企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實訓系統(tǒng)的分析與設計

周健

（本溪廣播電視大學，遼寧 本溪 117000）

企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實訓系統(tǒng)的分析與設計

周健

（本溪廣播電視大學，遼寧 本溪 117000）

目前高校工科專業(yè)學生實訓教學難以有效實施，并且難得的一些實訓機會，效果也不夠理想。通過對專業(yè)教學、員工培訓和技能考核等方面要求的總結，應用信息技術將各學科的專業(yè)基礎知識、生產(chǎn)工藝過程、實訓教學方法等相結合，設計出了計算機仿真模擬的企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實訓系統(tǒng)，并且在應用中取得了很好的效果。

企業(yè)生產(chǎn)；仿真模擬；實訓系統(tǒng)

1 引言

對于企業(yè)生產(chǎn)工藝過程的學習，不但是工科類專業(yè)高校有所需要，對于企業(yè)的員工培訓和職業(yè)技能鑒定都是重要的內容。在這些學習和培訓中，除了必要的冶金生產(chǎn)基礎知識，對于企業(yè)生產(chǎn)各工序的實際操作訓練是學習的重要內容。但是由于實訓條件的限制，傳統(tǒng)的學習往往停留在課本上，實訓大多也都變成了現(xiàn)場參觀和簡單的跟班勞動，在企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場無法按教學計劃要求的工序和作業(yè)環(huán)節(jié)進行反復的再現(xiàn)式實訓。近年來隨著計算機應用技術的不斷發(fā)展，人們開發(fā)和應用了一些關于生產(chǎn)過程的仿真實訓系統(tǒng)，為企業(yè)生產(chǎn)的實訓提供了有益的思路，結合職業(yè)技術教育和職工培訓的經(jīng)驗，開發(fā)了一套企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實訓系統(tǒng)。該仿真實訓系統(tǒng)主要滿足已具備相關基礎知識的工科學生的實訓學習、企業(yè)新上崗工的崗前培訓、在崗職工的工藝能力訓練和職業(yè)技能鑒定，通過這個系統(tǒng)為這些學生和職工提供生產(chǎn)工藝過程實際操作學習的仿真模擬環(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。下面就以轉爐煉鋼生產(chǎn)過程為例說明仿真模擬實訓系統(tǒng)分析與設計的要點。

2 企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實訓系統(tǒng)的結構設計

2.1 系統(tǒng)的功能結構設計

企業(yè)系統(tǒng)的功能結構按照總體規(guī)劃、分步實施的原則，企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實訓系統(tǒng)主要包括煉焦、燒結、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋等企業(yè)生產(chǎn)的主要工藝。在這樣的總體架構設計下，可以結合不同院校或企業(yè)的教學與培訓特點進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習、仿真實訓和考核測驗三大部分。

由于作業(yè)仿真模擬的目的是突出生產(chǎn)過程中的重點工序及重點工步，對于一些簡單的、或次要的、或是無法很好的進行模擬的工步，進行了簡化處理，所以作業(yè)實訓模擬系統(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)的運行模式根據(jù)教學或作業(yè)訓練的需要，可以考慮從工序選擇、實訓對象、實訓環(huán)境三個方面設計為可選擇方式。

如圖1所示為企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實訓系統(tǒng)功能結構的轉爐煉鋼系統(tǒng)部分。

圖1 企業(yè)生產(chǎn)過程仿真實訓系統(tǒng)功能結構（轉爐煉鋼系統(tǒng)）

系統(tǒng)從工序選擇上可以有兩種運行模式。

（1）完整工序模式。從第一道工序“裝料”開始到最后一道工序“濺渣護爐”，完整的煉一爐鋼，主要是提供對轉爐煉鋼整體過程的訓練環(huán)境，可以作為崗位作業(yè)訓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行環(huán)境，以滿足進行重點工序訓練的要求，可以作為冶金專業(yè)學生按教學內容進行實操環(huán)境的重點學習。

系統(tǒng)從實訓方式上可以選擇：

（1）學習訓練模式。面向在校學生或企業(yè)培訓學員，在一定的工序選擇模式下，根據(jù)作業(yè)的進行提供作業(yè)提示、提出相關問題，每次作業(yè)結束后可以根據(jù)解答的速度和正確性進行評分，用來滿足作業(yè)訓練與知識技能學習需要。

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

系統(tǒng)從實訓環(huán)境上可以選擇：

（1）統(tǒng)一實訓環(huán)境。實訓操作中每個學員所面對的初始工序參數(shù)條件都統(tǒng)一。

（2）隨機實訓環(huán)境。實訓操作每個學員所面對的初始工序參數(shù)條件具有一定的隨機性。

默認各工序的完成時間按1：1設計，對于時間過長的工序，可以按設定比例進行縮短。

2.2 系統(tǒng)的運行結構設計

整個轉爐煉鋼仿真實訓系統(tǒng)由轉爐煉鋼控制系統(tǒng)、控制臺、虛擬車間環(huán)境、虛擬煉鋼設備、虛擬崗位人員、模型庫系統(tǒng)、教學評價系統(tǒng)等部份構成，系統(tǒng)的運行結構模式設計如圖2所示。

圖2中各系統(tǒng)只是邏輯上的劃分，實際的物理系統(tǒng)通常可以只是客戶機和服務器兩個系統(tǒng)構成，其中：客戶機系統(tǒng)由轉爐煉鋼控制系統(tǒng)、虛擬控制臺、仿真模擬系統(tǒng)三個組成部分；服務器系統(tǒng)由模型庫系統(tǒng)、教學評價系統(tǒng)兩個組成部分。

圖2 轉爐生產(chǎn)過程仿真實訓系統(tǒng)運行結構

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

（2）控制臺有真實展示生產(chǎn)現(xiàn)場的實控制臺和利用計算機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)和教學評價系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調用，實現(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)同時還承擔虛擬車間環(huán)境、虛擬煉鋼設備和虛擬崗位人員（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，也就是計算機模擬環(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)活動的工序進程、工藝條件變化的內部事件所觸發(fā)。

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

設計實施時，以氧槍工、下料工在煉鋼控制室內實施的操作內容為主進行，模擬操作者的設計主要是用來模擬實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場必要的人工操作，如合金工、搖爐工等轉爐現(xiàn)場手動作業(yè)。

3 結語

企業(yè)生產(chǎn)過程仿真模擬系統(tǒng)的設計，在應用實踐中具有以下特點：①通過仿真模擬來實現(xiàn)對生產(chǎn)過程關鍵環(huán)節(jié)的動態(tài)展示，為學習者提供了生產(chǎn)過程學習的直觀條件；②利用生產(chǎn)現(xiàn)場影像資料配合，實現(xiàn)了對真實生產(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通過實訓中工序與工步的選擇與設置調整，可以滿足實訓內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、虛擬設備、虛擬崗位人員與實體控制臺的結合，可以為學習者提供更加真實的生產(chǎn)操作訓練學習環(huán)境；⑤仿真實訓系統(tǒng)與教學知識點的靈活鏈接，為作業(yè)現(xiàn)場作業(yè)過程中教學內容要求的不斷完善提供了方便。

主要參考文獻

［1］張旭東.案例分析—情景模擬—實踐體驗教學流程的構建——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)技術一體化模擬仿真實訓教學過程研究［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

周健（1972-），女，遼寧本溪人，本溪廣播電視大學理工學院副教授，碩士，主要研究方向：計算機應用技術教學與企業(yè)信息化應用服務。