转炉炼钢仿真培训系统

D0第8卷3巢2期sm1001053x.1996.9驼0条科技大学学报 Vol.18 No.2 1996年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.1996 转炉炼钢仿真培训系统* 郑余》 杨尚宝) 1)北京科技大学实验室管理处，北京100083 2)北京科技大学冶金系 摘要概述了计算机仿真培训系统的优越性和必要性，提出了转炉炼钢仿真培训系统的系统组成 和硬件配置，分析和介绍了该系统的培训与考核功能， 关键词转炉炼钢，计算机，CA山，仿真培训 中图分类号TF721,TP391.9 科学技术的进步使现代工业正朝着知识密集型不断发展.在现代工业企业中，新工人的上 岗培训及在岗工人的继续教育都必不可少，传统的培训方式，由于方法单一、进度慢、可动 手性差且易干扰生产而显出不少缺点，取而代之的培训方式则是借助于计算机技术的仿真培 训方式.毫无疑问，计算机仿真培训是一种可使受训人员学习操作知识、积累操作经验的高质 量、低费用、高效率的科学训练方法. 转炉炼钢中，冶金过程复杂、冶炼周期短、工序衔接紧、操作难度大，为使操作者熟悉掌握 操作技能、适应新的操作工艺，或协调前后工序进行优化操作，必须对操作者进行切实有效地 培训.为此，我们研究开发了转炉炼钢仿真培训系统. 1系统构成 在转炉操作培训中，通过计算机仿真培 冶金基础理论 一冶金理论学习单元 训系统不仅要使受训者掌握冶金基本原理 一冶金计算与图表 和转炉操作方法，而且还应使受训者掌握实 一基础培训层 转炉生产概论 践操作技能以及协调各工序进行优化操作 转炉炼钢原料 的组织管理方法，并提供给操作工长和技术 -生产操作学习单元 转炉炼钢原理 人员进行操作分析和科研开发的模拟环境， 转炉炼钢工艺 为此，本系统将培训分为4个层次”，即：基础 转炉炼钢设备 培训层、操作培训层、管理决策层、科研开 一操作培训层一在仿真机上进行各岗位的模拟操作培训 发层，并分别在计算机和基于计算机的仿真 管理决策层厂生产组织管理学习单元 机上进行这4个层次的训练. 一生产优化决策学习单元 试验研究的操作模拟 11系统组成 研究开发层 研究开发的支持环境 根据理论与实践相结合的培训原则，本 图1转炉炼钢仿真培训系统的组成 系统的系统组成如图1所示. 199%-01-03。收稿 第一作者男44岁工程师 ◆国家“八五”科技攻关资助项目

第 18 卷 第 2 期 北 京 科 技 大 学 学 报 】, 巧 年 礴月 oJ u r n a l o f U in v e sr i yt o f S aen ce a dn eT c h n o lo g y eB ij in g Vd . 18 N心 却 r . 1望巧 转炉炼钢仿真培训 系统 ’ 郑 余 ’ ) 杨 尚宝 2) l) 北京科 技大学 实验室管理 处 , 北京 l侧x粥 3 2) 北京科技大 学冶金 系 摘要 概述了计算机仿真培训系统的 优越性和 必要 性 , 提 出了转炉炼钢仿真培训 系统的 系统组成 和 硬件配置 , 分析和 介绍了该 系统的培训 与考核功能 . 关健词 转炉炼钢 , 计算 机 , C IA , 仿真培训 中图 分类号 吓7 21 , TP 391 . 9 科学 技术 的进步 使现代 工 业正朝 着知 识密集型不断发展 . 在现代工业企 业中 , 新工人的上 岗培 训及在 岗工 人 的继续教 育 都必不 可少 . 传 统的培训方 式 , 由于方 法单 一 、 进 度慢 、 可 动 手性 差且 易干扰 生产 而显 出不 少缺 点 , 取 而代之 的培 训方式 则是借助于计算 机技 术 的仿真培 训方 式 . 毫无疑 问 , 计算 机仿真培训是 一种 可使受训人员学习操作知识 、 积 累操作 经验的高 质 量 、 低费 用 、 高效率的科 学训 练方法 . 转炉炼钢 中 , 冶金过程复杂 、 冶炼周期短 、 工序衔接紧 、 操作难度大 , 为使操作者熟悉掌握 操作 技能 、 适应 新 的操作工艺 , 或协调前后工序进行优化操作 , 必须对操作 者进行 切 实有效地 培训 . 为 此 , 我 们研 究 开发 了转炉炼 钢仿 真培 训系 统 . 冶金理论学习 单元七 冶金基础理论 冶金计算与图表 转炉生 产概论 转炉炼钢原料 转炉炼钢原理 转炉炼钢工艺 转炉炼钢设备 卞厂卜巨 生 产操作学 习单元 一 | | 胜l l se | ì 一 基础 培切层 1 系统构 成 在转炉操作培 训中 , 通过 计算 机仿真 培 训系 统不仅要使受训 者掌握 冶金基 本原 理 和转炉操作方法 , 而且 还应使 受训 者掌握 实 践操作 技能 以 及 协调各 工序 进行 优化操 作 的组织管理方 法 , 并提供 给操作工 长和 技 术 人员进行操作分析和科研开发 的模 拟环 境 . 为此 , 本系统将培训分为 4个层次 [ ` } , 即 : 基 础 培训 层 、 操 作培 训 层 、 管 理 决 策层 、 科 研 开 发层 , 并分别在计算机和基于计算 机的仿 真 机上进行这 4 个层次 的训练 . L l 系统组成 根据理论 与实践相结合 的培 训原则 , 本 系统的系统组 成如图 1 所示 . 操作培训层 一在仿真机上 进行各 岗位的 模拟操作培训 管理决策层平生 产组织管理学 习单元 匕生 产优化决策学 习单元 研究开 发即 试验研究的操作模拟 研究开发的支持环境 图 1 转炉炼钢仿真培训系统的组成 1夕巧一 0 1一 a3 收稿 第 一 作者 男 4 岁 工程 师 . 国家 “ 八五 , 科技攻 关 资助项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 02. 021

.198 北京科技大学学报 19%年No2 (1)基础培训层 基础培训层实际上是一个计算机辅助教学系统，它通过课件的形式向受训人员传授冶金 基础理论和生产操作技能.该层次有两个单元：冶金理论学习单元和生产操作学习单元. 冶金理论学习单元主要用于对受训人员进行理论培训和冶金新技术的继续工程教育，在 该单元中，冶金理论被分成若干个教学单元，通过菜单选择，学员可以学习有关的冶金理论知 识，同时，该单元中还储存大量的冶金图表和冶金计算模型，这有利于对冶金知识的定量了 解，也为研究开发层提供了良好的科研环境 生产操作学习单元主要用于对受训人员进行生产操作知识方面的培训.通过培训，使学员 了解转炉炼钢的生产概况、原料情况、原理及工艺，同时，使学员在理论上掌握转炉操作的基 本技能和设备使用方法. (2)操作培训层 操作培训层实际上是一个模拟仿真培训系统，该系统借助于仿真模型对培训人员进行操 作实践的培训.该系统除对学员进行正常操作培训外，还可以由教师设定一些炉况故障（异常 炉况)，该故障还具有蔓延功能，以训练学员处理事故的应变能力， (3)管理决策层 管理决策层主要面向转炉工长和企业决策领导者.该层次分为二个单元：生产组织管理学 习单元和生产优化决策学习单元.前者用于转炉工长学习掌握转炉生产的组织管理能力和操 作方针的制定方法，后者用于决策者学习掌握生产和经营的优化分析方法，以提高对生产和 经营的决策能力. (4)研究开发层 本培训层主要面向操作工长和工程技术人员，以便进行新品种、新工艺、新技术和新设备 的研究与开发. 在新品种、新工艺的试验中，可在多媒体计算机或仿真机上进行试验分析计算和试验模拟 操作，以求得新的最佳操作工艺，并积累操作经验，从而极大地节省新品种新工艺开发过程中 的人力、物力和财力， 在研究开发新技术、新设备时，可通过调用相应的软件包，建立起良好的冶金科研开发环 境，从而有利于科研人员进行冶金科学计算与分析、冶金设备计算机辅助设计等工作， 1.2系统配置 大屏幕投影机 根据系统4个层次的要求，并考虑系统的 功能分块、网络功能和速度要求，本系统采用 多煤体工作站 网络服务器 Ethemet 分布式系统结构，并选用工业标准的VME总 线进行系统构筑.其总体配置如图2所示网 仿真机(1)仿真机(2)高档微机高档微机 图2仿真培训系统硬件总体配置 2 系统培训 2.1培训内容 基于系统的大存贮量的联网功能，本系统可存贮大量的冶金数据库、CAI课件和冶金试题

· 198 · 北 京 科 技 大 学 学 报 1男场年 N b . 2 ( l) 基础培 训 层 基础培 训层 实 际上是 一个计算 机辅助 教学 系统 , 它通 过课件 的 形式 向受训人 员传授 冶金 基础 理论 和生产 操作 技 能 . 该层 次有 两个 单元 : 冶金 理论 学 习单 元和 生产操 作学 习 单元 . 冶金理 论学 习单 元主要用 于对受 训人 员进行 理论 培训 和冶金 新技 术 的继续工 程教育 . 在 该单元 中 , 冶金 理论被分成若干个教学单元 , 通过菜单选择 , 学员可以学 习 有关 的冶金理 论知 识 . 同时 , 该单 元 中还储存大量的冶金图表 和冶金 计算模 型 , 这有利 于 对冶 金 知 识 的定 量 了 解 , 也为研 究 开发层 提供 了 良好 的科研环境 . 生产操 作学 习单元 主要 用 于对受 训人 员进行生产操作知识方面的培训 . 通过培训 , 使学员 了解 转炉炼钢 的生产概 况 、 原料情况 、 原理及工 艺 , 同时 , 使学员 在理 论上 掌握转 炉操作 的基 本技 能和设备使 用方 法 . ( 2) 操 作培 训层 操 作培训层 实 际上是一 个模 拟仿真 培训 系统 , 该系 统借助 于仿 真模 型对培 训人 员进 行操 作 实 践的培 训 . 该系 统除 对学员 进行正 常操作培训外 , 还可以 由教 师设定 一些 炉况故 障 ( 异常 炉 况 ) , 该 故 障还具 有蔓延 功能 , 以训 练学 员处理 事故 的应变 能力 . ( 3) 管理 决 策层 管 理决策 层 主要 面 向转 炉工 长和企 业决策领导者 . 该层次分为二个单元 : 生产组织管理学 习单元和 生产 优化 决策 学 习单 元 . 前者 用于转 炉工 长学 习掌握转炉生产 的组织 管理 能力和操 作方 针 的制定 方法 , 后 者用于 决策 者学 习 掌握生产 和 经营 的优 化分 析方法 , 以提 高 对生产 和 经 营 的决 策能 力 . (4) 研究 开发 层 本培 训层 主要 面向操作工长和工程技术人员 , 以便进行新品种 、 新 工艺 、 新技 术 和新设备 的研 究 与开发 . 在新 品种 、 新工 艺 的试验 中 , 可 在多 媒体计算机或仿真机上进行试验分析计算和试验模拟 操作 , 以 求 得新 的最佳操作工艺 , 并积累操作经验 , 从而极大地节省新品种新 工艺 开发 过程 中 的人力 、 物 力和 财力 . 在 研究 开发 新技术 、 新设备时 , 可通过调用相 应的软件包 , 建立起 良好 的冶金科 研开 发环 境 , 从 而有 利于 科研 人员进 行冶 金科学 计算 与分 析 、 冶金 设备 计算机 辅助 设计等工 作 . 1 2 系统配置 根据 系 统 4 个 层 次 的要 求 , 并 考 虑 系 统 的 功 能 分 块 、 网络 功 能 和 速 度 要 求 , 本 系 统 采 用 分布 式 系 统结 构 , 并 选 用工 业标 准 的 V M E 总 线进 行系 统构筑 . 其总体配置 如 图 2 所示 .z[] 大屏幕投影机 多媒体工 作站 } }网络服务器 仿真机 ( l) 日仿真机 (2)1 1高档微机 } I高档微机 图 2 仿真培训系统硬件总体配里 2 系统培习I} 2 . 1 培训 内容 基 于系 统的大存 贮量 的联 网功 能 , 本系统可存贮大量 的冶金数据库 、 C 赶 课件 和冶金试题

Vol.18 No.2 郑余等：转炉炼钢仿真培训系统 199. 库，并可灵活地对学员进行全面地培训.其培训内容主要包括：①转炉炼钢基础理论；②转炉 生产工艺概况；③转炉操作规程；④转炉实际操作技能；⑤生产组织管理能力；⑥科研开发 能力等. 本系统采用模块化的CA课件和模拟操作单元，并具有开发、再生新的课件和操作单元 的良好支持环境，所以，培训内容可以根据需要不断修改和扩充，以适应工业技术不断发展的 要求. 2.2培训方式 本系统对学员的培训方法主要分为2个部分；理论学习和实践操作， 本系统在微机上通过CAI课件对学员进行理论培训.在理论学习中，学员可以根据自己 的需要通过系统莱菜单选择相应的单元进行学习，实行个别教学；也可以由教师设定教学内 容进行规定内容的学习，另外，还可以通过多煤体工作站的大屏幕投影机对学员进行集中集 体培训.这对于基础理论学习和生产概况的集体培训是方便和有效的， 本系统以微机为主，配备一些模拟仪表、多能健盘以及触模屏来模拟真实的生产操作系 统.在某些关键部位实现1：H的仿真配置，以增加模拟仿真的效果，这便构成了模拟培训的仿 真机，在仿真机上可以对学员进行实践操作的模拟培训，另外，通过多媒体的动画、声像功 能，本系统还可以给学员创造一个良好的模拟环境，使学员有身临其境的感党，从而提高培训 效果， 在实践操作学习中，学员可以通过操作单元的选择来学习正常情况下的转炉操作或真实 系统中较难遇到的开炉操作和事故状态下的操作，也可以通过教师的设定故障来学习一些异 常状态下的转炉操作或处理方法. 另外，在实践操作学习中，系统不仅可以对学员进行个别培训，还可以进行班组各岗位的 集体培训，以训练学员在真实系统中协同操作的能力. 3系统考核 本系统不仅可以对学员进行理论和实践的培训，而且还可以对学员进行训后考核.本系统 对学员的考核主要是通过试题库来进行， 3.1理论考核 理论考核主要是针对基础培训层和管理决策层而进行的，在理论考核中，将基础理论分成 若干个单元，根据各单元的教学重点和难点选择考核内容，并根据考核内容的特点选用试题 形式，如选择题、是非题、计算题或问答题等，本系统提供2种考核方式：联机考核和脱机考 核.对于选择题和是非题等可采用联机考核方式，学员可在计算机上做题，计算机可及时给予 评判；对于计算题和问答题等则可采用脱机考核方式，即根据考核内容和等级，系统自动生成 试题，并由打印机打印出来，供学员答题，答题后由教师根据系统打印出的答题要点进行评判

Vo l . 81 N b . 2 郑余等 : 转炉炼钢仿真培 训系统 · 1男 · 库 , 并可灵活地对学员进行全面地培训 . 其培 训内容主要包括 : ① 转炉炼 钢基础 理论 ; ② 转炉 生产工 艺概况 ; ③ 转炉操作规程 ; ④ 转炉实际操 作技 能 ; ⑥ 生产 组织 管理能 力 ; ⑥ 科研开发 能力 等 . 本系 统采 用模块化 的 C AI 课件和模 拟操作单元 , 并具 有开 发 、 再 生新 的课件 和操 作单 元 的 良好支 持环 境 , 所 以 , 培 训内容可 以根据需要不断修改和扩充 , 以适应工 业技术 不 断发展 的 要求 . .2 2 培训 方 式 本系 统对学员 的培 训方法 主要分 为 2 个部分 ; 理论 学 习和实践 操作 . 本系 统在微机 上通过 C AI 课件 对学员进行理论培 训 . 在理论 学 习中 , 学 员 可 以根 据 自己 的需要 通过 系统菜 单选 择相应 的单元 进行学 习 , 实行 个 别教 学 ; 也 可 以 由教 师 设定 教 学 内 容 进行规定 内容 的学 习 . 另外 , 还可 以 通过 多煤体工 作站 的大屏 幕投影 机对 学员 进行集 中集 体培训 . 这 对于 基 础理 论学 习 和生产 概况 的集体培 训是 方便和 有效 的 . 本 系 统以 微机 为 主 , 配备 一些模 拟仪 表 、 多功能 健盘以及触模屏来模 拟真 实的生产操作系 统 . 在某 些 关键部 位实现 :l1 的仿真 配置 , 以增加模拟仿真 的效果 . 这便 构成 了模拟 培训 的仿 真 机 . 在 仿真机上 可 以对学员 进行 实践操作 的模拟 培训 . 另外 , 通过 多媒体的动 画 、 声像 功 能 , 本系 统还可 以 给学员创造一个 良好的模 拟环境 , 使学员有身临其境 的感 觉 , 从而 提高培 训 效果 . 在 实践 操作 学 习 中 , 学员 可 以通 过操 作单元 的选 择来学 习 正常 情况 下的转 炉操 作或 真实 系统 中较难 遇到 的开 炉操作和 事故状 态下 的操作 , 也 可以 通过教 师 的设定 故 障来学 习一 些异 常状态 下 的转炉操 作或 处理方 法 . 另外 , 在实 践操作 学 习 中 , 系 统不仅 可 以对学员进行个别培训 , 还可 以 进行 班组 各 岗位 的 集 体培 训 , 以 训 练学员 在真实 系统 中协同操 作 的能力 . 3 系统考核 本 系统不 仅可 以 对学 员进 行理论 和实 践的培训 , 而且还可 以对学员进行训后考核 . 本系统 对 学员 的考核 主要是 通过 试题库来进 行 . 1 1 理论 考核 理论考核 主要是 针对基 础培 训层 和管 理决策层而进行的 . 在理论考核中 , 将基础理论分成 若 干个单元 , 根 据各 单元 的教学 重点 和 难 点选择考 核 内容 , 并根 据考 核 内容 的特 点选用 试题 形式 , 如选择题 、 是非题 、 计 算题或 问答题等 . 本 系统提供 2 种考核方式 : 联机 考核和脱机考 核 . 对于 选择题和是非题等可采用联机考核方式 , 学员可在计算机上做题 , 计算机 可及 时给予 评判 ; 对 于计算 题和 问答题等则可采用脱 机考核方式 , 即根据考核 内容和等级 , 系 统 自动 生成 试题 , 并 由打印机打印出来 , 供学员答题 , 答题后 由教 师根据系统打印出的答题要点进行妈脚!

.200. 北京科技大学学报 1996年No.2 3.2实践考核 实践考核主要是针对操作培训层而进行的.在实践考核中，教师根据各考核单元的重点和 要求，并考虑考核等级，选择相应的考核项目，由学员在仿真机上进行模拟操作。必要时，学员 还可以借助多媒体工作站上的声文图像进行操作判断，从而提高操作命中率. 在实践考核中，除具有正常操作考核外，系统还具有事故设定和事故蔓延时的应变考核功 能.学员在做“事故设定”考核时，必须及时排除所设定的故障，否则该事故将引发下级事故（即 事故蔓延)，如前期炉温偏高，应及时适当提高枪位或加少许铁皮或生白，否则中期脱磷困 难，甚至造成终点时过氧化：通过这种考核，学员在将来的真实转炉上操作时，可以及时调整 炉况，防止恶性事故发生. 33试题管理 本系统设有试题管理模块，它具有2种功能：试题的自动产生和答题的智能评判. 试题管理模块可以根据不同理论单元、不同操作岗位和不同考核等级，自动地选配试题， 并给出相应的标准答案或答题要点，从而实现考核的自动化，提高考核的客观性， 试题管理模块还具有评判试题的功能，在考核中，它可以在线地评判试题答卷情况，并为 下次试题选用提供智能帮助， 4结语 本文从转炉炼钢的知识结构出发，并结合转炉炼钢的特点，研究开发了转炉炼钢仿真培训 系统.该系统适用于转炉操作的岗位培训及继续工程教育. 参考文献 1杨尚宝.神经网络高炉专家系统研究：[学位论文]北京：北京科技大学，1995 2杨尚宝，杨天钧.高炉操作计算机仿真培训系统.见：首届全国青年炼铁学术会议论文集.武汉，1994. 189~192 Simulation Training System for Steelmaking of LD Converter Zheng Yu Yang Shangbao2 1)Department of Laboratory Management.USTB.Beijing 100083,PRC 2)Department of Metallurgy,USTB ABSTRACT:The superiority of computer simulation training system for steelmaking of LD converter was summarised.The consists and hardware configuration of the system were put forward,and the training and examination function of the system was analysed. KEY WORDS steelmaking of LD converter,computer,CAl,simulation training

N 北 京 科 技 大 学 学 报 夕灭 年 i b 1 . 2 3 实践 考核 2 . 实践 考核 主要是 针对操 作培 训层 而进 行的 . 在实践考核中 , 教师根据各考核单元的重点和 要求 , 并考虑考核等级 , 选择相应的考核项 目 , 由学员在仿真杉比进行模拟操作 . 必要时 , 学员 还可 以 借助 多媒 体工 作站 上的 声文 图像 进 行操作 判 断 , 从而 提高 操作命 中率 . 在实践 考核 中 , 除具有 正 常操作 考核 外 , 系统还具有事故设定和事故蔓延时 的应变考核功 能 . 学员在 做 “ 事故设定 ” 考 核时 , 必须及时排除所设定 的故障 , 否则该事故将引发下级事故 ( 即 事故 蔓延 ) . 如 前期 炉温偏 高 , 应及 时适 当提高 枪位 或加少 许铁皮 或 生 白 , 否 则 中期 脱 磷 困 难 , 甚至造成终点时过氧化 ` 通过这种考核 , 学员在将来的真实转 炉上 操作时 , 可 以及 时调整 炉况 , 防止 恶性 事故 发生 . 3 3 试题管理 本 系 统设有 试题管理模块 , 它具有 2 种 功能 : 试题的 自动产生 和答题的智 能评判 . 试题管理 模 块可 以 根据 不 同理 论单元 、 不 同操作岗位和不 同考核等级 , 自动地选配试题 , 并 给 出相 应 的标 准答 案或答题要 点 , 从而实 现考核 的 自动化 , 提高考 核 的客观性 . 试题管理 模块 还具有评判试题的功能 . 在考核 中 , 它可以在 线地 评判 试题答 卷情 况 , 并为 下次试题选 用提供智 能帮助 . 4 结 语 本文 从转 炉炼 钢 的知识结 构 出发 , 并 结合转炉炼钢的特点 , 研究 开发了转炉炼钢仿真培训 系 统 . 该 系 统适用 于转 炉操作 的 岗位 培 训及继续 工程 教育 . 参 考 文 献 l 杨尚宝 . 神经网络高炉专家 系统研究: !学位 论文 ] . 北京: 北京科技大学 , 1卯5 2 杨尚宝 , 杨天 钧 . 高炉操作计算机仿真培训系统 . 见 : 首届 全国 青年炼铁学术会议论文集 . 武汉 , 1坚辫 . 189 ~ 1 92 S im 川a t i o n T r a iin gn S ys te m of r S te l r 以k ign o f L D C o vne rte r hZ e 刀g yu ” aY gn S丙之I onb ao 2) l ) D e p a rt m e n t af L a b o ar t o 印 M a n a g e me n t . U S T B . B e ij i n g l X() 0 8 3 , P R C 2) J灭 p art ~ t o f M e atl l u 名y , sU T B AB S T R A C T : T五e su p ier o ir ty of co m P u ter s ir lu a ito n t ra l n i n g s那t e m fo r st e 加叭拓n g of L D co n v e rt e r 认旧 5 s u n 卫 刀a ir 嗽过 . 丁卜e co ns is ts an d ha 记wa re co n if g ula it o n of ht e s外t o n 认七re P u t fo 哪dI , a dn het atr i n in g a dn ex a n 刀 n a iot n fu n Ct l o n o f het s邓t巴 n aws a an l y dse . K E Y W O R】万 s t茂l r 以k in g of L D co n ve rt e r , co m P u t e r , C IA , s im 川a iot n alt inj n g