專利名稱：一種軋鋼生產技能訓練與考核模擬仿真系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種模擬仿真系統(tǒng)，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(tǒng)。
背景技術：
虛擬現(xiàn)實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(chuàng)建一個逼真的、具有視、聽、觸、嗅、味等多種感知的計算機系統(tǒng)。人們借 助各種交互設備沉浸于虛擬環(huán)境之中，與虛擬環(huán)境中的實體進行交互，產生等同于真實物 理環(huán)境的體驗和感受。近年來，在虛擬現(xiàn)實的基礎上又發(fā)展出增強現(xiàn)實(或稱混合現(xiàn)實) 技術，通過跟蹤用戶的位置和姿態(tài)，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(xiàn)虛實結合、實時互動的新體驗。虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術還可廣泛 應用于軍事、先進制造、城市規(guī)劃、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學生物、教育培訓、文化娛樂等領域，并 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(yè)人員的培訓考核工作，基本上處于知識理論教學、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(tǒng)的培訓考核模式使企業(yè)作業(yè)人員對軋鋼設備真實的結構和操作處于模糊 狀態(tài)，造成經培訓、考核合格的作業(yè)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(tǒng)， 軋鋼生產技能訓練與考核模擬仿真系統(tǒng)利用電腦軟件三維成像技術和硬件技術相結合，虛 擬出一個與軋鋼相似的工作環(huán)境，讓廣大學生在虛擬的環(huán)境下迅速對軋鋼機操作和工作環(huán) 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。 本實用新型采用如下技術手段實現(xiàn)實用新型目的 —種軋鋼生產技能訓練與考核模擬仿真系統(tǒng)，包括操作臺，所述操作臺連接微機 系統(tǒng)，其特征在于，所述微機系統(tǒng)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(jiān)控顯示裝置。 優(yōu)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，經計算后，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制生成虛擬場景并進行顯 示； 數據采集模塊實時采集軋鋼過程產生的現(xiàn)場數據，經過放大、隔離、濾波處理后， 轉換成數字信號，通過計算機網絡向上層傳送； 優(yōu)選的，所述監(jiān)控顯示裝置包括[0012] PIC監(jiān)控模塊接收數據采集模塊輸送的數字信號，并根據數字信號對虛擬仿真 裝置進行控制； 虛擬顯示模塊顯示PIC監(jiān)控模塊接收得到的關鍵信息，并能夠把操作臺的操作 指令傳送給虛擬仿真裝置。
優(yōu)選的，所述監(jiān)控顯示裝置還連接有訓練考核裝置。 優(yōu)選的，所述訓練考核裝置包括參數記錄模塊、參數數據庫、考核比較模塊、標準 數據庫，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，所述考核比較模塊采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 數據庫中的數據的對比，可以快速評定軋制過程中受訓人員的得分情況。 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)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，經計算后，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制生成虛擬場景并進行顯示；數據采集模塊實時采 集軋鋼過程產生的現(xiàn)場數據，經過放大、隔離、濾波處理后，轉換成數字信號，通過計算機網 絡向上層傳送；監(jiān)控顯示模塊接收數據采集模塊輸送的數字信號，采用PIC自動化程序模 擬真實企業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)，操作和監(jiān)控界面完全仿真，把采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(tǒng)，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(chuàng)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(xiàn)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(chuàng)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(tǒng)便可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效 果，有利于激發(fā)員工的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)創(chuàng)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復觀察各種現(xiàn)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(guī)律性，增強感性認識并加以提煉上升到理論認識。在技能訓練方面，虛擬 現(xiàn)實的沉浸性和交互性，使員工能夠在虛擬的學習環(huán)境中扮演一個角色，全身心地投入到 學習環(huán)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(tǒng)沒有任何危險，可以不厭其煩地反復練習，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(yōu)選實施例的結構示意圖。 圖2為本實用新型優(yōu)選實施例的流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和優(yōu)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(tǒng)，所述微機系統(tǒng)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(jiān)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，經計算后，生成相應虛擬生產的過程數據。模型計算模塊是系統(tǒng)的重要組成部分，負 責與其他模塊進行數據交換，并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制生成虛擬 場景并進行顯示。工藝流程顯示模塊的實現(xiàn)采用了 DirectX圖形庫技術。整個虛擬場景根 據運動狀態(tài)可以分為靜態(tài)視景和動態(tài)視景兩部分，為了提高系統(tǒng)的實時性，對靜、動態(tài)視景 分別采用了不同的設計思路。靜態(tài)視景生成主要是一個建模的過程，動態(tài)視景生成則主要 是模型數據的動態(tài)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(xiàn)的。視景實現(xiàn)上使用了 DirectX中的矩陣函數，通過矩陣變換來 實現(xiàn)。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。軋鋼完畢后，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(tài)下經過軋機，會影響軋制質量。此外如果 出現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)轉鋼和推床的視覺效果。 也包括數據采集模塊，該模塊實時采集軋鋼過程產生的現(xiàn)場數據，經過放大、隔 離、濾波處理后，轉換成數字信號，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采集、分析處理，并根據控制模型調整軋制過程參數，使之 處于最佳狀態(tài).如軋制力、軋制溫度、壓下量、軋制速度、軋制前后的板材厚度等，有時則需 要對有關參數分析處理后進行仿真。數據采集模塊由PLC、各種傳感器以及一些采集板卡組 成，實時檢測軋機、活套以及操作箱等現(xiàn)場數據。同時，系統(tǒng)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(tǒng)的1/0擴展模塊，經過放大、隔離、濾波處理后，轉換成數字信號，通過計算機網絡向上 層傳送，完成對生產軋制的數據采集。 所述監(jiān)控顯示裝置包括，PIC監(jiān)控模塊，該模塊接收數據采集模塊輸送的數字信
號，并根據數字信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(jiān)控
模塊接收得到的關鍵信息，并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、參數數據庫、考核比較模塊、標準數據庫。參數
記錄模塊將受訓人員全程操作的過程參數記錄下來，寫入參數數據庫中，考核比較模塊采
用開放式主觀評估方式對數據進行分析評估，通過與標準數據庫中的數據的對比，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(fā)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，信息采集模塊實時采集工藝流程模塊的軋鋼信息，并 將采集到的實時信息轉換成數字信號上傳，監(jiān)控顯示模塊接收數字信號，并進行分析處理， 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，上述說明并非對本實用新型的限制，本實用新型也不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求一種軋鋼生產技能訓練與考核模擬仿真系統(tǒng)，包括操作臺，所述操作臺連接微機系統(tǒng)，其特征在于，所述微機系統(tǒng)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(jiān)控顯示裝置。
2. 根據權利要求1所述模擬仿真系統(tǒng)，其特征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，經計算后，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制生成虛擬場景并進行顯示； 數據采集模塊實時采集軋鋼過程產生的現(xiàn)場數據，經過放大、隔離、濾波處理后，轉換 成數字信號，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(tǒng)，其特征是所述監(jiān)控顯示裝置包括PIC監(jiān)控模塊接收數據采集模塊輸送的數字信號，并根據數字信號對虛擬仿真裝置 進行控制；虛擬顯示模塊顯示PIC監(jiān)控模塊接收得到的關鍵信息，并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(tǒng)，其特征是所述監(jiān)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(tǒng)，其特征是所述訓練考核裝置包括參數記錄模 塊、參數數據庫、考核比較模塊、標準數據庫，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，所述考核比較模塊采用開放式主觀評估方式對 數據進行分析評估，通過與所述標準數據庫中的數據的對比，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(tǒng)，包括操作臺，所述操作臺連接微機系統(tǒng)，所述微機系統(tǒng)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，經計算后，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制生成虛擬場景并進行顯示；數據采集模塊實時采集軋鋼過程產生的現(xiàn)場數據，經過放大、隔離、濾波處理后，轉換成數字信號，通過計算機網絡向上層傳送；監(jiān)控顯示模塊接收數據采集模塊輸送的數字信號，采用PIC自動化程序模擬真實企業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)，操作和監(jiān)控界面完全仿真，把采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(yōu)先權日2009年4月16日
發(fā)明者王繼 申請人:王繼