论文《虚拟实操设备在安全技能培训的运用》-仁创编译转载

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　　摘要：采掘机械虚拟实操设备在煤矿特殊工种培训中的应用大大提高煤矿生产的安全性和效率，从煤矿综合掘进机虚拟实操系统、煤矿综合采煤机虚拟实操系统两方面对采掘机械虚拟实操设备在安全技能培训中的运用进行了研究分析，并阐述了虚拟现实技术与实操教学融合发展的主要表现，以期促进采掘机械虚拟实操设备的应用及发展。

　　关键词：采煤机;虚拟实操设备;掘进机;安全技能培训;运用

　　煤矿开采属于一个特殊行业，且包含十多种特殊工种，亟需技能型人才。经验丰富的老师傅口头传授以及手把手教学是煤矿技能型人才传统的培养方式，这一培养方式周期长、效果差。为了满足煤矿生产日益发展的需求，应在安全技能培训中积极引进、运用采煤机虚拟实操设备。

　　1虚拟现实技术与实操教学

　　虚拟实操系统有效地融合了虚拟现实技术与实操教学，更好地满足了一流应用技术大学建设的要求。随着时代的发展，虚拟现实技术日益成熟稳定，虚拟实操系统的发展呈现出了多元化的趋势，探放水虚拟实操系统、绞车提升虚拟实操系统等各种各样的虚拟实操系统应运而生。虚拟实操系统在安全技能培训中具有以下优势。第一，培养学生的思维能力。借助虚拟现实技术可以为学生营造良好的实操教学氛围，有效激发学生的学习主动性、积极性，提高学生的思维能力。同时虚拟现实技术的引入还可以提高学生的能力水平，促进学生全面发展。在课堂教学过程中，引入虚拟现实技术可以充分引导、刺激学生的感官系统，帮助学生按序完成各环节的练习、操作。第二，完善学校的教学条件。要培养新型技能型人才，就需要满足新时期、新形势的总体要求，就需要建设实操室，并配置专业设备。为了实现煤矿安全技能培训，某校投资引进了综采机虚拟操作试验台、综掘机虚拟操作试验台、煤矿井下探放水作业人员实操装置等一系列仪器设备，为校内相关专业学生开创了多个实验项目，以期能切实提高学生的实际操作能力，丰富学生的安全知识。第三，培养技能型人才。相关学校应积极培养符合新时期需求的技能型人才，提高学生的就业竞争力。同时还可以有效激发学生的主观能动性，提高学生的综合能力水平。

　　2煤矿综合掘进机虚拟实操系统

　　对于综合掘进机虚拟实操系统而言，其主要是由硬件子系统和软件子系统两部分组成。其中，硬件子系统由三部分构成，包括系统集成控制台、多功能主机，以及显示屏幕。系统集成控制台由掘进机的具体情况来决定其外观轮廓，多功能主机一般配置了8G内存、多频四核处理器、65nm高清独立显卡，而显示屏幕选择了26″液晶显示屏。笔者主要介绍的是煤矿掘进机虚拟实操系统平台的软件系统。综合掘进机虚拟实操系统所采用的软件子系统是由虚拟实操教学、基础知识教学、理论与实操考核等部分组成。(1)虚拟实操教学。虚拟实操教学可以通过符号、图像、声音等多种形式实现，系统可以模拟掘进机的实际生产环境，帮助学生进行持续的实操训练。虚拟实操教学能为学院提供强化训练的机会，促使学生能根据正确顺序对掘进机进行启动、运行、关闭等各项操作，使学生能掌握单机操作技能。掘进准备的下一环节是装岩、运岩、破岩等训练，其要求学员严格按照命令和指挥进行操作。在实际训练过程中，如果学员出现操作上的失误，将会发出预警，并通知学生重新操作，直至正确为止。(2)基础知识教学。该板块涉及到的内容主要为相关基础理论、机械维修、机器构造等多方面的知识。基础理论知识教学采用的形式是幻灯片、多媒体视频教学，利用幻灯片、视频的形式将教学内容直观、生动地展现在学生面前，帮助学生掌握综合掘进机的内部组成方式、元器件，使学生能充分了解综合掘进机的指令按钮、用途等各方面的知识。综合掘进机的设备零部件数量十分庞大，但其主要设备构件为水系统、截割部、液压系统、电气系统、机身主板、润滑系统等。机械拆装一般是借助三维立体VR来把综合掘进机的构成呈现在学生眼前，并通过相关指令的下达来把掘进机拆分到无法再拆分的地步。煤矿综合掘进机虚拟实操系统平台还对掘进机的常用故障进行了重点介绍，对掘进机实际使用过程中经常出现的一些典型故障进行了分析讲解，确保学员不仅能掌握综合掘进机的正确操作顺序，还能明确掘进机的常见故障，掌握对简单故障的正确处理方法。(3)理论与实操考核。通常情况下，当理论与实操教学都结束后，需要进行教学考核，考核分为理论考试、实操考试两部分。系统会随机抽取一定数量的试题对学院进行考核，一般要求每一位学员在规定时间内完成作答，并自动计算成绩。理论考核试卷的题型主要是选择题，不作答，或答案错误都会扣分。实操考试的形式通常是要求学员在一定时间内完成井下施工流程操作流程，如果出现差错会发出预警并自动扣分，直至考试结束后自动计算成绩。

　　3煤矿综合采煤机虚拟实操系统

　　综合采煤机虚拟实操系统同样包括了软件子系统和硬件子系统。该系统的硬件子系统包括五大部分，分别是采煤机虚拟操作台、多媒体显示器、双向摇臂远程无线控制器、高性能主机、刮板输送机集中操作台与综采液压支架等组成。煤矿综合采煤机虚拟实操系统的软件子系统由场景教学、机械构造、入门教学、理论考试等部分构成。首先，场景教学。其通常是指地面虚拟控制练习、采煤机割煤方式练习、采煤机井下虚拟割煤前准备练习和采煤机维修保养练习。其中地面虚拟控制练习主要是在地面条件下借助综采液压支架、采煤机双向摇臂远程无线控制器、刮板输送机集中操作平台等来完成对采煤机械设备的有效操纵，最终完成机械设备启动、关闭、运行等虚拟操作练习。该过程中，可以加深学员对采煤各个环节机械设备相关知识的了解和掌握。实际上，井下虚拟情况下，采煤机割煤前准备练习主要是对井下工作环境进行模拟，并结合正确顺序来开展采煤机启动、关闭、运行等操作练习。如学生操作步骤出现差错或操作失误，系统将会发出预警，并告知正确的操作提示，以确保学生可以顺利完成相关操作。只有学生在规定时间内了解和掌握采煤工作的相关流程，系统才允许学员进入下一环节的练习。其次，机械构造。这里所提及到的采煤机机械构造教学主要是分割教学法，其可以把采煤机划分为不同的组成模块，并三维立体的方式呈现在学生眼前，而且还可以对模块系统进行自动分析和讲解，最终完成对这些组成模块的操作重新组成。机械构造教学有利于学生深入了解采煤机结构。再次，入门教学。该环节主要是对综合采煤机理论知识进行详细的讲解，并借助三维立体虚拟现实VR进行播放。实际上，三维立体虚拟现实VR播放涉及到的主要内容是综合采煤机的启动、运行、关闭等操作，以及操作过程的细节和注意事项。最后，理论考试。该环节的主要内容包括采煤机操作流程、结构组成、设备维护等相关基础理论知识，考试题型为选择题，学员需在规定时间内完成所有题目才能提交试卷。

　　4小结

　　采掘机械虚拟实操设备在煤矿安全技能培训中具有很高的应用价值，有利于培养满足新时代需要的技能型人才。虚拟实操教学能够为学生创建逼真的操作环境，提高学生的实践能力，使学生能更好地适应生产需要。在煤矿安全技能培训中运用采掘机械虚拟实操设备能够有效提高培训质量和效率。

　　参考文献：

　　[1]郭卫,冯伟康,赵栓峰，等.基于虚拟仪器的采煤机在线监测与诊断系统研究[J].煤矿机械,2015,36(1):278-281.

　　[2]安葳鹏,孟卫娟,屈星龙，等.基于虚拟现实的煤矿大型设备培训系统研究[J].测控技术,2016,35(10):105-108.

　　[3]宋瑜锋.采煤机虚拟现实装配仿真系统研究[J].山西煤炭管理干部学院学报,2017,30(2):42-44.

　　作者：宋润生 单位：大同煤矿集团公司四老沟矿员工培训中心

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