安徽工业大学虚拟现实轧制仿真技术实验报告

轧制虚拟现实仿真实习报告姓名：吴志高班级：型133班学号:139024090指导老师：尹元德轧制虚拟现实仿真轧制过程基础知识轧制过程是轧件由摩擦力拉进旋转轧辊之间，受到压缩进行塑性变形的过程，通过轧制使金属具有一定的尺寸、形状和性能。在一般的轧制条件下，轧辊圆周速度和轧件速度是不相等的，轧件出口速度比轧辊圆周速度大因此轧件与轧辊在出口处产生相对滑动，称为前滑。而轧件入口速比轧辊圆周速度低，轧件与轧辊在入口处也产生相对滑动，但与出口相对滑动方向相反，称为后滑。在轧制过程中，与轧辊接触并产生塑形变形的区域为变形区。二、虚拟现实系统的简介：虚拟轧钢系统结合了实际的轧钢机械，以实际机械为基础做出虚拟的数学三维模型，以真实机械的动作做出虚拟的模型动作。以求达到真实的目的。系统的安装及启动操作系统本程序可运行在windowsXP及其兼容操作系统下软件环境系统已安装TCP/IP协议系统已安装Oracle客户端程序软件组成主程序：精轧虚拟程序和控制程序组成主程序目录下的动态库ENetCom.dll、SerialPort.dll主程序目录下的配置文件夹res、lgres、config程序运行条件确保虚拟界面已经启动，并连接了网络确保数据库服务器已经启动，并连接了网络确保网络加密狗服务器已经启动然后启动控制界面程序2：皮料设置界面3：操作系统主画面4：模拟轧机虚拟现实是综合利用计算机图形学、光电成像技术、传感技术、计算机仿真、人工智能等多种技术，创建一个逼真的、具有视、听、触、嗅、味等多种感知的计算机系统。人们借助各种交互设备沉浸于虚拟环境之中，与虚拟环境中的实体进行交互，产生等同于真实物理环境的体验和感受。近年来，在虚拟现实的基础上又发展出增强现实（或称混合现实）技术，通过跟踪用户的位置和姿态，把计算机生成的虚拟物体或其它信息准确地叠加到真实场景的制定位置，实现虚实结合、实时互动的新体验。虚拟现实和增强现实技术还可广泛应用于军事、先进制造、城市规划、地理信息系统、医学生物、教育培训、文化娱乐等领域，并有望虚拟仿真科技作为信息时代除理论推导和科学试验之外的第三门新型科研方法，其技术及相关产品广泛应用于工业产品的研究、设计、开发、测试、生产、培训、使用、维护等各个环节。中国作为一个制造业大国，当前我国虚拟制造应用研究的重点方向是基于产品的三维虚拟设计、加工过程仿真和产品装配仿真，研究如何生成可信度高的产品虚拟样机，达到在产品设计阶段能够以较高的置信度预测所设计产品的最终性能和可制造性。随着研究的不断深人和相关技术的发展，虚拟制造必将得到日益广泛的应用。一方面是为了解决钢铁行业生产性设备操作人员培训是钢铁企业的难题，因为轧制过程是一个复杂的控制过程，目前我国绝大多数钢铁企业在实际轧制操作中都以手动为主，因此轧钢操作工的业务水平很大程度上影响着轧制效率和产品质量。目前训练轧钢操作工主要是依靠有经验的操作工通过传、帮、带的培训方式对新工人进行在线的训练和指导。然而随着对钢板轧制产量及质量要求的不断提高，这种原有的在线培训方式也愈加显露出其局限性，如培训周期长、易造成经济损失等，此外在轧制节奏紧张的情况下，新操作工更是鲜有上操作台操作的机会，从而导致操作技能难以快速提高。因此，搭建一个离线实时模拟训练轧钢操作工的仿真平台，使操作工在不影响实际生产的情况下进行训练活动是十分必要的。针对这种需求，我们开发了基于虚拟现实技术的轧钢实时仿真训练系统，其主要思想是采用了以计算机图形显示技术为核心的虚拟现实技术在计算机中生成逼真的虚拟环境，使用户通过必要的硬件装备自然地与虚拟环境中的客体进行交互，相互影响，产生亲临现场的感受和体验。轧钢操作工置身于逼真的模拟轧制生产环境中，通过向操作台发出各种控制信号来不断改变虚拟环境中钢板的轧制状态，进而通过视觉观察相应的操作效果，实现交互式实时控制。在不影响实际生产的前提下达到了训练轧钢操作工轧制协调性和准确性的目的，极大地缩短了培训周期，弥补了原有在线培训的局限性。另外一方面虚拟轧钢系统是解决轧钢操作工培训的重要手段，钢铁行业的经营企业必须加大对职工的培训力度，以尽可能地降低安全事故。然而传统的培训方式不仅成本高昂，而且非常枯燥，效果不明显，使企业陷入两难境地。虚拟轧钢模拟培训和仿真操作系统，通过虚拟的方式对人员进行培训，很好地解决了钢铁行业的职工培训难题。通常我们由于设备、场地、经费等硬件的限制。许多现场培训都无法进行。而利用虚拟轧钢系统，学生足不出户便可以做各种操作，获得与真实一样的体会。在保证教学效果的前提下，极大的节省了成本。真实操作往往会带来各种危险，利用虚拟现实技术进行虚拟操作，学生在虚拟环境中，可以放心地去做各种危险的实验。利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训基地，其“设备”与“部件”多是虚拟的，可以根据随时生成新的设备。教学内容可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。轧钢机仿真实训系统软件利用电脑软件三维成像技术和硬件技术相结合，虚拟出一个与轧钢机机相似的工作环境，让广大学生在虚拟的环境下迅速对轧钢机操作和工作环境进行熟悉，从而提高技能熟悉工艺，解决已往培训无法真实操作的难点。虚拟轧钢系统结合了实际的轧钢机械，以实际机械为基础做出虚拟的数学三维模型，以真实机械的动作做出虚拟的模型动作。以求达到真实的目的。三、操作轧钢生产仿真实训系统所遇问题以及分析处理：在安冶操作训练期间。我们按照三人一组进行分组，每组有一个主操作手和两个副操手，主操作手的主要任务就是控制轧辊的速度以及方向，同时还有压下量的调整。我在我们组担任的职务是机前主操作手，主要负责将坯料的轧制操控与总调度，控制每道次轧制压下量和轧辊速度。一开始老师给我们进行简单的介绍，我们大家对操作台不熟悉，因为大家都是第一次接触，所以到我们操作时错误百出。进入界面都耗费很长时间，采用规程4，进行7个道次的轧制。开始我们大家都遇到了终轧温度过低，精轧时间控制不好粗轧老是夹钢甚至断辊。精轧第一、二道次必须抱钢，缺少一次造成镰刀弯；第一道次未除鳞，造成表面结疤；第一道次的温度过高等这些问题在稍微熟练后就可以避免了。有一到两次我因没看清钢坯是否咬入错误的过早提高了轧辊转速，但主要还是终轧温度过低，我们尝试过在开轧温度的最高上限进入轧制，但最后还是低了很多。我们后来分析缩短轧制时间，减少温降时间。于是我们让主操在调整压下量的时候稍微快点，调节手柄的根部，幅度不会那么大，精轧辊速的咬入速度是40转/分到60转/分，粗轧轧辊的咬入速度是20转/分到40转/分。高速轧制的速度都是100转/分，我让副手们尽可能的在夹钢时快点，由于手柄老化，灵敏度不高，所以有时候明明看手柄在空挡位置，但是却容易在倒挡或前进的一档。所以也要注意。还有就是尽可能的将钢送到轧辊前的钢轨，节省时间。调整过后，我们的温度逐渐接近终轧温度，等后期我们操作熟练了以后，就可以达到终轧温度了。然后我们进行粗轧操作。两个附舱操作辊道将加热好的钢坯送入高压水除磷箱，清除钢坯表面的氧化铁皮和转钢操作，并操作抱床将钢坯摆正。由于有了精轧的操作做基础，我并没有遇到太多问题了，但附舱仍有一点麻烦，开始是开坯温度过低，由于第一道次需要转钢，转钢很容易超过90度，一夹钢就夹回去了，但随着练习次数增多，这些小问题很快就被克服了。尽管时间相比于精轧耗时较长，温降大，但由于温度范围更大，基本没有太大问题。在粗轧中，主操作手相对难控制的是压下量和辊速变化，我们都知道粗轧在咬入的时候咬入速度应该是20转/分到40转/分之间，当钢坯进入轧辊之后，立马提高辊速到100转/分，也是就我们平时说的低速咬入，高速轧制。一开始我们都不算很熟练，但几次练习之后，基本上粗轧每次都90+。我们组配合的很好，很有默契。这次的训练让我体验到了团队精神和合作的重要性。默契的团队才能出彩。四、操作结果：在为期两天的轧制仿真实验和老师的指导与安排下，我们分别采用不同类型的钢坯展开对轧制仿真过程的学习、练习与测试。我本人作为机前主操手，与我的两位伙伴相互配合，共同完成了本次实验。第一天，我们设置BVB钢坯，在粗轧中，基本上都是八九十分，没有出现大的问题，但温度总是低于终轧温度，或者由于操作不熟练而使得咬入和送钢方向不一致。精轧中由于主操的粗心导致有时候初轧温度超限，咬入速度过低，或者是我和副操们没有配合到位出现了一些错误，夹钢太快，没夹到等导致精轧的尺寸出现了一点问题。第二天，我们以Q345C,Q235B钢坯来进行模拟。我们组进行了缺陷轧制。上下表面的温度设置的不一样。然后设置修补，由于老师的细心讲解我们在缺陷轧制的时候并没有遇到太多的问题。我们后来还是进行无缺陷轧制。第二天比第一天操作熟练很多。我们开始降低成本。将出炉温度降低很多，这在粗轧过程中将出炉坯料快速运到并进行转钢，这考验我的手速和专注力，因为仪器有些老化。精轧的过程中我们有时候会和粗轧混淆，容易多道次抱钢，使得轧制时间较长。但我们最终都将终轧温度控制在要求内了，所以分数都挺好的。五、心得体会：在安冶为期两天的轧钢仿真实训经历中，我们清楚地了解到了一次轧钢过程有一个小组3人配合方能完成，看似简单的步骤却有很多讲究，让我们更深层次的了解了轧制过程，并且在老师的耐心讲解下