化工机械检修仿真软件的设计
时间:2022-05-08 10:05:02 浏览次数:次
摘 要:本文依据化工机械检修职业岗位任职要求,参照企业工作过程,将典型设备检修维护任务转化为学习领域,再将学习领域整合为实训项目。采用基于Photoshop的图形图像处理技术、基于Esperient Creator的三维建模动画技术等将化工机械检修知识中抽象的原理形象化、将危险的维修项目、维修设备虚拟化;采用Flash平台整合图形图像、动画、视频、音频等资源信息,设计开发虚拟仿真软件。
关键词:化工机械检修;多媒体;虚拟仿真
中图分类号:TP391.9
在化工行业中,多媒体技术主要用于解决化学工艺中的特定问题,化工机械检修问题几乎没有涉及。企业中依然是“师傅带徒弟”的模式,学校授课模式主要是“填鸭式”的课堂讲授、理论结合少部分实践教学。但这些学习方式都存在着投入大、损耗大、效率低、周期长、维护困难、危险性等特点。目前,化工企业90%的工人都是毕业于职业院校,为了减轻企业的培训负担、提高职院校毕业生的就业率,研究利用多媒体技术分析实现化工机械检修是非常有必要的。
1 国内外研究现状
2005年,乔向东分析研究采用VRML建立常见的化工机械零部件模型,模型数据存储在网络数据库中,然后根据化工机械设备的设计要求合成化工设备模型[1]。
2006年,罗一鸣,刘有智,袁志国等采用Visual Basic作为开发平台,以某化工企业的生产现场为模型,建立了一套化工场景漫游系统,辅助化工原理或化工工艺课程的教学[2]。
2010年,廖孙启,张蕾,龚福忠等人采用VRML建立化工设备虚拟模型和场景,开发了网络版化工原理仿真实验软件[3]。
2011年,李和香用3Dmax、Cult3D、Dream Weaver、Flash等研制《离心泵的检修与安装》课件。
以上研究的共同特点是都应用了多媒体技术中的虚拟现实技术,开发虚拟仿真软件,但研究领域都不属于化工机械检修。通过调研,用多媒体技术开发化工机械检修项目是非常有必要的:为学习者提供探索性学习情景;提供一种三维立体化表现方式;提供逼真、安全的虚拟操作环境;大大节约教育培训成本。
2 需求分析
2.1 虚拟仿真实训软件是化工检修企业人员提高自身素质的重要工具
化工机械设备的检修永不可能实现全自动化,高素质的操作人员对于企业安全保障尤为重要。目前,化工企业中,主要采用化工仿真培训方式,仿真系统操作界面以二维图像为主,缺乏真实感。随着多媒体技术的迅速发展,三维虚拟仿真在逐步实现,大大拉近了虚拟和真实的距离。
2.2 虚拟仿真是在校学生训练专业技能的重要工具
随着招生规模的扩大,职业院校实训场地越发不足,而且许多新型设备学校根本无力购置,使得学生还没有走出校门就与社会脱轨。虽然部分院校建有校外实训基地,但学生去校外实训基地实习,也只是参观,不让进入生产线操作。开发虚拟仿真实训软件,将在一定程度上还解决资金短缺的问题,而且也能提高教学质量,调动学生的学习积极性。
2.3 化工机械检修项目特点适合运用多媒体技术开发
为了让学生毕业就能就业,目前化工机械检修类课程教学均以典型化工设备维修任务为载体,以学生为主体,使学生在完成工作任务的同时正确掌握化工设备维护与检修的基本知识和基本技能,掌握典型化工设备维修原则和技术措施,熟练使用常见的维修工具,识别化工生产中设备常见的故障三现象,了解其发生原因以及一般解决办法,达到职业资格的要求。同时,培养学生具有诚实、守信、肯干、敬业、善于与人沟通和合作的职业品质,具有分析问题和解决问题的能力。
3 化工机械检修项目设计
项目设计遵循“以岗位需求为核心,以工作过程为导向,以工作任务为基础,以实践带理论为模式,以真实的工作为依托,以学生为中心,以自主学习为切入点,以多元评价为手段,以兴趣小组活动为载体”的原则,在工作流程中的各个环节突出不同的能力要素,然后根据不同的能力要素,设计图像、声音、动画等资料。
3.1 依据应用化工技术专业岗位需要,进行工作任务分析
根据化工行业所从事的四大岗位群,确定应用化工技术专业所涉及的三大核心岗位(化工设备操作、化工原料及产品分析、化工生产管理)。对核心岗位进行剖析,确定学生培养目标。
3.2 根据工作任务的要求,设计教学项目
根据化工检修领域的职业岗位群任职要求,参照企业工作过程,将典型设备检修维护任务转化为学习领域,再将学习领域转化为项目。设计项目时充分考虑了河南省地区经济状况、企业类型和学校办学条件。根据专业需求和企业具体情况,学习相关项目。灵活组合知识点满足不同职业技术岗位需求,项目具有较强的可操作性,充分体现了职业性、实践性和开放性的要求。
3.3 以工作任务为基础,整合教学内容
根据“以职业能力为主线,以典型的企业项目为载体,以真实的检修环境为依托,以完整的检修过程为行动体系”[4]的设计要求,本课程以培养典型化工设备维护与检修能力和相关的岗位能力为基本目标,紧紧围绕典型企业项目完成的需求来设计实训项目。每个项目都包括:工作任务单、技能单、作业单及任务考核单,各个环节的教学质量标准明确。在教学方式上,按“4单”要求完成工作任务,均采用集中与分组训练相结合,集体辅导与个别指导相结合的方式,最后进行学习评价。
4 仿真实训软件设计
以“换热器拆装与试压”项目为例,总体框架设计如图1。
图1 “换热器拆装与试压”项目仿真软件框架结构设计
4.1 基于Flash的二维动画设计
4.1.1 识图环节设计
识图学习:用鼠标触及带圈数字按钮,按钮旁边显示部件名称,同时对应的部件将会变色显示。将“零部件”按顺序编号a1、a2、a3……作为影片剪辑,“序号”作为按钮元件,制作逐帧动画。
识图游戏:单击鼠标左键拖动“部件名称”按钮,到对应的矩形框,正确按钮将自动填入,否则回到开始位置。编码如下:
on(press){
startDrag("aa1");
}
on(release){
stopDrag();
b2_x1=getProperty("a1", _x);
b2_y1 = getProperty("a1", _y);
b2_x2 = getProperty("aa1", _x);
b2_y2 = getProperty("aa1", _y);
dx=b2_x1-b2_x2;
dy=b2_y1-b2_y2;
dist=Math.sqrt(dx*dx+dy*dy);
if (dist<30) {
setProperty("aa1", _x, getProperty("a1", _x));
setProperty("aa1", _y, getProperty("a1", _y));
}
else{
setProperty("aa1", _x, 99);
setProperty("aa1", _y, 543);
}
4.1.2 换热器学习情境
采用Flash中的遮罩动画,橙色代表热水,蓝色代表冷水,该动画形象生动的展示了管程、壳程中水的流向,学生很容易理解。点击“管程热壳程冷”“管程冷壳程热”按钮,可以分别观看冷水、热水的流向。
4.2 基于Esperient Creator的三维动画设计
Esperient Creator是一个全新的交互式三维多媒体软件,也是一款功能强大的互动媒体和3D行业软件。被应用于建筑、漫画、广播教育工作、游戏、设计/开发、平面设计、教学设计、互动设计、室内设计、多媒体设计、培训Web、开发等领域。[5-6]
借助三维动画可以轻松的将现实中的庞然大物“大铁块”搬到学生面前,动画中的“显示壳体”“隐藏壳体”功能,方便学生观察换热器里外的结构,学生还可以通过鼠标拖动,360度旋转换热器,多角度观察换热器结构。学生通过鼠标单击化工设备,零件自动拆卸安装,出错提醒重新操作。
5 展望
本文设计开发的化工机械维修虚拟仿真系统,仍然还有很大提升空间,下一步将通过校企联合,弥补技术和设备的不足,利用学校自身人才资源,深入研究计算机辅助测试系统CAT理论和人工智能方法结合的实训操作过程的自动评判技术,借助云平台实现资源共享,远程培训。
参考文献:
[1]乔向东.化工机械虚拟技术及应用[J].江苏技术师范学院学报,2005(11):22-25.
[2]罗一鸣,刘有智,袁志国等.虚拟化工场景漫游系统的设计与实现[J].计算机与应用化学,2006(11):1159-1162.
[3]廖孙启,张蕾,龚福忠.基于VRML的化工原理虚拟实验室[J].实验科学与技术,2006(03):38-61.
[4]祝智庭.现代教育技术走向信息化教育[J].教育科学出版社,2002(02):240-249.
[5]Lin XY.Application of virtual reality in educational Training.Computer Simulation,2005(04):241-243.
[6]Li Y,Xue HB , Zhu BL.Extracts of OpenGL Applied Example.Beijing:Press,2001(04): 69-74.
作者简介:王雷(1983-),男,硕士研究生,应用化学系,研究方向:计算机应用;降华(1982-),女,硕士研究生,信息工程系,研究方向:计算机动画。
作者单位:河南化工职业学院,郑州 450000
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