BIM技術應用于糖機設備維修實踐教學的探索

雷光鴻，郭榮來，黃 凱，寧方堯

（1.廣西工業職業技術學院，廣西 南寧 530001；2.中國輕工業廣州工程有限公司，廣東 廣州 510000）

1 引言

制糖產業是廣西的傳統優勢產業，是“千億元產業工程”重點發展產業，糖產量占全國總產量的60%以上。隨著中國綜合實力的高速增長，5G時代的來臨，計算機技術在制糖生產管理中顯得更為重要。BIM是一個以可視化技術與數字化信息技術為基礎而形成的一種項目管理措施，使用BIM技術將能夠創建集合糖廠建筑物、設施和管線于一身的3D模型，并通過BIM虛擬現實技術實現糖廠設備安裝維護維修的可視化管理。通過軟件功能設計、開發、集成和應用，實現糖廠生產設備基于BIM模型的信息擴展和交互應用。能夠直觀的表現出糖廠建筑物、設施和管線等施工信息，也有助于糖廠設備管理檢修養護部門工作人員更有效、直接的了解設備現狀以及安裝維護狀況，對設備在生產安裝中出現的空間沖突等問題加以分析，從而提高糖廠設備安裝保養維修工作的順利開展，更好的實現糖廠設備綜合維護巡檢管理的效果，優化工藝流程，有效提升糖廠設備綜合維護管理各個環節的施工效果，為廣西糖業在工業4.0時代實現智慧糖業提供保障。

2 BIM技術在糖機設備維修實踐教學中應用的必要性

2.1 高職制糖專業設備維修實踐教學的不足

對于高職制糖專業學員而言，在糖機技術設備維修專業課教育當中的概念是比較抽象且拗口的，由于有許多繁雜的龐大設施，而相應的知識點較分散，對問題進行分類又較繁雜，所以老師在授課的過程中所使用的方式并沒有完全符合學員需要，就會出現授課困難和工作效率降低的狀況。在糖機技術設備維修實習教學當中，也往往出現測量工位不夠的狀況，這也是困擾課堂教學當中的一個問題。由于測量工位不夠，所以在授課時學員們都是輪流對糖機設施進行維修操作，這導致授課過程中浪費時間。因學校授課老師數量有限，無法合理對每一位學員作出正確的引導，因此無法及時發現每一位學員的缺點，不僅影響到學員實際操作能力的提高，而且削弱了學生的學習積極性，學生也無法更好的掌握操作技能。

2.2 將BIM技術應用在糖機設備維修實踐教學中的必要性

在制糖機設備維修過程中，維修的快慢主要在于拆開與組裝所耗費的時間，為了更好的進行維修工作，就必須有嫻熟的技術并且掌握各項相關技能。從目前來看，糖機設備維修主要是按照實訓的模式展開教學工作的，這種方式需要有大量的設備器材應用于教學過程中，投資較大，且教學實習的場地也足夠，教學訓練時間長。但是學生的實際操作機會很少，加長了學生實際掌握技術的周期。因此，如何能夠在短時間內讓學生掌握技術是老師考慮的主要問題。隨著BIM技術的開發，在糖機設備的教育環境中利用信息技術資源，運用BIM方法，可以有效的減少課堂的學習時間，并很大程度降低了場地使用和設備的開支，既減輕了老師的壓力，也可以提高課堂效率，提升教學質量。

3 BIM技術在糖機設備維修實踐教學中應用的意義

將BIM技術用于糖機設備維修實踐教學的課程中。既能為學校節省部分教學資金和資源，還能幫助學生增強理論知識，提升操作技能水平。

3.1 減輕授課教師的壓力

上課教師們對糖機設備維修過程逐一加以講解，包括所需的工具、如何使用以及使用技巧等，這些可能要花一上午的時間也只能為學生講解一遍糖機設備操作技巧，但如果能使用制糖設備的虛擬軟件，學生就可以利用該軟件來完成實際的操作演示，同時配合線上教師的介紹，既能夠幫助學生更好地掌握知識和加強記憶，又提高了學生學習糖機設備的興趣，同時教師也能夠在實際講授的過程中及時解答學生的疑問，針對性的對問題進行解答，讓傳統的教學模式發生轉變。

3.2 節約教學資源，提升教學質量

糖機設備裝配維修的教學流程中使用了BIM軟件，堅持虛實結合，營造職場情境，由于糖機設備的操控性極強，而且糖機設備拆卸太多會導致實訓過程工具與機械設備之間的磨損，通過虛擬現實仿真等培訓，可以克服傳統課程中難以呈現的細節、作業環境與場景脫節、針對學員職業素質提升不足等問題，從而提升教學質量。讓學生掌握正確的糖機設備拆卸方法后再去操作實物，即可保證在最小程度上對設備造成損壞。

在糖機設備維修教學活動中，利用計算機BIM模式向學員講解有關知識點，并進行多人共同作業，能減輕老師的工作強度。同時，由于虛擬仿真技術只需對軟件不斷更新與升級就能適應學校對糖機教學設備更新發展的需求，因此也為學校節省了購置更新實驗設施的投資，也解決了學校資金不足，教育設備簡陋的難題。

4 糖廠制糖車間工藝設備BIM仿真模型制作

4.1 主要糖廠壓榨工藝設備的BIM設計模型

甘蔗堆場設備：喂蔗臺、電動雙梁抓斗橋式起重機、卸蔗操控臺。

甘蔗預處理設備：輸蔗機1#、蔗屑清掃器1#、理平機、蔗刀機、蔗料稱、輸蔗機2#、蔗屑清掃器2#、打散機、撕解機、快速皮帶輸蔗機、電磁除鐵器。

壓榨間設備：高位槽1#～5#、壓榨機本體1#～5#、壓榨機下送輥及三梳裝置、接汁盆1#～5#、卸渣槽、壓榨機驅動電機1#～5#、減速齒輪箱1#～5#、中間輸送機1#～4#、潤滑系統、壓榨機油壓系統、膠囊式蓄能器1#～12#、油壓站（含油箱、高壓柱塞泵）、滲透水箱、滲透水泵1#~2#、滲透汁箱1#～3#、滲透汁泵1#～4#、滲透汁曲篩1#～3#、混合汁箱、混合汁泵、圓筒篩、螺旋輸送機、混合汁貯箱、混合汁泵（篩后）1#～2#、電動雙梁雙鉤橋式起重機、壓榨機操作平臺、篩平臺。

4.2 BIM模型中的設備綁定

將設備編碼為索引，并與BIM模式中的設備加以綁定。綁定之后，在通過對BIM模式中設備實施使用時，系統能夠自動從設備臺賬模塊中，把模型綁定對于設備的臺賬信息，在BIM模型中進行展示，方便設備狀態的查詢。

4.3 BIM模型設備安裝、拆卸及設備工藝流程開發

糖廠的設計和施工過程中，既往的許多作業過程，都是使用了以往的經驗作業方式進行的，盡管對過去并不會造成很大的影響，但對現代化的設計操作來說，卻是存在著很多困難的。當BIM方法在設備裝配中使用后，施工管理不再按照經驗模式完成，而是會對各項工作進行詳細的分析和整理。運用BIM技術對設備工藝流程進行仿真模擬展示。系統能夠模擬糖廠物料、汽、水在工藝流程中的流向問題。

系統在實現當選定喂蔗臺撕解機高位槽壓榨機（含本體、下送輥及三梳裝置）接汁盆卸渣槽中心物料輸送圓筒篩潤滑系統壓榨機液壓控制系統等關鍵設備時，用戶還可以進行機械設備的拆卸和裝配虛擬現實交互仿真作業，從而有效地減少了施工成本和提升施工效果，在施工過程中可以明顯的提升精確度，為機械設備維修管理節約了成本、提高質量、縮短工期。通過利用BIM技術方法，運用模塊化的方式進行定期數據分析，對管理工作當中的不足進行討論，并找到解決的方法，在管理工作當中積極的推進，防止了因設備安裝維護等管理工作中的問題而產生惡性循環現象。

5 BIM技術在糖機設備維修實踐教學中的具體應用

5.1 BIM技術糖機設備可視化管理

糖廠可視化設備管理是指以糖廠設備BIM數字虛擬模型為基礎的一種管理活動，包括設備臺賬管理可視化和檢修拆裝設備過程中的4D方案模擬。首先，需要通過Autodesk Revit等建模軟件建立糖廠設備的3D虛擬模型。其次，可以將設備相關的文檔及圖紙資料等臺賬信息與3D虛擬模型相關聯形成BIM數字虛擬模型，為日常的設備臺賬管理活動提供依據。另外，在企業的機械設備檢修及拆裝等施工作業中，還可以通過BIM和虛擬模式對企業機械設備裝配施工中的各個環節進行完整的動態仿真，有利于企業施工隊伍形象、具體、直觀地提前掌握整個施工流程，從而科學、合理地制訂施工進度規劃，直觀、準確地了解機械設備的檢修進度，對各個機械設備維修部件的配合工作做統一的管理和全盤的掌控，從而有利于企業壓縮工期，減少建設成本。

5.2 BIM技術糖機設備維修模擬仿真系統

在虛擬環境中，學員能夠操縱虛擬的制糖工業過程、糖機設備等體形很大的零件，完成不同形態的操作，包括將糖機設備解剖、擴大變小、左右運動、正反翻轉等等。虛擬的環境，不管是糖機設備還是基本構造進行全面考察并進一步理解，讓正在進行維修學習的學生，能夠隨時觀察糖機設備的基本構造，進而比較直觀、簡單、迅速、有效的理解和牢固把握糖機設備的基本構造。老師在向學員介紹了基本知識之后，學生就能夠在電腦上進行初期的糖機設備維修練習，身臨其境的課堂教學環境，降低了學生學習難點，讓學生更進一步的了解掌握專業知識的重點和難題，進而提高學生的學習積極性，讓學生在真正的設備維修時能夠更加順利的進行。

5.3 BIM技術糖機設備維修虛擬仿真評估考核

在實際的課程中，通過操作將計算機網絡的各大數據處理特性有機融合，讓模擬技術中對相關信息的計算更為精確。在具有評估考核條件的地方，可以進行不限量的網絡仿真考核或者單機自測。既可以對全部的試題同時進行考核，也可以分組進行逐一評估。而各個地區均具有相應的評分要求，評估考核項目通常包括修理成績和根據維修結果計算機自主統計操作的成績，老師將根據評估成績進行全面評價。而經過全面的考核，老師將合理的評估學員掌握課程內容的效果。考核項目可以包括基礎知識、實訓技能、自評、互評等。通過這樣的方法，能夠幫助學習者認識到教學過程中的不足，從而進行進一步的練習來鞏固對知識點的積累。

6 總結

綜上所述，隨著社會的發展和進步，制糖設備深受新技術的發展和運用的影響，將虛擬仿真技術運用到糖機設備維修的實際教學之中，既能讓傳統的教學理念從根本上發生變化，而且能在一定程度上提升教學效率和效果。