鋼絲生產(chǎn)仿真系統(tǒng)在高職教學(xué)的應(yīng)用

張學(xué)輝

摘 要：為了解決高職教學(xué)中鋼絲生產(chǎn)實訓(xùn)難題，與企業(yè)合作，以金屬制品企業(yè)4種常用盤條（82B、77B、65鋼、45鋼）為工作任務(wù)載體，以鋼絲生產(chǎn)的4個主要工序（表面處理、粗拉、熱處理、細(xì)拉）為導(dǎo)向開發(fā)了鋼絲生產(chǎn)仿真系統(tǒng)。在教學(xué)中應(yīng)用仿真系統(tǒng)，提高了教學(xué)效果，強(qiáng)化了學(xué)生動手能力。仿真系統(tǒng)需要完善的方面有上線操作、對焊操作、壓尖操作、換模操作、下線操作、鍍層操作、穩(wěn)定化處理操作、“三廢”處理、事故處理、質(zhì)量檢驗操作等。

關(guān)鍵詞：鋼絲生產(chǎn) 模擬仿真 信息化 高職教學(xué) 校企合作

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（b）-0060-03

鋼絲生產(chǎn)是以熱軋線材為原料，經(jīng)過表面準(zhǔn)備、熱處理、拉拔、鍍（涂、包覆）層四大主要工序加工而成[1]，是鋼材冷加工中最典型的、也是最為繁雜的生產(chǎn)。因為安全生產(chǎn)原因，很多鋼絲生產(chǎn)企業(yè)不愿意接收學(xué)生實習(xí)。為了解決鋼絲生產(chǎn)實訓(xùn)教學(xué)中“進(jìn)不去、看不見、動不了、難再現(xiàn)”的難題，優(yōu)化學(xué)院信息化教學(xué)環(huán)境，天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院與國內(nèi)企業(yè)合作開發(fā)了鋼絲生產(chǎn)仿真系統(tǒng)。學(xué)院負(fù)責(zé)總體設(shè)計和研發(fā)指導(dǎo)，企業(yè)負(fù)責(zé)系統(tǒng)開發(fā)與維護(hù)，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程仿真化、設(shè)備操作可視化、理實教學(xué)一體化功能[2]。

1 鋼絲生產(chǎn)仿真系統(tǒng)介紹

我們按照“項目載體、任務(wù)驅(qū)動、教學(xué)做一體化”的教學(xué)模式，以企業(yè)常用生產(chǎn)原料為工作任務(wù)載體，以鋼絲生產(chǎn)主要工序為導(dǎo)向，設(shè)計開發(fā)了鋼絲生產(chǎn)仿真系統(tǒng)。

鋼絲生產(chǎn)仿真系統(tǒng)利用電腦軟件三維成像技術(shù)和硬件技術(shù)相結(jié)合[3]，虛擬出一個與鋼絲生產(chǎn)現(xiàn)場相似的工作環(huán)境，可以讓學(xué)生在虛擬仿真的環(huán)境下進(jìn)行鋼絲生產(chǎn)的表面處理、粗拉、熱處理、細(xì)拉4個工序的操作。

1.1 表面處理

表面處理是為了去除氧化皮和涂覆潤滑載體。目前國內(nèi)各鋼絲廠廣泛采用酸洗法去除氧化皮。這種方法生產(chǎn)效率高，同時可以對不同鋼種和規(guī)格的盤條進(jìn)行處理。酸洗去除盤條表面氧化皮主要依靠酸的溶解作用、氫氣的機(jī)械剝離作用、氫的還原作用[4]。潤滑涂層是指鋼絲表面經(jīng)物理或化學(xué)作用，在鋼基表面附上一層涂層，其作用是鋼絲拉拔時涂層可粘附潤滑劑載入模內(nèi)。

仿真系統(tǒng)的表面處理主要是模擬了天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司的隧道型往復(fù)式酸洗磷化皂化工藝。該工藝采用了隧道式全封閉工藝處理技術(shù)，將酸洗、磷化、皂化工藝進(jìn)行集成。在隧道生產(chǎn)線中，酸洗線產(chǎn)生的酸霧廢氣在密閉空間，經(jīng)過抽風(fēng)系統(tǒng)集中抽排至酸霧凈化塔處理后達(dá)標(biāo)排放，減少酸霧對大氣的影響。漂洗水、沖洗水由相應(yīng)工藝槽經(jīng)排水管道、溝渠排放至廢水處理站處理后回收利用，減少了工業(yè)廢水排放量。磷化渣混合液由磷化工藝槽經(jīng)相應(yīng)溝渠排放至磷化渣二級沉淀池沉淀，分離出磷化液清液和渣餅，清液繼續(xù)回用，固體狀渣按特種固體廢料統(tǒng)一處理[5]。

表面處理操作：首先在表面處理主界面內(nèi)輸入酸洗時間、水洗時間、磷化時間、皂化時間、烘干時間。然后通過表面處理操作臺界面控制表面處理虛擬界面，通過裝卸吊鉤將鋼絲吊上入口運(yùn)輸小車，控制入口運(yùn)輸小車將鋼絲運(yùn)送到循環(huán)吊鉤處，控制循環(huán)吊鉤進(jìn)入處理箱，循環(huán)吊鉤自動按照設(shè)定的時間在處理箱中處理，處理完畢后循環(huán)吊鉤自動停止在處理箱的出口處，操作當(dāng)前循環(huán)吊鉤將鋼絲運(yùn)送到出口運(yùn)輸小車上，到此，一卷鋼絲的表面處理流程完畢。

1.2 粗拉

粗拉是模擬直進(jìn)式拉絲機(jī)進(jìn)行9道次鋼絲連續(xù)拉拔。拉絲配模計算是鋼絲生產(chǎn)工藝設(shè)計的核心內(nèi)容之一。拉拔速度也是非常重要的拉拔工藝參數(shù)。學(xué)生需要設(shè)定的參數(shù)有：各道次的直徑、拉拔速度。參數(shù)設(shè)定好后，在粗拉操作臺界面進(jìn)行粗拉操作，依次打開電源，打開攪拌，打開卷筒供水，打開模盒供水，防護(hù)罩關(guān)閉，點擊整機(jī)啟動，拉絲機(jī)開始拉拔鋼絲。當(dāng)收到處理完畢提示后，點擊整機(jī)停止按鈕，關(guān)閉卷筒供水，關(guān)閉模盒供水、關(guān)閉攪拌、關(guān)閉電源。粗拉操作結(jié)束。

1.3 熱處理

熱處理是拉絲生產(chǎn)中一道非常重要工序。在鋼絲生產(chǎn)中，熱處理的主要目的：一是為了消除鋼絲拉拔過程中造成的加工硬化，以利于繼續(xù)進(jìn)行拉拔。二是為了確保成品鋼絲的最終機(jī)械性能或物理性能。熱處理操作中需要設(shè)置加熱爐1段、2段、3段、4段的溫度，然后設(shè)置鉛鍋溫度，之后鋼絲開始自動運(yùn)行，進(jìn)行相應(yīng)的熱處理操作。

1.4 細(xì)拉

細(xì)拉是把粗拉完的半成品鋼絲在熱處理后再進(jìn)行多道次的拉拔，主要用于生產(chǎn)直徑較細(xì)鋼絲。細(xì)拉操作需要設(shè)定的參數(shù)：各道次的直徑、細(xì)拉速度。細(xì)拉操作和粗拉操作基本相同，在細(xì)拉操作臺界面操作控制虛擬界面進(jìn)行細(xì)拉操作。

2 仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 仿真實訓(xùn)室

鋼絲生產(chǎn)仿真實訓(xùn)室由1臺教師電腦、30臺學(xué)生電腦，輔以多媒體電子教室軟件構(gòu)成教學(xué)環(huán)境，所有電腦組成一個局域網(wǎng)。每臺學(xué)生電腦上都裝有鋼絲生產(chǎn)仿真系統(tǒng)，有虛擬界面和操作臺界面。

2.2 工作任務(wù)

教師制定幾種常見的工作任務(wù)：（1）鋼種82B，原料直徑12.50mm，粗拉到直徑5.04mm，細(xì)拉到直徑2mm。（2）鋼種77B，原料直徑12.50mm，粗拉到直徑5.21mm，細(xì)拉到直徑1.9mm。（3）鋼種65鋼，原料直徑6.5mm，粗拉到直徑2mm，細(xì)拉到直徑0.8mm。（4）鋼種45鋼，原料直徑9mm，粗拉到直徑3.25mm，細(xì)拉到直徑1.4mm。教師可依據(jù)教學(xué)需要還可以再添加其他工作任務(wù)，教師把工作任務(wù)分配給學(xué)生。練習(xí)時所有學(xué)生可以進(jìn)行同一個相同的工作任務(wù)，也可以練習(xí)不同的工作任務(wù)?？己藭r最好給每名學(xué)生不同的工作任務(wù)。

2.3 教學(xué)應(yīng)用效果

本仿真系統(tǒng)主要針對開設(shè)《鋼絲生產(chǎn)工藝及設(shè)備》的高職學(xué)生，教師講解表面處理、拉拔、熱處理等理論知識時，可以進(jìn)行仿真操作的演示。學(xué)生也可以進(jìn)行操作練習(xí)，更容易理解和掌握這些理論知識。教學(xué)做一體，解決理論與實踐的脫節(jié)問題，提高了課堂教學(xué)效率和效果。