鋼絲生產仿真系統在高職教學的應用

張學輝

摘 要：為了解決高職教學中鋼絲生產實訓難題，與企業合作，以金屬制品企業4種常用盤條（82B、77B、65鋼、45鋼）為工作任務載體，以鋼絲生產的4個主要工序（表面處理、粗拉、熱處理、細拉）為導向開發了鋼絲生產仿真系統。在教學中應用仿真系統，提高了教學效果，強化了學生動手能力。仿真系統需要完善的方面有上線操作、對焊操作、壓尖操作、換模操作、下線操作、鍍層操作、穩定化處理操作、“三廢”處理、事故處理、質量檢驗操作等。

關鍵詞：鋼絲生產 模擬仿真 信息化 高職教學 校企合作

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（b）-0060-03

鋼絲生產是以熱軋線材為原料，經過表面準備、熱處理、拉拔、鍍（涂、包覆）層四大主要工序加工而成[1]，是鋼材冷加工中最典型的、也是最為繁雜的生產。因為安全生產原因，很多鋼絲生產企業不愿意接收學生實習。為了解決鋼絲生產實訓教學中“進不去、看不見、動不了、難再現”的難題，優化學院信息化教學環境，天津工業職業學院與國內企業合作開發了鋼絲生產仿真系統。學院負責總體設計和研發指導，企業負責系統開發與維護，實現了生產過程仿真化、設備操作可視化、理實教學一體化功能[2]。

1 鋼絲生產仿真系統介紹

我們按照“項目載體、任務驅動、教學做一體化”的教學模式，以企業常用生產原料為工作任務載體，以鋼絲生產主要工序為導向，設計開發了鋼絲生產仿真系統。

鋼絲生產仿真系統利用電腦軟件三維成像技術和硬件技術相結合[3]，虛擬出一個與鋼絲生產現場相似的工作環境，可以讓學生在虛擬仿真的環境下進行鋼絲生產的表面處理、粗拉、熱處理、細拉4個工序的操作。

1.1 表面處理

表面處理是為了去除氧化皮和涂覆潤滑載體。目前國內各鋼絲廠廣泛采用酸洗法去除氧化皮。這種方法生產效率高，同時可以對不同鋼種和規格的盤條進行處理。酸洗去除盤條表面氧化皮主要依靠酸的溶解作用、氫氣的機械剝離作用、氫的還原作用[4]。潤滑涂層是指鋼絲表面經物理或化學作用，在鋼基表面附上一層涂層，其作用是鋼絲拉拔時涂層可粘附潤滑劑載入模內。

仿真系統的表面處理主要是模擬了天津冶金集團中興盛達鋼業有限公司的隧道型往復式酸洗磷化皂化工藝。該工藝采用了隧道式全封閉工藝處理技術，將酸洗、磷化、皂化工藝進行集成。在隧道生產線中，酸洗線產生的酸霧廢氣在密閉空間，經過抽風系統集中抽排至酸霧凈化塔處理后達標排放，減少酸霧對大氣的影響。漂洗水、沖洗水由相應工藝槽經排水管道、溝渠排放至廢水處理站處理后回收利用，減少了工業廢水排放量。磷化渣混合液由磷化工藝槽經相應溝渠排放至磷化渣二級沉淀池沉淀，分離出磷化液清液和渣餅，清液繼續回用，固體狀渣按特種固體廢料統一處理[5]。

表面處理操作：首先在表面處理主界面內輸入酸洗時間、水洗時間、磷化時間、皂化時間、烘干時間。然后通過表面處理操作臺界面控制表面處理虛擬界面，通過裝卸吊鉤將鋼絲吊上入口運輸小車，控制入口運輸小車將鋼絲運送到循環吊鉤處，控制循環吊鉤進入處理箱，循環吊鉤自動按照設定的時間在處理箱中處理，處理完畢后循環吊鉤自動停止在處理箱的出口處，操作當前循環吊鉤將鋼絲運送到出口運輸小車上，到此，一卷鋼絲的表面處理流程完畢。

1.2 粗拉

粗拉是模擬直進式拉絲機進行9道次鋼絲連續拉拔。拉絲配模計算是鋼絲生產工藝設計的核心內容之一。拉拔速度也是非常重要的拉拔工藝參數。學生需要設定的參數有：各道次的直徑、拉拔速度。參數設定好后，在粗拉操作臺界面進行粗拉操作，依次打開電源，打開攪拌，打開卷筒供水，打開模盒供水，防護罩關閉，點擊整機啟動，拉絲機開始拉拔鋼絲。當收到處理完畢提示后，點擊整機停止按鈕，關閉卷筒供水，關閉模盒供水、關閉攪拌、關閉電源。粗拉操作結束。

1.3 熱處理

熱處理是拉絲生產中一道非常重要工序。在鋼絲生產中，熱處理的主要目的：一是為了消除鋼絲拉拔過程中造成的加工硬化，以利于繼續進行拉拔。二是為了確保成品鋼絲的最終機械性能或物理性能。熱處理操作中需要設置加熱爐1段、2段、3段、4段的溫度，然后設置鉛鍋溫度，之后鋼絲開始自動運行，進行相應的熱處理操作。

1.4 細拉

細拉是把粗拉完的半成品鋼絲在熱處理后再進行多道次的拉拔，主要用于生產直徑較細鋼絲。細拉操作需要設定的參數：各道次的直徑、細拉速度。細拉操作和粗拉操作基本相同，在細拉操作臺界面操作控制虛擬界面進行細拉操作。

2 仿真系統在教學中的應用

2.1 仿真實訓室

鋼絲生產仿真實訓室由1臺教師電腦、30臺學生電腦，輔以多媒體電子教室軟件構成教學環境，所有電腦組成一個局域網。每臺學生電腦上都裝有鋼絲生產仿真系統，有虛擬界面和操作臺界面。

2.2 工作任務

教師制定幾種常見的工作任務：（1）鋼種82B，原料直徑12.50mm，粗拉到直徑5.04mm，細拉到直徑2mm。（2）鋼種77B，原料直徑12.50mm，粗拉到直徑5.21mm，細拉到直徑1.9mm。（3）鋼種65鋼，原料直徑6.5mm，粗拉到直徑2mm，細拉到直徑0.8mm。（4）鋼種45鋼，原料直徑9mm，粗拉到直徑3.25mm，細拉到直徑1.4mm。教師可依據教學需要還可以再添加其他工作任務，教師把工作任務分配給學生。練習時所有學生可以進行同一個相同的工作任務，也可以練習不同的工作任務。考核時最好給每名學生不同的工作任務。

2.3 教學應用效果

本仿真系統主要針對開設《鋼絲生產工藝及設備》的高職學生，教師講解表面處理、拉拔、熱處理等理論知識時，可以進行仿真操作的演示。學生也可以進行操作練習，更容易理解和掌握這些理論知識。教學做一體，解決理論與實踐的脫節問題，提高了課堂教學效率和效果。