周健

（本溪廣播電視大學(xué)，遼寧 本溪 117000）

企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

周健

（本溪廣播電視大學(xué)，遼寧 本溪 117000）

目前高校工科專業(yè)學(xué)生實(shí)訓(xùn)教學(xué)難以有效實(shí)施，并且難得的一些實(shí)訓(xùn)機(jī)會，效果也不夠理想。通過對專業(yè)教學(xué)、員工培訓(xùn)和技能考核等方面要求的總結(jié)，應(yīng)用信息技術(shù)將各學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)知識、生產(chǎn)工藝過程、實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法等相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了計(jì)算機(jī)仿真模擬的企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，并且在應(yīng)用中取得了很好的效果。

企業(yè)生產(chǎn)；仿真模擬；實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

1 引言

對于企業(yè)生產(chǎn)工藝過程的學(xué)習(xí)，不但是工科類專業(yè)高校有所需要，對于企業(yè)的員工培訓(xùn)和職業(yè)技能鑒定都是重要的內(nèi)容。在這些學(xué)習(xí)和培訓(xùn)中，除了必要的冶金生產(chǎn)基礎(chǔ)知識，對于企業(yè)生產(chǎn)各工序的實(shí)際操作訓(xùn)練是學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。但是由于實(shí)訓(xùn)條件的限制，傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)往往停留在課本上，實(shí)訓(xùn)大多也都變成了現(xiàn)場參觀和簡單的跟班勞動，在企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場無法按教學(xué)計(jì)劃要求的工序和作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行反復(fù)的再現(xiàn)式實(shí)訓(xùn)。近年來隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，人們開發(fā)和應(yīng)用了一些關(guān)于生產(chǎn)過程的仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，為企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)訓(xùn)提供了有益的思路，結(jié)合職業(yè)技術(shù)教育和職工培訓(xùn)的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了一套企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。該仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要滿足已具備相關(guān)基礎(chǔ)知識的工科學(xué)生的實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)、企業(yè)新上崗工的崗前培訓(xùn)、在崗職工的工藝能力訓(xùn)練和職業(yè)技能鑒定，通過這個系統(tǒng)為這些學(xué)生和職工提供生產(chǎn)工藝過程實(shí)際操作學(xué)習(xí)的仿真模擬環(huán)境。

現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的工藝過程十分繁雜，比如鋼鐵生產(chǎn)中的轉(zhuǎn)爐煉鋼就可以劃分為裝料、供氧、脫碳直到出鋼等五個主要工序。下面就以轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程為例說明仿真模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

2 企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

企業(yè)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)按照總體規(guī)劃、分步實(shí)施的原則，企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要包括煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋等企業(yè)生產(chǎn)的主要工藝。在這樣的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)下，可以結(jié)合不同院?；蚱髽I(yè)的教學(xué)與培訓(xùn)特點(diǎn)進(jìn)行積木式的功能增減，例如去掉煉焦工序，增加鑄管工序等。系統(tǒng)的功能主要有理論學(xué)習(xí)、仿真實(shí)訓(xùn)和考核測驗(yàn)三大部分。

由于作業(yè)仿真模擬的目的是突出生產(chǎn)過程中的重點(diǎn)工序及重點(diǎn)工步，對于一些簡單的、或次要的、或是無法很好的進(jìn)行模擬的工步，進(jìn)行了簡化處理，所以作業(yè)實(shí)訓(xùn)模擬系統(tǒng)沒有按現(xiàn)場崗位分工來劃分，而是每個操作人員可以完成從爐長、吹煉工、下料工等所有崗位的操作。

系統(tǒng)的運(yùn)行模式根據(jù)教學(xué)或作業(yè)訓(xùn)練的需要，可以考慮從工序選擇、實(shí)訓(xùn)對象、實(shí)訓(xùn)環(huán)境三個方面設(shè)計(jì)為可選擇方式。

如圖1所示為企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)部分。

圖1 企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)（轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)）

系統(tǒng)從工序選擇上可以有兩種運(yùn)行模式。

（1）完整工序模式。從第一道工序“裝料”開始到最后一道工序“濺渣護(hù)爐”，完整的煉一爐鋼，主要是提供對轉(zhuǎn)爐煉鋼整體過程的訓(xùn)練環(huán)境，可以作為崗位作業(yè)訓(xùn)練或技能競賽考核的環(huán)境。

（2）選擇工序模式。主要是提供可選擇一至幾個工序的運(yùn)行環(huán)境，以滿足進(jìn)行重點(diǎn)工序訓(xùn)練的要求，可以作為冶金專業(yè)學(xué)生按教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)操環(huán)境的重點(diǎn)學(xué)習(xí)。

系統(tǒng)從實(shí)訓(xùn)方式上可以選擇：

（1）學(xué)習(xí)訓(xùn)練模式。面向在校學(xué)生或企業(yè)培訓(xùn)學(xué)員，在一定的工序選擇模式下，根據(jù)作業(yè)的進(jìn)行提供作業(yè)提示、提出相關(guān)問題，每次作業(yè)結(jié)束后可以根據(jù)解答的速度和正確性進(jìn)行評分，用來滿足作業(yè)訓(xùn)練與知識技能學(xué)習(xí)需要。

（2）實(shí)操考評模式。面向企業(yè)員工的實(shí)際操作考核或競賽，只模擬現(xiàn)場作業(yè)實(shí)際來運(yùn)行，不提供提示和問題，可以用來進(jìn)行實(shí)際崗位操作的仿真訓(xùn)練或職業(yè)技能鑒定考試的實(shí)操環(huán)境。

系統(tǒng)從實(shí)訓(xùn)環(huán)境上可以選擇：

（1）統(tǒng)一實(shí)訓(xùn)環(huán)境。實(shí)訓(xùn)操作中每個學(xué)員所面對的初始工序參數(shù)條件都統(tǒng)一。

（2）隨機(jī)實(shí)訓(xùn)環(huán)境。實(shí)訓(xùn)操作每個學(xué)員所面對的初始工序參數(shù)條件具有一定的隨機(jī)性。

默認(rèn)各工序的完成時間按1：1設(shè)計(jì)，對于時間過長的工序，可以按設(shè)定比例進(jìn)行縮短。

2.2 系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個轉(zhuǎn)爐煉鋼仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)、控制臺、虛擬車間環(huán)境、虛擬煉鋼設(shè)備、虛擬崗位人員、模型庫系統(tǒng)、教學(xué)評價系統(tǒng)等部份構(gòu)成，系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)模式設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2中各系統(tǒng)只是邏輯上的劃分，實(shí)際的物理系統(tǒng)通?？梢灾皇强蛻魴C(jī)和服務(wù)器兩個系統(tǒng)構(gòu)成，其中：客戶機(jī)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)、虛擬控制臺、仿真模擬系統(tǒng)三個組成部分；服務(wù)器系統(tǒng)由模型庫系統(tǒng)、教學(xué)評價系統(tǒng)兩個組成部分。

圖2 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)

（1）轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)模擬的吹煉系統(tǒng)和上料系統(tǒng)兩個主要部分，冷卻系統(tǒng)可以選用。

（2）控制臺有真實(shí)展示生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)控制臺和利用計(jì)算機(jī)模擬的虛擬控制臺兩種方式。

（3）仿真模擬系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的核心，通過與模型庫系統(tǒng)和教學(xué)評價系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)煉鋼生產(chǎn)過程的按工序、按生產(chǎn)步驟（也就是事件）的效果模擬。仿真模擬系統(tǒng)同時還承擔(dān)虛擬車間環(huán)境、虛擬煉鋼設(shè)備和虛擬崗位人員（NPC）的仿真模擬。

這里的NPC是模擬的崗位操作者，它是借用電腦游戲中的NPC一詞來記述，NPC是英文Non-Player-Controlled Character，“非玩家控制角色”的縮寫，也就是計(jì)算機(jī)模擬環(huán)境中的人物角色，他的出場及活動可以是生產(chǎn)過程中由實(shí)際操作者的外部事件所觸發(fā)，也可以是由生產(chǎn)活動的工序進(jìn)程、工藝條件變化的內(nèi)部事件所觸發(fā)。

在系統(tǒng)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)和控制臺系統(tǒng)向仿真模擬系統(tǒng)下達(dá)作業(yè)指令和必要的運(yùn)行參數(shù)，仿真模擬系統(tǒng)反饋煉鋼生產(chǎn)參數(shù)給轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)和控制臺系統(tǒng)，由此形成煉鋼作業(yè)監(jiān)控運(yùn)行與煉鋼生產(chǎn)過程的人機(jī)互動仿真模擬效果。

設(shè)計(jì)實(shí)施時，以氧槍工、下料工在煉鋼控制室內(nèi)實(shí)施的操作內(nèi)容為主進(jìn)行，模擬操作者的設(shè)計(jì)主要是用來模擬實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場必要的人工操作，如合金工、搖爐工等轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場手動作業(yè)。

3 結(jié)語

企業(yè)生產(chǎn)過程仿真模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在應(yīng)用實(shí)踐中具有以下特點(diǎn)：①通過仿真模擬來實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程關(guān)鍵環(huán)節(jié)的動態(tài)展示，為學(xué)習(xí)者提供了生產(chǎn)過程學(xué)習(xí)的直觀條件；②利用生產(chǎn)現(xiàn)場影像資料配合，實(shí)現(xiàn)了對真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的再現(xiàn)，而且方便的資料更新功能可以為生產(chǎn)環(huán)境的變更提供便利；③通過實(shí)訓(xùn)中工序與工步的選擇與設(shè)置調(diào)整，可以滿足實(shí)訓(xùn)內(nèi)容在工序或工步上的靈活選擇；④系統(tǒng)中虛擬生產(chǎn)環(huán)境、虛擬設(shè)備、虛擬崗位人員與實(shí)體控制臺的結(jié)合，可以為學(xué)習(xí)者提供更加真實(shí)的生產(chǎn)操作訓(xùn)練學(xué)習(xí)環(huán)境；⑤仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)與教學(xué)知識點(diǎn)的靈活鏈接，為作業(yè)現(xiàn)場作業(yè)過程中教學(xué)內(nèi)容要求的不斷完善提供了方便。

主要參考文獻(xiàn)

［1］張旭東.案例分析—情景模擬—實(shí)踐體驗(yàn)教學(xué)流程的構(gòu)建——以人力資源開發(fā)與管理課程為例［J］.黑龍江高教研究，2008（8）：152-155.

［2］陳鵬.服裝生產(chǎn)技術(shù)一體化模擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程研究［J］.遼寧絲綢，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?。?972-），女，遼寧本溪人，本溪廣播電視大學(xué)理工學(xué)院副教授，碩士，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)教學(xué)與企業(yè)信息化應(yīng)用服務(wù)。