煤矿提升机虚拟实训操作教学仪项目

在矿山开采难度愈加困难的今天，对在复杂井下环境作业又提出了更高的要求。只有采用科学的开采工艺，切实提高各专业技术人员的技能水平，规范一线工人日常工作，才能保证煤矿企业安全，高效，持续的发展。安全技能的培训是保证矿山安全生产的基础。培训质量的好坏将直接关系到安全生产的质量。目前常规培训模式主要存在以下问题：

1. 传统实训时对生产机械的硬件损耗和巨大的电能消耗，造成大量的资源浪费，也更增加了培训的成本。
2. 受训人员对井下设备的学习实训时，影响生产，降低设备生产使用率。
3. 传统理论培训枯燥抽象，难于理解，更无法进行有针对性的技能操作知识训练，培训效果不明显，导至培训周期延长，受训人员不能及时参与生产工作。
4. 传统实训需受训人员必须下井，增加不安全因素，且可能受各种生产环境和地质水文条件的限制，无法及时有效的进行人员培训。
5. 管理人员无法对提升作业现场乃至整个矿井生产系统进行更立体更真实的指挥调度，指导生产。

以结合3D虚拟环境和实体硬件操作装置进行开展的实操训练平台，是对虚拟仿真技术更高层次的应用，是对多媒体技术应用的全新诠释。只有采用更先进的教学模式才能更高效切实地提高特种作业职工的安全技能水平和规范日常工作习惯。

目前采煤和掘进项目已经在全国很多煤矿地区成功实施，并获得较好的市场认可。煤矿是一个复杂的系统工程，无论煤矿的规模大小，产煤多少，提升运输系统都是其最重要的组成部分之一。因此开发一套适用于提升系统作业职工培训的实训操作教学仪完全符合市场的要求，更将填补国内煤矿提升机特种作业实操培训的空白，应用前景广阔。

一、 概述

1、项目概述

实训操作教学仪：利用仿真的生产作业设备的操作装置控制虚拟环境中的作业设备进行“实地”操作教学。按安全生产质量标准和三大规程要求在操作过程中给予相应的违规提示和智能纠偏等，将安全做成习惯。

2、设计目标

1、项目密切结合煤矿安全生产特点，遵循了国家关于煤矿安全培训大纲和考核标准的相关规定，行业安全培训以及国家对安全技术培训的有关要求，建立了一套系统完整的、全新的实操培训模式。

2．实现对提升机械设备的日常训练以及技能考核工作的全部。具体内容:提升作业前准备工作、提升机械的操作训练，设备工作原理教学、日常维护保养知识教学、常见故障排除、井下各种安全设施知识、安全作业注意事项等.
    编写的系列培训教材及开发的可视化仿真系统，具有很强的针对性、实用性、启发性，为煤炭行业实施安全技术培训提供了全面、系统、具有普遍适用价值的教材。
    3． 建立了煤矿安全技术培训三维可视化仿真平台，使整体平面和直观透视相结合，通过三维动画、实景再现、设备分解、模拟操作等技术把教学内容以更生动、形象的方式展现出来，为煤矿安全技术培训提供了一种新的技术手段。

4．实现了培训流程的系统集成，具有结构可拓展性，易于后期升级开发。
    5．可视化仿真系统借助于网络平台，满足了个性化学习的需求。

二、总体功能需求

1、系统加载时的片头引导

利用做完的矿井模型，可制作一段20-30秒的展示性的动画作为系统加载时的引导片头(或根据要求可直接利用现有视频资源)。动画片头给人以震撼，激发观看者对接下来的系统内容产生更高兴趣，动态切入下一画面。

2、提升作业现场环境及作业设备的精细化制作

提升作业现场环境的虚拟要达到精细化的程度，完全参照实际设备建立模型。各机械设备间配合工作状态，运作流程等需俱实表现，任意角度查看。机械作业时对外围环境的影响要生动体现，配合现场音效和采光效果营造出一个高精度仿真的作业面，给人以身临其境的感觉。

3、系统实现”安全信息提示”与”安全知识培训”

1）“理论教学知识”点播教学：结合煤矿三大规程（《煤矿安全规程》、《煤矿操作规程》、《煤矿作业规程》）的要求，将安全培训的理论教学知识以多媒体形式加入系统，通过设备和环境的超级链接进行点播教学。教学内容可自行扩展，实现教案编辑。

2）“安全注意事项”主动提示:在井下每到一个新的环境都会给予提示一些关于此处的安全注意事项和日常知识等。

虚拟互动与安全培训知识相结合将实现理论与实训有机整合，从而达到寓教于乐的游戏式教学

4、手指口述安全确认和作业规范标准化训练

将日常的标准化作业流程和作业前后的提升作业现场安全确认法制作成3D动画的表现形式，融入到实操作业中。通游戏化的实操教学模式将安全做成习惯。

5、结合操控仪，实现操作人员对虚拟设备的互动控制

将仿真的模拟控制器通过计算机通讯接口与系统中虚拟作业设备相关联，通过操作硬件的控制按钮实现对计算机系统中虚拟作业设备的控制，从而进行“正常”的生产作业。控制灵活、方便，以达到虚拟实训的目的。

利用虚拟教学仪的传感控件控制提升机械在现场进行提升作业，其他设备相辅跟进配合工作。

操作过程中出现的不规范动作，或有违规程规定的操作，系统将主动予以警示。并给出正确操作方法提示。

三、项目开发的意义

1.实用性：通过操作实现对井下现场真实环境内设备的人机联动控制作业：解决实机培训高昂的机器损耗费用。

2.安全性：具备违规操作的报警提示和智能纠偏：针对操作人员的不规范操作给予警示,并给予正确的操作方法引导提示，把安全做成习惯。

3.技术性：做到实操考核，成绩汇总，技术等级评定：实现对实操技能的考核，作为实际上机操作的标准。也可作为技术比武的客观，公正，公平的依据。

4.互动性：实现硬件设备和软件交互控制，解决纯软件操作的抽象和纯硬件设备操作的单一问题。

5.节能低碳环保：一套综掘设备每小时所消耗电能约为100~300千瓦时，相当于提升机虚拟操作教学仪耗电量的300~1000倍，约为正常教学80~250个工作日的用电量，因此使用提升机虚拟操作教学仪将大大降低对电能及煤炭资源消耗，从而达到节能、低碳、环保的目的。

6．节约培训成本,增加生产效益

6．1 建立本《煤矿提升机虚拟实训操作仪》的资金投入，是一次性的，在平台建立后的长期培训工作中都可以持续使用。也可结合现有的多媒体教学设备实施培训。

相比较“实训基地”项目数百万的投入和其所达到的实际作用，煤矿提升机虚拟实训操作仪可以大大的节约巨额的资金投入并切实的达到非常显著的实训效果。

6．2 有利于缩短培训周期和降低事故发生率

受训人员在学习与实训（工作）之间可以实现无缝链接，使培训的周期明显缩短，培训后的学员很快适应工作环境，尽快投入生产工作，带来生产效益。间接的节省了经费和资金投入，并增加了效益。

6.3有利于提高设备的生产使用率

受训人员对井下设备的学习和操作时，影响生产。使用操作仪教学则不必占用设备的生产使用。

由此可见综掘机械虚拟实训操作仪的实用性，和经济性是非常明显的。

7.实训灵活性

无论是白昼、阴雨天均可以进行实训，培训时间根据学校情况灵活调整，彻底解决因天气问题造成的教学不便。

操作仪软件、硬件可以根据客户的实际需求进行修改与定制。

8.资料丰富

学员通过上机操作，不仅有实操的训练，又有理论知识的学习和考核。丰富的多媒体知识，学习既有深度，又有广度，高危行业的煤矿生产工作，特别需要复合型的人才。

四、项目主要功能划分与描述

1、项目软件系统

本系统其中分别包含基础知识教学、手指口述现场安全确认教学、场景实操互动教学、主要机械构造拆解、实训操作考试、错误智能纠偏、引导教学等功能模块。各模块功能如下：

1、入门教学

（1）基础知识

简要介绍提升机操作的相关知识和注意事项。

（2）多媒体视频教学

以录像的方式介绍提升机操作的相关知识和注意事项。

2、场景教学

场景教学包含空动作、提升作业前的准备工作、工作状态、常见故障处理

（1）空操作

利用对操作杆的控制，对提升机械进行空操作练习，使得学员对提升机械的基本操作方法，部件构成，工作原理，工作流程衔接等进行直观的学习认识，对各部分操作手柄和按钮功能更全面的认识。

（2）提升作业前准备工作

   提升作业前，根据操作规程进行现场的手指口述安全确认教学，学员可以根据3D动画的安全操作引导，逐步进行最规范的操作练习。当操作失误或不规范时系统将自动发出警告并进行正确操作方法引导，在规定时间内，若没有完成准备工作或在准备过程中存在违规操作，不得进行作业。

（3）提升作业练习

提升前安全准备工作完成后便可进入提升作业练习。分别根据发出的不同提升信号做出相应的控制操作。作业过程中出现违规操作时，系统将自动给予“红色警告”一次并进行记录扣分。系统会结合规定时间内出煤量和所完成操作的过程中出现违规次数计算本次考核成绩并给予语音的点评。

3、常见故障处理与日常维护

采用3D、语音、文字、视频等讲解方式对提升机常见的故障原因进行剖析，并结合问题给出相应处理方案。

4、机械构造

以动画形式介绍提升机主要部件。

5、理论考试

理论考试模块是系统中独立于模拟操控训练的知识考核功能，她以试题的形式考查学员对提升机操作知识掌握程度。

2、项目硬件硬件系统：

硬件系统由提升机主操作台及仪表显示装置、提升控制装置、高配的主体PC机、外置大屏幕显示系统、等部分组成。

项目全称：煤矿提升机作业实训操作教学仪项目

    项目简称：提升机虚拟实训操作教学仪

    开发者：徐州翰林科技有限公司

附：项目组成简表

软件部分：

硬件参数：

HL-TSJ-A型