企業生產過程仿真實訓系統的分析與設計

周健

（本溪廣播電視大學，遼寧 本溪 117000）

企業生產過程仿真實訓系統的分析與設計

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基礎知識、生產工藝過程、實訓教學方法等相結合，設計出了計算機仿真模擬的企業生產過程仿真實訓系統，并且在應用中取得了很好的效果。

企業生產；仿真模擬；實訓系統

1 引言

對于企業生產工藝過程的學習，不但是工科類專業高校有所需要，對于企業的員工培訓和職業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基礎知識，對于企業生產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，傳統的學習往往停留在課本上，實訓大多也都變成了現場參觀和簡單的跟班勞動，在企業生產現場無法按教學計劃要求的工序和作業環節進行反復的再現式實訓。近年來隨著計算機應用技術的不斷發展，人們開發和應用了一些關于生產過程的仿真實訓系統，為企業生產的實訓提供了有益的思路，結合職業技術教育和職工培訓的經驗，開發了一套企業生產過程仿真實訓系統。該仿真實訓系統主要滿足已具備相關基礎知識的工科學生的實訓學習、企業新上崗工的崗前培訓、在崗職工的工藝能力訓練和職業技能鑒定，通過這個系統為這些學生和職工提供生產工藝過程實際操作學習的仿真模擬環境。

現代企業生產的工藝過程十分繁雜，比如鋼鐵生產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過程為例說明仿真模擬實訓系統分析與設計的要點。

2 企業生產過程仿真實訓系統的結構設計

2.1 系統的功能結構設計

企業系統的功能結構按照總體規劃、分步實施的原則，企業生產過程仿真實訓系統主要包括煉焦、燒結、煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋等企業生產的主要工藝。在這樣的總體架構設計下，可以結合不同院?；蚱髽I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。

由于作業仿真模擬的目的是突出生產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，所以作業實訓模擬系統沒有按現場崗位分工來劃分，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。

系統的運行模式根據教學或作業訓練的需要，可以考慮從工序選擇、實訓對象、實訓環境三個方面設計為可選擇方式。

如圖1所示為企業生產過程仿真實訓系統功能結構的轉爐煉鋼系統部分。

圖1 企業生產過程仿真實訓系統功能結構（轉爐煉鋼系統）

系統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境，可以作為崗位作業訓練或技能競賽考核的環境。

（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境，以滿足進行重點工序訓練的要求，可以作為冶金專業學生按教學內容進行實操環境的重點學習。

系統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培訓學員，在一定的工序選擇模式下，根據作業的進行提供作業提示、提出相關問題，每次作業結束后可以根據解答的速度和正確性進行評分，用來滿足作業訓練與知識技能學習需要。

（2）實操考評模式。面向企業員工的實際操作考核或競賽，只模擬現場作業實際來運行，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技能鑒定考試的實操環境。

系統從實訓環境上可以選擇：

（1）統一實訓環境。實訓操作中每個學員所面對的初始工序參數條件都統一。

（2）隨機實訓環境。實訓操作每個學員所面對的初始工序參數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 系統的運行結構設計

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

圖2中各系統只是邏輯上的劃分，實際的物理系統通常可以只是客戶機和服務器兩個系統構成，其中：客戶機系統由轉爐煉鋼控制系統、虛擬控制臺、仿真模擬系統三個組成部分；服務器系統由模型庫系統、教學評價系統兩個組成部分。

圖2 轉爐生產過程仿真實訓系統運行結構

（1）轉爐煉鋼控制系統主要是由計算機模擬的吹煉系統和上料系統兩個主要部分，冷卻系統可以選用。

（2）控制臺有真實展示生產現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）仿真模擬系統作為整個系統的核心，通過與模型庫系統和教學評價系統的數據調用，實現煉鋼生產過程的按工序、按生產步驟（也就是事件）的效果模擬。仿真模擬系統同時還承擔虛擬車間環境、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境中的人物角色，他的出場及活動可以是生產過程中由實際操作者的外部事件所觸發，也可以是由生產活動的工序進程、工藝條件變化的內部事件所觸發。

在系統運行時，轉爐煉鋼控制系統和控制臺系統向仿真模擬系統下達作業指令和必要的運行參數，仿真模擬系統反饋煉鋼生產參數給轉爐煉鋼控制系統和控制臺系統，由此形成煉鋼作業監控運行與煉鋼生產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生產現場必要的人工操作，如合金工、搖爐工等轉爐現場手動作業。

3 結語

企業生產過程仿真模擬系統的設計，在應用實踐中具有以下特點：①通過仿真模擬來實現對生產過程關鍵環節的動態展示，為學習者提供了生產過程學習的直觀條件；②利用生產現場影像資料配合，實現了對真實生產環境的再現，而且方便的資料更新功能可以為生產環境的變更提供便利；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系統中虛擬生產環境、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操作訓練學習環境；⑤仿真實訓系統與教學知識點的靈活鏈接，為作業現場作業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信息化應用服務。