shí)驗(yàn)室，如通風(fēng)、掘進(jìn)、支護(hù)等實(shí)驗(yàn)室，近年來(lái)硬件條件已具備較大規(guī)模，但仿真模擬技術(shù)應(yīng)用發(fā)展較落后，還需進(jìn)一步建設(shè)，使學(xué)生在教學(xué)礦井不僅有真實(shí)的體現(xiàn)，而且還可進(jìn)行一些工程技術(shù)的仿真模擬操作，實(shí)虛結(jié)合，將會(huì)收到更好的實(shí)踐效果，便于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的全面掌握。

3進(jìn)一步建設(shè)的模擬仿真的內(nèi)容

面向礦山生產(chǎn)、整合礦山科技資源和現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)， 構(gòu)建一個(gè)支撐服務(wù)于礦業(yè)理論基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新、技術(shù)服務(wù)和推廣的礦山仿真模擬平臺(tái)，是中心建設(shè)的目標(biāo)。工程模擬仿真的建設(shè)形式可以考慮工程實(shí)物模型、模擬仿真軟件等。基于此，在工程仿真模擬環(huán)節(jié)重點(diǎn)思考和規(guī)劃以下幾方面的建設(shè)：

3.1加大礦業(yè)類仿真模型硬件設(shè)備投入

按一定比例縮小的實(shí)體模型是實(shí)現(xiàn)仿真模擬教學(xué)的一種重要手段，在礦業(yè)中心已有采煤實(shí)體模型庫(kù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)建設(shè)，增加采礦模型的種類和數(shù)量，并對(duì)已有采礦模型進(jìn)行分類整合，配備礦井開拓實(shí)物模型、延深實(shí)物模型，開拓實(shí)物包括立井開拓、斜井開拓、平硐開拓等實(shí)物模型。

3.2加強(qiáng)仿真模擬軟件的研發(fā)與建設(shè)

進(jìn)一步建設(shè)3D動(dòng)畫教學(xué)模型庫(kù)，制作礦井開拓及延深三維模型，三維開拓模擬包括立井開拓、斜井開拓、平硐開拓等三維模型，模型中能夠反映不同開拓形式井筒結(jié)構(gòu)差異、內(nèi)部設(shè)施差異；完善模型課件，及時(shí)應(yīng)用到實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)課程；研究開發(fā)采區(qū)上下山開采期間的生產(chǎn)系統(tǒng)三維模型圖片，使其能反映出煤礦巷道中設(shè)備布置的情況，并能直觀反映出上山采區(qū)和下山采區(qū)各自的運(yùn)煤及通過(guò)路線；繪制采煤工作面設(shè)備配置圖，包括主要機(jī)械，如采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)及各類支架的控制配置，達(dá)到全面反映三機(jī)配套關(guān)系。

在煤礦開采學(xué)課程實(shí)習(xí)中加強(qiáng)對(duì)巷道布置三維動(dòng)態(tài)模型的開發(fā)構(gòu)建，進(jìn)行煤礦中巷道布置的空間繪制、巷道以及各主要工作面中關(guān)鍵場(chǎng)所內(nèi)設(shè)備的三維構(gòu)建和動(dòng)畫制作以及三維動(dòng)畫在教學(xué)課件中的交互式操作及演示問(wèn)題的研究和開發(fā)，學(xué)生通過(guò)全方位的三維動(dòng)態(tài)模型熟練掌握巷道布置各向視圖，達(dá)到全面掌握煤礦開采技術(shù)的教學(xué)目標(biāo)。

開發(fā)礦山安全經(jīng)濟(jì)投入優(yōu)化與產(chǎn)出效益動(dòng)態(tài)模擬軟件。以礦區(qū)安全設(shè)備設(shè)施， 安全人力資源配備， 安全管理培訓(xùn)等為依據(jù)和模型， 研究安全人員配備比、教育培訓(xùn)的形式和頻率、安全應(yīng)急設(shè)施布置優(yōu)化技術(shù)與方法等， 研究滿足安全度的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)投人， 同時(shí)， 研究安全度與安全效益的評(píng)價(jià)方法。

3.3提高礦井現(xiàn)代化程度

礦業(yè)中心教學(xué)礦井在原有的模擬仿真建設(shè)規(guī)模的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)地上總調(diào)度室及采掘、提升等主要系統(tǒng)的建設(shè)，全面展示了現(xiàn)代化礦井的構(gòu)成。建設(shè)的教學(xué)礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)充分利用礦井現(xiàn)有地面工業(yè)廣場(chǎng)、井下模擬巷道及各種設(shè)備，計(jì)劃建設(shè)為模擬現(xiàn)代化工礦企業(yè)控制平臺(tái)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件全部采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備，自主設(shè)計(jì)和集成，達(dá)到如同親臨工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的效果。

3.4井下大型設(shè)備儀器自主更新

擬設(shè)計(jì)對(duì)采煤機(jī)滾筒進(jìn)行改造，一方面減小滾筒直徑，另一方面用更加輕型的材質(zhì)替換原有笨重的采煤機(jī)滾筒鋼材，以便用較小的功率便能帶動(dòng)采煤機(jī)的傳動(dòng)軸并帶動(dòng)輕型滾筒的旋轉(zhuǎn)，在不影響校區(qū)正常教學(xué)生活用電的前提下模擬井下采煤機(jī)割煤工序。原有巷道掘進(jìn)鑿巖機(jī)具基礎(chǔ)上，需購(gòu)置相關(guān)的錨桿、錨索等主要消耗性支護(hù)材料若干，學(xué)生可實(shí)際操作。實(shí)現(xiàn)“采、掘”運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)，讓整個(gè)礦井“動(dòng)”起來(lái)，更加真實(shí)的模擬實(shí)際生產(chǎn)礦井環(huán)境，擴(kuò)展礦井的實(shí)習(xí)功能，起到投入少、見效快，事半功倍的效果。

結(jié)語(yǔ)

礦業(yè)工程仿真模擬技術(shù)是實(shí)現(xiàn)礦業(yè)工程技術(shù)計(jì)算機(jī)化、信息化、智能化和自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)與核心技術(shù)，高校實(shí)驗(yàn)室在這方面的研究和應(yīng)用仍處在初級(jí)階段， 與國(guó)際先進(jìn)水平還有一定差距，有專業(yè)和學(xué)科優(yōu)勢(shì)的高校應(yīng)該看到其建設(shè)對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的巨大前景，加強(qiáng)礦業(yè)工程仿真模擬技術(shù)的建設(shè)與研究，系統(tǒng)地、全面地研究開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)集成化軟件平臺(tái)，促進(jìn)我國(guó)礦業(yè)學(xué)科教育方式的發(fā)展及創(chuàng)新， 為為培養(yǎng)煤炭?jī)?yōu)秀人才做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：山東省省級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（No.2012248）