以现代钢铁制造全流程“铁—钢—轧”为主线,着力建设三大模块(炼铁仿真模块、炼钢仿真模块、轧钢仿真模块)、四个层次(基础通识、综合训练、专业设计和创新研究)的实验教学资源体系,培养学生工程实践、专业设计和科技创新三种能力。
三大模块以钢铁制造流程为主线,包含8个典型虚拟实践系统和7个虚拟实验系统,42个虚拟仿真实验教学项目(基础通识6项、综合训练10项、专业设计16项、创新研究10项)。关键工序模块主要由虚拟仿真和生产操作仿真两个子模块组成。虚拟仿真是在虚拟的环境下实现原料条件的设定、工艺路线的选择和工艺参数的优化;生产操作仿真是基于生产现场控制软件、数据库和操作界面,实现工艺过程的控制。基于虚拟仿真与生产操作仿真实验教学平台,学生可自由搭建实验项目,开展不同钢种的冶炼与加工工艺设计及优化、模拟生产及成本控制、事故分析及处理。
虚拟仿真实验教学资源丰富、层次鲜明、由浅入深、操作性强,适用于不同层次的各种相关人员学习,尤其是专业学生通过该系统与工程模拟、动态模型虚实结合的训练既能够加深学生对抽象的、难懂的理论知识的理解;又有利于学生亲自动手进行烧结、炼铁、炼钢、轧钢等方面的综合实验,增强 “钢铁是怎样炼成的”实感,培养学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力和创新能力;还有利于学生进行现代冶金生产操作训练,弥补学生以往到生产现场不能进行生产操作训练和冶金工艺实验的遗憾,缩短了上岗周期,有利于培养学生的工程能力和提升就业竞争力。
(1)炼铁仿真模块
炼铁生产操作仿真子模块采用3D 动画技术仿真完整的炼铁工艺过程,其设备和场景制作高度仿真,涵盖了全工艺流程的自动化二级监控系统和操控硬件设备(仿真现场操作台),同时采用虚拟现实技术将生产现场的自动化操控系统进行仿真,实现与虚拟场景和设备的完全互动,可实现高炉动态连续冶炼过程。
(2)炼钢仿真模块
炼钢生产操作仿真子模块配合声音、图像、动画及互动实景设备,培养学生熟练掌握炼钢工艺流程。通过反复练习炼钢模拟操作,有效实现学生在生产无法进行的实际操作、了解并学习处理实际操作中的生产事故等,达到熟能生巧的目的,提高学习效率。
(3)轧钢仿真模块
轧钢生产操作仿真子模块涵盖了目前冶金企业常见的轧钢生产线,生产工艺流程、自动化控制界面、工艺装备以及操控设备都与现场保持一致,场景采用虚拟现实技术仿真呈现,通过网络通信实现操作设备与虚拟场景的完全互动。轧钢虚拟仿真子模块可以完成对应工艺下的一些实验项目,在实验过程中学生应根据成品尺寸与性能的要求,初步设计实验方案后,输入原料和工艺参数后生产轧制程序表,然后进入操作界面进行仿真操作,最终生成报表并给出评价。
(4)虚拟实验模块
虚拟实验具有高度的仿真性、准确性、规范性、交互性等,以实际实验室为原型,以冶金专业实验手册及国家标准为依据,采用先进的3D建模技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象;实验的结果基于大量真实实验数据验证的数学模型进行求解,保证实验的严谨,科学,真实;实验过程以专业实验手册及国家标准为依据,培养规范化的实验操作;采用虚拟现实技术,通过人机交互,在虚拟实验室中完成整个实验过程。虚拟实验功能包括实验室安全考核、实验目的、实验原理、实验设备、操作练习和实验考核六部分。