基于虚拟现实技术的水泥生产过程模拟系统设计.pdf

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1、兰Q!鱼生篁!!期i蔓篁!丝塑2江酉蕉堑王猩簧理基于虚拟现实技术的水泥生产过程模拟系统设计●武海燕。张宝光，杨永利一内蒙古化工职业学院。内蒙古呼和浩特010010摘要：根据水泥生产岗位的需求，利用虚拟现实技术，开发了水泥生产过程模拟系统，实现了对水泥生产的实景仿真。本套系统将对目前水泥生产的培训、教学具有革新的意义。关键词：水泥生产虚拟现实技术模拟虚拟现实技术(VirtualReality)，又称灵境技术。这种技术的特点是利用计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三度空间，或是把其它现实环

2、境编制到计算机中去产生逼真的“虚拟环境”，从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。为适应目前高职的学生状况和人才培养目标要求，教学改革势在必行。在教学改革中，如何调动学生的积极性，如何能够实现理实一体的教学是目前教学改革的难点。材料工程技术专业学生就业面向水泥厂，让学生能够真正的掌握水泥厂的生产操作是关键，就此开发适应目前教育的水泥生产过程模拟系统将具有重要意义。目前，国内各职业院校材料工程技术专业(水泥方向)的教学基本依靠文字、图片等教学手段，即使学生能到水泥厂实地进行实习，因受水泥企业生产的连续性所限，

3、也只能了解水泥生产的工厂布局、生产过程概况，对生产设备的结构、工作过程、工艺流程很难进行细致深入的认识研究，因此针对水泥生产过程进行计算机仿真具有重大的现实意义。根据目前日产5000吨水泥熟料新型干法水泥生产线提出了用虚拟现实语言来进行真实物体模型的创建，从而实现对生产过程的仿真。1原始资料收集通过到冀东水泥厂、呼市金川特种水泥厂、乌兰水泥厂、山西神固水泥厂、赤峰远航水泥厂、河北太行水泥厂等各大水泥厂调研、收集资料，下厂拍摄近千张照片，从多角度收集了各水泥厂平面布局、车间布置、设备等原始资料，后期通过网上、参考书查找

4、各类相关资料，为后期建立水泥厂平面布局仿真模型打下良好基础。(部分收集资料展示见图】、图l生料制备车间多角度拍摄合成图图2水泥厂全貌建模图及后期渲染图2虚拟现实技术建立水泥生产仿真模型2．1水泥全厂虚拟三维环境概况针对日产5000吨水泥熟料新型干法水泥厂的特点，采取图形与图·258·像相结合的混合建模技术，将现实世界的真实三维环境(现实物体对象的集合)转变为计算机中虚拟三维环境的过程的实物虚化技术，并采用二维、三维结合的方式，根据水泥厂的实际生产过程制作了水泥厂总平面布置全貌和工艺流程图。按照水泥工艺过程进行水泥生产

5、的建筑物、构筑物的设置、各种设备的布置、厂区道路、全厂绿化等，根据生产规模、工艺流程、生产特点等布置厂房，设备布置把车间内的各种设备按照工艺流程加以定位。(部分水泥全厂虚拟三维环境概况展示见图2)2．2水泥生产车间虚拟三维设计各车间的虚拟三维环境按照水泥厂实际的各车间布置，根据13产5000吨水泥熟料新型干法水泥厂常用的设备进行模拟设计，包括破碎、均化、生料粉磨、烧成车间、煤磨车间、水泥粉磨车间。生产车间的布置，包括厂房布置和设备布置，除了主要设备以外还包括了附属设备、工艺管道、检修设备以及各种连接件和料仓等。虚拟三

6、维水泥环境可清楚表现出各车间楼层设备的相对位置与管道的连接关系等，(通过旋转视角、镜头拉伸、鸟瞰、俯视)既可在整体上从各个方位不同角度了解各车间的布局，又可通过隐藏、显现墙或楼板等支撑装置，一目了然的了解物料走向和气流走向，其培训效果远远超过工厂现场的学习。(部分水泥生产车间虚拟三维环境由资料、原理分析、建模、渲染、内部结构展示)2．3水泥生产设备虚拟三维设计对工厂主要生产设备、输送设备、储存设施的结构进行深入设计，可以通过隐藏设备的外壳清楚的了解立磨、窑、球磨、破碎机等的内部构造、组成、工作原理等。(部分水泥生产设

7、备虚拟三维环境由资料、原理分析、建模、渲染、内部结构剖析展示)2．4水泥生产设备动画设计制作了水泥生产中的主要设备的工作动画，生动形象的展示了各设备工作过程。(部分水泥生产设备虚拟三维环境的工作动画由资料、原理分析、建模、渲染、内部结构剖析展示)3结论创建了水泥生产全过程的教学软件，国内首次实现水泥厂从全貌到设备构造的虚拟现实设计。把真实生产环境、生产过程通过虚拟方式再现，使教学过程更加直观、简单、逼真，相当于把工厂搬到课堂。利用三维动画语言，能够使学生如身临其境，从整体到局部、从生产工艺过程到各车间情况及设备、从静

8、态到动态，掌握水泥生产的全面基本知识。动画空间里的物体，可以360度的观察它的形态、特点、构造；使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在水泥厂中的全厂布局、车间布置、各生产环节的关系，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，学生可随时随地坐在教室真实学习水泥生产的知识，有效激发了学生的学习兴趣。参考文献[1]汪成为，高文，王行仁，灵境(虚拟现实)