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        虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)在材料成型專業(yè)中的應(yīng)用探索

        2018-06-05 10:17:28郭瑞華李振亮陳林張建飛趙團(tuán)丁國(guó)李慧琴方琪
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2017年34期
        關(guān)鍵詞:課堂教學(xué)

        郭瑞華 李振亮 陳林 張建飛 趙團(tuán) 丁國(guó) 李慧琴 方琪

        摘要:針對(duì)材料成型專業(yè)課程涉及面廣、實(shí)踐性強(qiáng)、內(nèi)容抽象,實(shí)習(xí)費(fèi)用高、危險(xiǎn)系數(shù)大等傳統(tǒng)教學(xué)難題,我校材料與冶金學(xué)院新引進(jìn)了仿真教學(xué)平臺(tái)設(shè)備,該平臺(tái)將虛擬仿真與課堂教學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)3D動(dòng)畫及生產(chǎn)視頻可讓學(xué)生更直觀的認(rèn)識(shí)了解生產(chǎn)工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備、操作系統(tǒng)等專業(yè)知識(shí)。仿真教學(xué)平臺(tái)為材料成型專業(yè)的科技化教育探索了一條新出路,提高了學(xué)生的實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新能力,同時(shí)也加強(qiáng)了對(duì)卓越工程師創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

        關(guān)鍵詞:材料成型;仿真平臺(tái);課堂教學(xué);實(shí)習(xí);畢業(yè)設(shè)計(jì)

        中圖分類號(hào):G40-034 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2017)11(a)-0000-00

        引言

        虛擬仿真又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù),就是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù),目前已廣泛應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。將其應(yīng)用于冶金,鋼鐵行業(yè),解決了相關(guān)專業(yè)高校學(xué)生實(shí)踐困難等的諸多問(wèn)題。虛擬仿真平臺(tái)已陸續(xù)為多個(gè)相關(guān)專業(yè)提供虛擬仿真教學(xué),受到了各專業(yè)學(xué)生的歡迎,收到了良好的教學(xué)效果。

        一、虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的必要性

        仿真教學(xué)平臺(tái)的建立不但模擬了現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝流程,還通過(guò)3D視頻演示出現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的情況,對(duì)不同重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行單一解剖,使學(xué)生更為直觀的認(rèn)識(shí)了解重要設(shè)備的構(gòu)造和工作原理,其次,學(xué)生的實(shí)際操作可以使其理解并掌握生產(chǎn)工藝,促進(jìn)了學(xué)生專業(yè)知識(shí)方面的理解。

        二、虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的特色

        (一)教學(xué)工廠

        大量的現(xiàn)場(chǎng)3D動(dòng)畫和圖片生動(dòng)地展現(xiàn)了軋鋼生產(chǎn)的全過(guò)程和主要設(shè)備參數(shù)及設(shè)備結(jié)構(gòu)。教師根據(jù)工程教育、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)的不同實(shí)踐類型及實(shí)踐目的,來(lái)制定和編寫仿真實(shí)踐平臺(tái)的實(shí)踐教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配,進(jìn)而有針對(duì)性地來(lái)確定學(xué)生仿真實(shí)踐的培訓(xùn)計(jì)劃、培訓(xùn)方案,豐富了課件資源,將一些知識(shí)內(nèi)容相互結(jié)合,充分解決在不同實(shí)習(xí)中的教學(xué)問(wèn)題。

        (二)仿真操作功能

        仿真操作系統(tǒng)有許多模型,其中包括嚴(yán)格的工藝模型和數(shù)學(xué)模型,以及操作仿真模型和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)模型,在成型加工進(jìn)程中,它們能保證實(shí)時(shí)的必要數(shù)據(jù)和必要結(jié)果,從而達(dá)到仿真操作的目的。

        (三)教學(xué)資源庫(kù)功能

        豐富的教學(xué)資源包括虛擬的3D動(dòng)畫和圖片以及配套的設(shè)備控件等,教師可以很方便的設(shè)置多媒體電子教案和根據(jù)不同的需要添加媒體資源,從而給學(xué)生在專業(yè)知識(shí)上有著良好的授課效果,同時(shí)該資源庫(kù)可以借助網(wǎng)絡(luò)資源擴(kuò)展相關(guān)知識(shí)點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)資源庫(kù)的補(bǔ)充。

        三、虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)模塊的應(yīng)用

        (一)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)在軋鋼工藝學(xué)課程中的應(yīng)用

        在軋鋼工藝學(xué)這門課程中,虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)通過(guò)建立中厚板的連續(xù)加熱軋制,證實(shí)了該平臺(tái)不僅對(duì)控制系統(tǒng)中的算法和工藝模型能進(jìn)行計(jì)算和分析,也可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)的參數(shù)和調(diào)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),例如,中厚板生產(chǎn)線壓下規(guī)程的制定,如圖1所示,該平臺(tái)將中厚板熱連軋仿真系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相結(jié)合起來(lái),使學(xué)生對(duì)軋制壓下規(guī)程有更為形象直觀的認(rèn)識(shí)和更為精準(zhǔn)的計(jì)算過(guò)程,讓學(xué)生能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的方法去學(xué)習(xí)軋鋼工藝學(xué)這門課程,為教學(xué)提供了非常便利。

        圖1 壓下規(guī)程的工藝模擬

        (二)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)在實(shí)習(xí)中的應(yīng)用

        材料成型專業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)主要在包鋼等鋼鐵聯(lián)合企業(yè)進(jìn)行,但目前鋼鐵企業(yè)的發(fā)展由于市場(chǎng)環(huán)境的不景氣而受到制約,使學(xué)生在實(shí)習(xí)過(guò)程中不能靠近軋鋼設(shè)備,必須在安全通道中參觀整個(gè)生產(chǎn)線,使得學(xué)生很難看清楚生產(chǎn)的每一環(huán)節(jié),然而,仿真教學(xué)平臺(tái)可以作為仿真實(shí)踐系統(tǒng)中的工藝模型和數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)接口,學(xué)生可以修改工藝參數(shù)并實(shí)施仿真過(guò)程,如圖2所示,所形成的虛擬畫面形象逼真、設(shè)備動(dòng)作準(zhǔn)確,同時(shí)清楚的展現(xiàn)了軋鋼生產(chǎn)的每一環(huán)節(jié),以及精準(zhǔn)的軋制時(shí)間、軋制周期、軋機(jī)距離等一系列參數(shù)都可以讓學(xué)生一目了然,這些都增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),也給予學(xué)生在獨(dú)立建模過(guò)程中的一定指導(dǎo)和幫助。

        圖2 中厚板生產(chǎn)線

        (三)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

        目前對(duì)大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求在逐漸下降,正是由于高校的教學(xué)條件、設(shè)計(jì)時(shí)間以及研究經(jīng)費(fèi)等的制約,學(xué)生在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí),所設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)重不匹配,然而,仿真教學(xué)平臺(tái)能夠指導(dǎo)學(xué)生更輕松的完成畢業(yè)設(shè)計(jì),例如,中厚板虛擬仿真的壓下規(guī)程,在輸入板坯厚度、寬度、板坯長(zhǎng)度、成品厚度、成品寬度后,就會(huì)詳細(xì)的介紹每道次的軋制厚度、軋制速度、相對(duì)變形量等數(shù)據(jù),同時(shí)能計(jì)算出總的軋制道次數(shù),如圖3所示。這為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙的繪制提供了最有利的資源,也增加了學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的興趣性,并且也擴(kuò)充了知識(shí)量,從而確保了本專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

        圖3 壓下規(guī)程的計(jì)算

        四、總結(jié)

        綜上所述,仿真教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì),它完美地使課堂教學(xué)方式與計(jì)算機(jī)虛擬教學(xué)方式相結(jié)合。該仿真實(shí)踐平臺(tái)的模擬訓(xùn)練可在最短的時(shí)間內(nèi)能加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解,也能提高學(xué)生解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題的能力,使學(xué)生可以深刻地掌握相關(guān)的專業(yè)知識(shí),也可以更好的加強(qiáng)教學(xué)質(zhì)量。同時(shí),這也為卓越工程師的培養(yǎng)奠定了堅(jiān)定的基礎(chǔ)。

        五、參考文獻(xiàn)

        [1]胡今鴻,李鴻飛,黃濤.高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放共享機(jī)制探究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015,7(2):140-201.

        [2]張輝,莊野.熱連軋仿真系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].鞍鋼技術(shù),2014,12(4):20-24.

        [3]袁曉麗,萬(wàn)新,張明遠(yuǎn),等.仿真技術(shù)在冶金實(shí)踐中的應(yīng)用-基于冶金卓越工程師培養(yǎng)[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2013,9(2):194-196.

        [4]鄧弘.中厚板軋制仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)冶金教育,2015,5(1):38-42.

        [5]張立強(qiáng),包燕平,王敏,等.冶金類專業(yè)仿真實(shí)踐教學(xué)[J].中國(guó)冶金教育,2013,16(9):31-33.

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