一種軋鋼生產技能訓練與考核模擬仿真系統的製作方法

2023-05-24 04:53:26 2

專利名稱：一種軋鋼生產技能訓練與考核模擬仿真系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種模擬仿真系統，具體地講，涉及一種軋鋼生產技能訓練與考
核模擬仿真系統。
背景技術：
虛擬實境是綜合利用計算機圖形學、光電成像技術、傳感技術、計算機仿真、人工 智能等多種技術，創建一個逼真的、具有視、聽、觸、嗅、味等多種感知的計算機系統。人們借 助各種交互設備沉浸於虛擬環境之中，與虛擬環境中的實體進行交互，產生等同於真實物 理環境的體驗和感受。近年來，在虛擬實境的基礎上又發展出增強現實(或稱混合現實) 技術，通過跟蹤用戶的位置和姿態，把計算機生成的虛擬物體或其它信息準確地疊加到真 實場景的制定位置，實現虛實結合、實時互動的新體驗。虛擬實境和增強現實技術還可廣泛 應用於軍事、先進位造、城市規劃、地理信息系統、醫學生物、教育培訓、文化娛樂等領域，並 有望產生巨大的經濟效益和社會效益。 長期以來，對鋼鐵作業人員的培訓考核工作，基本上處於知識理論教學、書面答題 或面試的模式，教學方法單一，教學內容枯燥，純理論知識教學，缺乏感性認識和安全操作 技能的實踐。傳統的培訓考核模式使企業作業人員對軋鋼設備真實的結構和操作處於模糊 狀態，造成經培訓、考核合格的作業人員在實際崗位上缺乏對軋鋼設備故障排除操作和應 急事故的處理能力。

實用新型內容本實用新型解決的技術問題是提供一種軋鋼生產技能訓練與考核模擬仿真系統， 軋鋼生產技能訓練與考核模擬仿真系統利用電腦軟體三維成像技術和硬體技術相結合，虛 擬出一個與軋鋼相似的工作環境，讓廣大學生在虛擬的環境下迅速對軋鋼機操作和工作環 境進行熟悉，從而提高技能熟悉工藝，解決以往培訓無法真實操作的難點。 本實用新型採用如下技術手段實現實用新型目的 —種軋鋼生產技能訓練與考核模擬仿真系統，包括操作臺，所述操作臺連接微機 系統，其特徵在於，所述微機系統包括兩臺可通過網絡交互通信的微機，其中一臺微機上設 置有軋鋼模擬仿真裝置，另一臺微機上設置有監控顯示裝置。 優選的，所述軋鋼模擬仿真裝置包括 模型計算模塊接收操作臺輸入的控制信號，經計算後，生成相應虛擬生產的過程 數據； 工藝流程顯示模塊將模型計算模塊生成的過程數據繪製生成虛擬場景並進行顯 示； 數據採集模塊實時採集軋鋼過程產生的現場數據，經過放大、隔離、濾波處理後， 轉換成數位訊號，通過計算機網絡向上層傳送； 優選的，所述監控顯示裝置包括[0012] PIC監控模塊接收數據採集模塊輸送的數位訊號，並根據數位訊號對虛擬仿真 裝置進行控制； 虛擬顯示模塊顯示PIC監控模塊接收得到的關鍵信息，並能夠把操作臺的操作 指令傳送給虛擬仿真裝置。
優選的，所述監控顯示裝置還連接有訓練考核裝置。 優選的，所述訓練考核裝置包括參數記錄模塊、參數資料庫、考核比較模塊、標準 資料庫，所述參數記錄模塊將受訓人員全程操作的過程參數記錄下來，寫入所述參數數據 庫中，所述考核比較模塊採用開放式主觀評估方式對數據進行分析評估，通過與所述標準 資料庫中的數據的對比，可以快速評定軋制過程中受訓人員的得分情況。 與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是本實用新型的模型計算模塊 接收操作臺輸入的控制信號，經計算後，生成相應虛擬生產的過程數據；工藝流程顯示模 塊將模型計算模塊生成的過程數據繪製生成虛擬場景並進行顯示；數據採集模塊實時採 集軋鋼過程產生的現場數據，經過放大、隔離、濾波處理後，轉換成數位訊號，通過計算機網 絡向上層傳送；監控顯示模塊接收數據採集模塊輸送的數位訊號，採用PIC自動化程序模 擬真實企業的監控系統，操作和監控界面完全仿真，把採集得到的關鍵信息傳給虛擬顯示 模塊顯示。利用虛擬軋鋼系統，根據所要培訓的內容進行相應的虛擬處理，員工無論是在 知識學習、能力創新，還是在經驗積累、技能訓練等都可收到意想不到的效果。如在知識學 習方面，它可以再現實際生活中無法觀察到軋制流程中鋼坯物理變化過程和設備內部運行 過程，為員工提供生動、逼真的感性學習材料，幫助員工解決學習中的知識難點，使抽象的 概念、理論直觀化、形象化。在能力創新方面，虛擬軋鋼技術可以對員工在學習過程中所提 出的各種假設模型進行虛擬，通過虛擬系統便可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效 果，有利於激發員工的創造性思維，培養創新能力。在經驗積累方面，可以建立各種虛擬實 驗室，自由地做各種實驗反覆觀察各種現象，思索其產生的機理，探索不同條件下的實驗結 果與條件變化的規律性，增強感性認識並加以提煉上升到理論認識。在技能訓練方面，虛擬 現實的沉浸性和交互性，使員工能夠在虛擬的學習環境中扮演一個角色，全身心地投入到 學習環境中去，"親手"練一練、"親口"說一說等做各種各樣的技能訓練。虛擬技能的訓練 系統沒有任何危險，可以不厭其煩地反覆練習，直至掌握操作技能為止，而且又幾乎沒有成 本的再投入。

圖1為本實用新型優選實施例的結構示意圖。 圖2為本實用新型優選實施例的流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和優選實施例對本實用新型作更進一步的詳細描述。 參見圖l，本實用新型包括操作臺，所述操作臺連接微機系統，所述微機系統包括
兩臺可通過網絡交互通信的微機，其中一臺微機上設置有軋鋼模擬仿真裝置，另一臺微機
上設置有監控顯示裝置。 所述軋鋼模擬仿真裝置包括模型計算模塊，模型計算模塊接收操作臺輸入的控制信號，經計算後，生成相應虛擬生產的過程數據。模型計算模塊是系統的重要組成部分，負 責與其他模塊進行數據交換，並為工藝流程顯示模塊提供實時顯示數據。該模塊涉及到了 如下基本模型主軋機的電機模型、輥縫模型、乳制力計算模型、乳件形變和溫度模型、輥道
電機模型、拋鋼模型、轉鋼運動模型、電動和液壓壓下模型、推床運動模型、跑偏模型等。 也包括工藝流程顯示模塊，該模塊將模型計算模塊生成的過程數據繪製生成虛擬 場景並進行顯示。工藝流程顯示模塊的實現採用了 DirectX圖形庫技術。整個虛擬場景根 據運動狀態可以分為靜態視景和動態視景兩部分，為了提高系統的實時性，對靜、動態視景 分別採用了不同的設計思路。靜態視景生成主要是一個建模的過程，動態視景生成則主要 是模型數據的動態驅動。軋件的運動及形變是根據仿真程序計算出的鋼板在輥道上的相對 位置和長寬高等數據實現的。視景實現上使用了 DirectX中的矩陣函數，通過矩陣變換來 實現。軋制過程中，通常要進行數次轉鋼操作以達到軋制要求，即通過輥道的摩擦力將鋼板 轉過90度進行軋制。軋鋼完畢後，鋼板的中心線往往會偏離軋制中心線，此時應當啟用推 床將鋼板夾正，否則鋼板在偏離軋制中心線的狀態下經過軋機，會影響軋制質量。此外如果 出現鋼板跑偏的情況，也應當用推床進行對中。因此轉鋼和推床是軋制過程中不可或缺的 工藝過程及工藝設備，該部分的視覺實現與軋件運動部分相似，也應用了 DirectX中的坐 標變換和造型變換，通過實時的參數傳遞，來實現轉鋼和推床的視覺效果。 也包括數據採集模塊，該模塊實時採集軋鋼過程產生的現場數據，經過放大、隔 離、濾波處理後，轉換成數位訊號，通過計算機網絡向上層傳送。該模塊自適應控制需對多 種軋制過程中的物理量進行數據採集、分析處理，並根據控制模型調整軋制過程參數，使之 處於最佳狀態.如軋制力、軋制溫度、壓下量、軋制速度、軋制前後的板材厚度等，有時則需 要對有關參數分析處理後進行仿真。數據採集模塊由PLC、各種傳感器以及一些採集板卡組 成，實時檢測軋機、活套以及操作箱等現場數據。同時，系統將軋制壓力、張力、活套傳感器、 熱金屬檢測器等模擬量或數字量信號以及運行、停止等開關量信號，分別通過連線送入PLC 系統的1/0擴展模塊，經過放大、隔離、濾波處理後，轉換成數位訊號，通過計算機網絡向上 層傳送，完成對生產軋制的數據採集。 所述監控顯示裝置包括，PIC監控模塊，該模塊接收數據採集模塊輸送的數字信
號，並根據數位訊號對虛擬仿真裝置進行控制；還包括虛擬顯示模塊該模塊顯示PIC監控
模塊接收得到的關鍵信息，並能夠把操作臺的操作指令傳送給虛擬仿真裝置。 訓練考核裝置包括參數記錄模塊、參數資料庫、考核比較模塊、標準資料庫。參數
記錄模塊將受訓人員全程操作的過程參數記錄下來，寫入參數資料庫中，考核比較模塊採
用開放式主觀評估方式對數據進行分析評估，通過與標準資料庫中的數據的對比，可以快
速評定軋制過程中受訓人員的得分情況。 參見圖2，本實用新型的工作流程為操作工通過操作臺向模型計算模塊發出操 作命令，模型計算模塊根據收到的指令進行計算，得到操作命令計算結果，計算結果通過工 藝流程顯示模塊進行實時顯示，同時，信息採集模塊實時採集工藝流程模塊的軋鋼信息，並 將採集到的實時信息轉換成數位訊號上傳，監控顯示模塊接收數位訊號，並進行分析處理， 將關鍵信息通過虛擬顯示設備進行顯示，操作工根據虛擬顯示模塊和工藝流程顯示模塊的 顯示信息，調整操作臺的控制命令，從而完成模擬軋鋼過程。 當然，上述說明並非對本實用新型的限制，本實用新型也不僅限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求一種軋鋼生產技能訓練與考核模擬仿真系統，包括操作臺，所述操作臺連接微機系統，其特徵在於，所述微機系統包括兩臺可通過網絡交互通信的微機，其中一臺微機上設置有軋鋼模擬仿真裝置，另一臺微機上設置有監控顯示裝置。
2. 根據權利要求1所述模擬仿真系統，其特徵是所述軋鋼模擬仿真裝置包括 模型計算模塊接收操作臺輸入的控制信號，經計算後，生成相應虛擬生產的過程數據；工藝流程顯示模塊將模型計算模塊生成的過程數據繪製生成虛擬場景並進行顯示； 數據採集模塊實時採集軋鋼過程產生的現場數據，經過放大、隔離、濾波處理後，轉換 成數位訊號，通過計算機網絡向上層傳送。
3. 根據權利要求1所述模擬仿真系統，其特徵是所述監控顯示裝置包括PIC監控模塊接收數據採集模塊輸送的數位訊號，並根據數位訊號對虛擬仿真裝置 進行控制；虛擬顯示模塊顯示PIC監控模塊接收得到的關鍵信息，並能夠把操作臺的操作指令 傳送給虛擬仿真裝置。
4. 根據權利要求3所述模擬仿真系統，其特徵是所述監控顯示裝置還連接有訓練考 核裝置。
5. 根據權利要求4所述模擬仿真系統，其特徵是所述訓練考核裝置包括參數記錄模 塊、參數資料庫、考核比較模塊、標準資料庫，所述參數記錄模塊將受訓人員全程操作的過 程參數記錄下來，寫入所述參數資料庫中，所述考核比較模塊採用開放式主觀評估方式對 數據進行分析評估，通過與所述標準資料庫中的數據的對比，可以快速評定軋制過程中受 訓人員的得分情況。
專利摘要本實用新型公開了一種軋鋼生產技能訓練與考核模擬仿真系統，包括操作臺，所述操作臺連接微機系統，所述微機系統上設置有軋鋼模擬仿真裝置，所述軋鋼模擬仿真裝置包括模型計算模塊接收操作臺輸入的控制信號，經計算後，生成相應虛擬生產的過程數據；工藝流程顯示模塊將模型計算模塊生成的過程數據繪製生成虛擬場景並進行顯示；數據採集模塊實時採集軋鋼過程產生的現場數據，經過放大、隔離、濾波處理後，轉換成數位訊號，通過計算機網絡向上層傳送；監控顯示模塊接收數據採集模塊輸送的數位訊號，採用PIC自動化程序模擬真實企業的監控系統，操作和監控界面完全仿真，把採集得到的關鍵信息傳給虛擬顯示模塊顯示。
文檔編號G09B19/00GK201449677SQ20092002097
公開日2010年5月5日 申請日期2009年4月16日 優先權日2009年4月16日
發明者王繼 申請人:王繼