安徽工業(yè)大學虛擬現(xiàn)實軋制仿真技術實驗報告

軋制虛擬現(xiàn)實仿真實習報告姓名：吳志高班級：型133班學號:139024090指導老師：尹元德軋制虛擬現(xiàn)實仿真軋制過程基礎知識軋制過程是軋件由摩擦力拉進旋轉軋輥之間，受到壓縮進行塑性變形的過程，通過軋制使金屬具有一定的尺寸、形狀和性能。在一般的軋制條件下，軋輥圓周速度和軋件速度是不相等的，軋件出口速度比軋輥圓周速度大因此軋件與軋輥在出口處產生相對滑動，稱為前滑。而軋件入口速比軋輥圓周速度低，軋件與軋輥在入口處也產生相對滑動，但與出口相對滑動方向相反，稱為后滑。在軋制過程中，與軋輥接觸并產生塑形變形的區(qū)域為變形區(qū)。二、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的簡介：虛擬軋鋼系統(tǒng)結合了實際的軋鋼機械，以實際機械為基礎做出虛擬的數學三維模型，以真實機械的動作做出虛擬的模型動作。以求達到真實的目的。系統(tǒng)的安裝及啟動操作系統(tǒng)本程序可運行在windowsXP及其兼容操作系統(tǒng)下軟件環(huán)境系統(tǒng)已安裝TCP/IP協(xié)議系統(tǒng)已安裝Oracle客戶端程序軟件組成主程序：精軋?zhí)摂M程序和控制程序組成主程序目錄下的動態(tài)庫ENetCom.dll、SerialPort.dll主程序目錄下的配置文件夾res、lgres、config程序運行條件確保虛擬界面已經啟動，并連接了網絡確保數據庫服務器已經啟動，并連接了網絡確保網絡加密狗服務器已經啟動然后啟動控制界面程序2：皮料設置界面3：操作系統(tǒng)主畫面4：模擬軋機虛擬現(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，并有望虛擬仿真科技作為信息時代除理論推導和科學試驗之外的第三門新型科研方法，其技術及相關產品廣泛應用于工業(yè)產品的研究、設計、開發(fā)、測試、生產、培訓、使用、維護等各個環(huán)節(jié)。中國作為一個制造業(yè)大國，當前我國虛擬制造應用研究的重點方向是基于產品的三維虛擬設計、加工過程仿真和產品裝配仿真，研究如何生成可信度高的產品虛擬樣機，達到在產品設計階段能夠以較高的置信度預測所設計產品的最終性能和可制造性。隨著研究的不斷深人和相關技術的發(fā)展，虛擬制造必將得到日益廣泛的應用。一方面是為了解決鋼鐵行業(yè)生產性設備操作人員培訓是鋼鐵企業(yè)的難題，因為軋制過程是一個復雜的控制過程，目前我國絕大多數鋼鐵企業(yè)在實際軋制操作中都以手動為主，因此軋鋼操作工的業(yè)務水平很大程度上影響著軋制效率和產品質量。目前訓練軋鋼操作工主要是依靠有經驗的操作工通過傳、幫、帶的培訓方式對新工人進行在線的訓練和指導。然而隨著對鋼板軋制產量及質量要求的不斷提高，這種原有的在線培訓方式也愈加顯露出其局限性，如培訓周期長、易造成經濟損失等，此外在軋制節(jié)奏緊張的情況下，新操作工更是鮮有上操作臺操作的機會，從而導致操作技能難以快速提高。因此，搭建一個離線實時模擬訓練軋鋼操作工的仿真平臺，使操作工在不影響實際生產的情況下進行訓練活動是十分必要的。針對這種需求，我們開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實技術的軋鋼實時仿真訓練系統(tǒng)，其主要思想是采用了以計算機圖形顯示技術為核心的虛擬現(xiàn)實技術在計算機中生成逼真的虛擬環(huán)境，使用戶通過必要的硬件裝備自然地與虛擬環(huán)境中的客體進行交互，相互影響，產生親臨現(xiàn)場的感受和體驗。軋鋼操作工置身于逼真的模擬軋制生產環(huán)境中，通過向操作臺發(fā)出各種控制信號來不斷改變虛擬環(huán)境中鋼板的軋制狀態(tài)，進而通過視覺觀察相應的操作效果，實現(xiàn)交互式實時控制。在不影響實際生產的前提下達到了訓練軋鋼操作工軋制協(xié)調性和準確性的目的，極大地縮短了培訓周期，彌補了原有在線培訓的局限性。另外一方面虛擬軋鋼系統(tǒng)是解決軋鋼操作工培訓的重要手段，鋼鐵行業(yè)的經營企業(yè)必須加大對職工的培訓力度，以盡可能地降低安全事故。然而傳統(tǒng)的培訓方式不僅成本高昂，而且非?？菰铮Ч幻黠@，使企業(yè)陷入兩難境地。虛擬軋鋼模擬培訓和仿真操作系統(tǒng)，通過虛擬的方式對人員進行培訓，很好地解決了鋼鐵行業(yè)的職工培訓難題。通常我們由于設備、場地、經費等硬件的限制。許多現(xiàn)場培訓都無法進行。而利用虛擬軋鋼系統(tǒng)，學生足不出戶便可以做各種操作，獲得與真實一樣的體會。在保證教學效果的前提下，極大的節(jié)省了成本。真實操作往往會帶來各種危險，利用虛擬現(xiàn)實技術進行虛擬操作，學生在虛擬環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的實驗。利用虛擬現(xiàn)實技術建立起來的虛擬實訓基地，其“設備”與“部件”多是虛擬的，可以根據隨時生成新的設備。教學內容可以不斷更新，使實踐訓練及時跟上技術的發(fā)展。軋鋼機仿真實訓系統(tǒng)軟件利用電腦軟件三維成像技術和硬件技術相結合，虛擬出一個與軋鋼機機相似的工作環(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，解決已往培訓無法真實操作的難點。虛擬軋鋼系統(tǒng)結合了實際的軋鋼機械，以實際機械為基礎做出虛擬的數學三維模型，以真實機械的動作做出虛擬的模型動作。以求達到真實的目的。三、操作軋鋼生產仿真實訓系統(tǒng)所遇問題以及分析處理：在安冶操作訓練期間。我們按照三人一組進行分組，每組有一個主操作手和兩個副操手，主操作手的主要任務就是控制軋輥的速度以及方向，同時還有壓下量的調整。我在我們組擔任的職務是機前主操作手，主要負責將坯料的軋制操控與總調度，控制每道次軋制壓下量和軋輥速度。一開始老師給我們進行簡單的介紹，我們大家對操作臺不熟悉，因為大家都是第一次接觸，所以到我們操作時錯誤百出。進入界面都耗費很長時間，采用規(guī)程4，進行7個道次的軋制。開始我們大家都遇到了終軋溫度過低，精軋時間控制不好粗軋老是夾鋼甚至斷輥。精軋第一、二道次必須抱鋼，缺少一次造成鐮刀彎；第一道次未除鱗，造成表面結疤；第一道次的溫度過高等這些問題在稍微熟練后就可以避免了。有一到兩次我因沒看清鋼坯是否咬入錯誤的過早提高了軋輥轉速，但主要還是終軋溫度過低，我們嘗試過在開軋溫度的最高上限進入軋制，但最后還是低了很多。我們后來分析縮短軋制時間，減少溫降時間。于是我們讓主操在調整壓下量的時候稍微快點，調節(jié)手柄的根部，幅度不會那么大，精軋輥速的咬入速度是40轉/分到60轉/分，粗軋軋輥的咬入速度是20轉/分到40轉/分。高速軋制的速度都是100轉/分，我讓副手們盡可能的在夾鋼時快點，由于手柄老化，靈敏度不高，所以有時候明明看手柄在空擋位置，但是卻容易在倒擋或前進的一檔。所以也要注意。還有就是盡可能的將鋼送到軋輥前的鋼軌，節(jié)省時間。調整過后，我們的溫度逐漸接近終軋溫度，等后期我們操作熟練了以后，就可以達到終軋溫度了。然后我們進行粗軋操作。兩個附艙操作輥道將加熱好的鋼坯送入高壓水除磷箱，清除鋼坯表面的氧化鐵皮和轉鋼操作，并操作抱床將鋼坯擺正。由于有了精軋的操作做基礎，我并沒有遇到太多問題了，但附艙仍有一點麻煩，開始是開坯溫度過低，由于第一道次需要轉鋼，轉鋼很容易超過90度，一夾鋼就夾回去了，但隨著練習次數增多，這些小問題很快就被克服了。盡管時間相比于精軋耗時較長，溫降大，但由于溫度范圍更大，基本沒有太大問題。在粗軋中，主操作手相對難控制的是壓下量和輥速變化，我們都知道粗軋在咬入的時候咬入速度應該是20轉/分到40轉/分之間，當鋼坯進入軋輥之后，立馬提高輥速到100轉/分，也是就我們平時說的低速咬入，高速軋制。一開始我們都不算很熟練，但幾次練習之后，基本上粗軋每次都90+。我們組配合的很好，很有默契。這次的訓練讓我體驗到了團隊精神和合作的重要性。默契的團隊才能出彩。四、操作結果：在為期兩天的軋制仿真實驗和老師的指導與安排下，我們分別采用不同類型的鋼坯展開對軋制仿真過程的學習、練習與測試。我本人作為機前主操手，與我的兩位伙伴相互配合，共同完成了本次實驗。第一天，我們設置BVB鋼坯，在粗軋中，基本上都是八九十分，沒有出現(xiàn)大的問題，但溫度總是低于終軋溫度，或者由于操作不熟練而使得咬入和送鋼方向不一致。精軋中由于主操的粗心導致有時候初軋溫度超限，咬入速度過低，或者是我和副操們沒有配合到位出現(xiàn)了一些錯誤，夾鋼太快，沒夾到等導致精軋的尺寸出現(xiàn)了一點問題。第二天，我們以Q345C,Q235B鋼坯來進行模擬。我們組進行了缺陷軋制。上下表面的溫度設置的不一樣。然后設置修補，由于老師的細心講解我們在缺陷軋制的時候并沒有遇到太多的問題。我們后來還是進行無缺陷軋制。第二天比第一天操作熟練很多。我們開始降低成本。將出爐溫度降低很多，這在粗軋過程中將出爐坯料快速運到并進行轉鋼，這考驗我的手速和專注力，因為儀器有些老化。精軋的過程中我們有時候會和粗軋混淆，容易多道次抱鋼，使得軋制時間較長。但我們最終都將終軋溫度控制在要求內了，所以分數都挺好的。五、心得體會：在安冶為期兩天的軋鋼仿真實訓經歷中，我們清楚地了解到了一次軋鋼過程有一個小組3人配合方能完成，看似簡單的步驟卻有很多講究，讓我們更深層次的了解了軋制過程，并且在老師的耐心講解下